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schwaches Signal trotz Rauschen messen

Sonstige Fragen zur HF-Technik
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DL1POX
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schwaches Signal trotz Rauschen messen

Beitrag von DL1POX » Sa 9. Jun 2018, 17:45

Hallo,

da ich keinen besseren Platz für die Frage gefunden habe, stelle ich sie hier:

Ich möchte eine Spannung digital messen, die sehr klein ist und von einem starken Rauschen überlagert wird.
Ich stelle mir vor, daß die verstärkten Augenblickswerte der Spannung im AD-Wandler umgewandelt werden und zu Berechnungen zur Verfügung stehen.

Die Werte des gesuchten Signals sollen im Abstand von wenigen Sekunden aufgezeichnet und verglichen werden.
Augenblickswerte scheiden aus, weil das Rauschen zu zufälligen Werten führt.
Werden Effektivwerte ermittelt, müßte das Rauschen weitgehend zu eliminieren sein - oder?

Ich stelle mir vor, wenn jeweils Effektivwertwerte berechnet werden, könnte man die Effektivwerte trotz Rauschens vergleichen.

Ich hänge eine Skizze an.
Rauschkurve_l_3.jpg
Rauschkurve_l_3.jpg (16.11 KiB) 1406 mal betrachtet
Die wesentlichen Änderungen der roten Kurve liegen im Abstand von einigen Sekunden.
Die Spannungsänderungen der roten Kurve können nach einem Umschalten in verschiedene "Niveaus" auch wesentlich größer sein.
Die wesentlichen Änderungen sind Ergebnis einer Steuerung, deren Erfolg zu kontrollieren ist.
Für jedes "Niveau" sollte wieder ein annähernd gleicher Wert erreicht werden.
Die schwarze Kurve, die ich schnell hingezeichnet habe, soll das Rauschen illustrieren.
Das Rauschen ist nicht periodisch - eventuell weißes Rauschen. Die Amplitude des Rauschsignals ist über und unter dem Nutzsignal wahrscheinlich etwa gleich.

Ich möchte erreichen, daß die ermittelten Werte die umschlossene Kurve möglichst gut vergleichbar wiedergeben

Gibt es für Effektivwert-Berechnungen in der Meßtechnik eine Norm.
Gibt es für Effektivwert-Berechnungen Angaben zu üblichen Dauer der Aufzeichnung, aus der der Effektivwert ermittelt wird?
("eine Periode" trifft hier ja nicht zu).

vielen Dank an alle Wissenden, die mir Antworten

db6zh
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Re: schwaches Signal trotz Rauschen messen

Beitrag von db6zh » So 10. Jun 2018, 15:47

Ich bin kein Wissender, nur Praktiker. Wenn Du wie beschrieben zwei Signale (Rauschen und Nutzsignal) getrennt meßtechnisch erfassen willst, mußt Du die Signale trennen. Ob Du Effektivwert oder sonstwas mißt, spielt keine Rolle.
Trennung zeitlich: Rauschen ohne Signal vs. Rauschen mit Signal,
ansonsten per Filter das Nutzsignal heraustrennen und auf "zwei Kanälen" getrennt messen.

Der Effektivwert ist nun mal der quadratische Mittelwert über eine definierte Zeitspanne (integriert), im Normalfall einer Periode. Du mußt nicht unbedingt das Rauschen eliminieren, sondern kannst genau so gut das Nutzsignal "eliminieren" (filtern und messen) und dazu das Rauschen separat messen.

73 Peter

DL1POX
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Re: schwaches Signal trotz Rauschen messen

Beitrag von DL1POX » Mo 11. Jun 2018, 6:24

Danke Peter,

Das Problem ist, das verrauschte Signal hat - digitalisiert - über einen i2c-Bus den Rechner bereits erreicht.
An der Hardware kann ich nichts ändern.
Ich werde also keine Filter mehr dazwischenschalten können. Es bleibt mir nur, geschickt zu rechnen.
An eine Lösung taste ich mich mit dieser Frage gerade heran.

73 Matthias

db6zh
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Re: schwaches Signal trotz Rauschen messen

Beitrag von db6zh » Mo 11. Jun 2018, 11:52

DL1POX hat geschrieben:Danke Peter,

Das Problem ist, das verrauschte Signal hat - digitalisiert - über einen i2c-Bus den Rechner bereits erreicht.
An der Hardware kann ich nichts ändern.
Ich werde also keine Filter mehr dazwischenschalten können. Es bleibt mir nur, geschickt zu rechnen.
An eine Lösung taste ich mich mit dieser Frage gerade heran.

73 Matthias
Die kannst schrittweise verschoben eine Autokorrelation über eine definierte Signalstrecke (Puffer, ....) laufen lassen. Dabei sollte bei entsprcchend kleiner Schrittweite das Nutzsignal erkennbar werden. Persönlich habe ich das bisher nur bei stochastischen Simulationen selber programmiert (QRL Computernetze), um deren Stabilität fest zu stellen (bei entspr. Meßpunktauswahl kann man feststellen, ob das Modell "oszilliert" oder einen stabilen Gleichgewichtspunkt "anfährt".) Lt. Literatur ist es in der Nachrichtenverarbeitung mit solchen Verfahren möglich, Zufallsstörungen inkl. Rauschen aus zu blenden. Analog hat man es mit Phasenschieber und Mischung gemacht, digital wird halt gerechnet.

73 Peter

dd4da
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Re: schwaches Signal trotz Rauschen messen

Beitrag von dd4da » Do 9. Aug 2018, 23:47

Wie sieht denn die Lösung nun aus?

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