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Analyse dynamischer Messungen

Arbeitsgruppe 8.42

Übersicht

Dynamische Messungen kommen in vielen Bereichen der Metrologie und der Industrie vor wie z.B. bei der Messung zeitabhängiger Kräfte und Beschleunigungen. Zur Analyse dynamischer Messungen werden häufig Methoden aus dem Gebiet der digitalen Signalverarbeitung verwendet. Viele Anwendungen lassen sich mittels linearer, zeitinvarianter Systeme modellieren, bei denen der Zusammenhang zwischen den zeitabhängigen Ein- und Ausgangssignalen durch eine Faltung mit der Impulsantwort des verwendeten Messsystems beschrieben wird. Ein- und Ausgangssignale sind dabei nicht proportional zueinander und eine wichtige Aufgabe ist es, das Eingangssignal anhand des gemessenen Ausgangssignals zu schätzen. Hierzu kommen oft digitale Filter zum Einsatz. Aus metrologischer Sicht spielt dabei die Bestimmung von Unsicherheiten eine zentrale Rolle.

Typische dynamische Messung mit zeitabhängigen Verzerrungen im Ausgangssignal verursacht durch das Messsystem.

Typische Beispiele für dynamische Messungen sind die Messung zeitabhängiger mechanischer Größen, wie zum Beispiel Messung von Beschleunigung, Kraft, Drehmoment oder Druck an und in Motoren. Weitere Beispiele sind Oszilloskopmessungen für die Charakterisierung elektronischer Bauteile in der Computerindustrie, die Untersuchung von Ultraschallgeräten für die Medizintechnik, die spektrale Charakterisierung von Leuchtquellen, die spektrale Farbmessung und die Kamera-gestützte Temperaturmessung.

Forschung

Der Schwerpunkt in der Arbeitsgruppe 8.42 der PTB liegt in der Entwicklung von Schätzverfahren zur Rekonstruktion des Eingangssignals aus dem Ausgangssignal bei bekanntem dynamischem Verhalten des verwendeten Messsystems. Dies beinhaltet die Entwicklung von Verfahren zur Ermittlung der Unsicherheit der erhaltenen Schätzung. Ein anderer Schwerpunkt liegt in der Entwicklung von Analysemethoden zur dynamischen Kalibrierung, d.h. zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines Messsystem. 

Software

Publikationen

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Artikel

Titel: GUM2DFT — a software tool for uncertainty evaluation of transient signals in the frequency domain
Autor(en): S. Eichstädt and V. Wilkens
Journal: Measurement Science and Technology
Jahr: 2016
Band: 27
Ausgabe: 5
Seite(n): 055001
DOI: 10.1088/0957-0233/27/5/055001
Schlüsselwörter: dynamic measurements; deconvolution; discrete Fourier transform; uncertainty;
Marker: 8.42, Dynamik
Zusammenfassung: The Fourier transform and its counterpart for discrete time signals, the discrete Fourier transform (DFT), are common tools in measurement science and application. Although almost every scientific software package offers ready-to-use implementations of the DFT, the propagation of uncertainties in line with the guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM) is typically neglected. This is of particular importance in dynamic metrology, when input estimation is carried out by deconvolution in the frequency domain. To this end, we present the new open-source software tool GUM2DFT , which utilizes closed formulas for the efficient propagation of uncertainties for the application of the DFT, inverse DFT and input estimation in the frequency domain. It handles different frequency domain representations, accounts for autocorrelation and takes advantage of the symmetry inherent in the DFT result for real-valued time domain signals. All tools are presented in terms of examples which form part of the software package. GUM2DFT will foster GUM-compliant evaluation of uncertainty in a DFT-based analysis and enable metrologists to include uncertainty evaluations in their routine work.

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