Filter In Der Messtechnik - Wie Filtern - IPETRONIK M-UNI2 Bedienungsanleitung

M-SENS2, M-SENS, M-SENS 8/8plus

9.3.2 Filter in der Messtechnik - Wie filtern?

Moderne Messsystem verfügen über geeignete Hardwarefilter und ggf. über zusätzliche Software-
filter (Digitaler Signal Prozessor DSP).
Obwohl die Rechenleistungen heutiger Mikroprozessoren sehr hoch sind, ist die Verwendung eines
Hardwarefilters unverzichtbar, sofern nicht ausgeschlossen werden kann, dass (periodische) Signale zum
AD-Wandler und Softwarefilter gelangen können, die diese nicht mehr verarbeiten können. Jedes Abtast-
system unterliegt dem Abtasttheorem nach Shannon, wonach mit mindestens der doppelten Signalfre-
quenz abgetastet werden muss. Wird dies nicht eingehalten, kann es zu Aliasingeffekten kommen, wobei
die gemessene Frequenz wesentlich geringer ist als die des tatsächlich vorhandenen Signals (siehe unte-
re Grafik).
Dies reicht jedoch in der Praxis nicht aus, da solche Messsysteme (im Gegensatz zu Laborgeräten) nicht
über FFT-Analysatoren (Fast Fourier Transformation) verfügen, um die Originalfrequenz zu berechnen.
Bei IPETRONIK Modulen mit Spannungsmesseingang (VIN, SENS) liegt die Hardwarefilterfrequenz bei
ca. 1/10 der maximalen Abtastrate (z. B. 100 Hz bei 1 kHz max. Abtastrate).
Warum zusätzlich über den DSP filtern?
Der Hardwarefilter am Messeingang ist so ausgelegt, dass eine Verfälschung durch Frequenzanteile
oberhalb der Systemgrenze bei der maximalen Abtastfrequenz ausgeschlossen ist. Je nach Anwendung
kann es jedoch erforderlich sein, die Grenzfrequenz noch tiefer zu legen.
Beispiel:
M-SENS-Module besitzen einen schaltbaren Hardwarefilter mit 150 Hz Grenzfrequenz. Liegt nun die
Grundfrequenz des zu messenden Signals bei z. B. 50 Hz, können, bei Geräten mit zusätzlichem Soft-
warefilter (Option), störende Frequenzanteile im Bereich zwischen 50 Hz und der Hardwarefilterfrequenz
über den DSP gefiltert werden. Die Filterfrequenz ist hierbei in definierten Schritten bis zur Frequenz des
Hardwarefilters einstellbar.
Aliasingeffekte trotz Hardware- und Softwarefilter?
Trotz ausgereifter Messtechnik können durch falsche Einstellungen Messfehler entstehen.
Wenn z. B. ein 100 Hz-Signal mit einer Abtastrate (hier auch die Ausgaberate auf den CAN-
Bus) von 100 Hz gemessen wird. Das System selbst ist in der Lage das anstehende Signal
richtig zu messen, liefert jedoch ein falsches Ergebnis, da die Abtastrate zu gering eingestellt
wurde. Dies gilt im Besonderen für Module mit DSP. Der DSP erfasst das Signal immer mit
einer höheren Taktrate als die max. einstellbare Abtastrate. Wird das Signal jedoch mit zu ge-
ringer Abtast- (= Ausgabe-) Rate auf den CAN-Bus gegeben, entspricht das Messergebnis
nicht mehr der Realität..
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