Lernzettel Elektrotechnik – weitere Ausführungen Vorlesung 4: Signal Conditioning Signal conditioning is a technique of sending a signal from a sensor that is suitable for processing by the data acquisition device. Its main purpose is to convert signals that may be difficult to read from conventional instruments to a more readable format. Signal processing involves signal analysis, synthesis and modification. In displacement, force, acceleration and other measurements, signal processing techniques are used to improve signal transmission fidelity and storage efficiency, and to detect the components of interest in the measurement signal. Signal recording is a technique for recording analog/digital signals. The signals generated by sensors, whether voltages or currents, usually have weak amplitudes (smaller than a few millivolts) that tend toward zero. In order to accurately process these signals, and also to make the system more robust to the effect of noise (contaminated by noise), the signals need to be amplified. The measured weak signal must be amplified so that it is very likely to occupy the dynamic range of the ADC. Therefore, this chapter mainly explains the techniques of signal conditioning, processing and recording. In this chapter, students will learn (1) bridge circuit; (2) modulation and demodulation; (3) filter; (4) sampling and aliasing; (5) displaying and recording signal; and (6) random signals. Die Signalkonditionierung ist ein Prozess der Datenerfassung. Ein Signalkonditionierer wird verwendet, um diesen Prozess durchzuführen. Dieses Messmodul wandelt einen Typ von elektrischem oder mechanischem Signal (Eingangssignal) in ein anderes um (Ausgangssignal). Der Zweck besteht darin, dieses Signal zu verstärken und in eine leicht lesbare und kompatible Form zur Datenerfassung oder Maschinensteuerung umzuwandeln. Ein Signalkonditionierer hilft dabei, präzise Messungen zu liefern, die für eine genaue Datenerfassung und Maschinensteuerung unerlässlich sind. Diese Instrumente können eine zusätzliche Anzahl von verschiedenen Funktionen ausführen. https://www.industr.com/de/sensorsignale-fuer-die-datenerfassung-aufbereiten-2328617 Signal level and Bias changes Linearization – Linearisierung Bestimmte Signalkonditionierer können eine Linearisierung durchführen, wenn die von einem Sensor erzeugten Signale keine geradlinige Beziehung mit der physikalischen Messung haben. Dies ist der Prozess der Interpretation des Signals von der Software und es ist üblich für Thermoelementsignale. Diese Methode wird verwendet, um eine höhere Genauigkeit zu erreichen, da jeder Sensor nicht vollständig linear ist. Die Parameter für die Linearisierung werden während der Sensorkalibrierung ausgewertet und im Kalibrierprotokoll des Sensors angegeben Conversions Die Hauptfunktion eines Signalkonditionierers besteht darin, das Signal aufzunehmen und in ein höheres elektrisches Signal umzuwandeln. Die Signalumwandlung wird häufig von industriellen Anwendungen verwendet, die eine Vielzahl von Sensoren zur Durchführung von Messungen verwenden. Aufgrund der verschiedenen verwendeten Sensoren müssen die erzeugten Signale möglicherweise konvertiert werden, damit sie für die Instrumente verwendet werden können. Jedes Sensorsignal kann in ein beliebiges Standardprozesssignal umgewandelt werden. Filtering and Impedance Matching Eine andere wichtige Funktion eines Signalaufbereiters ist das Filtern. Hier wird das Signalfrequenzspektrum gefiltert, um nur die gültigen Daten einzuschließen und jegliches Rauschen zu blockieren. Die Filter können entweder aus passiven und aktiven Komponenten oder aus einem digitalen Algorithmus bestehen. Ein passiver Filter verwendet nur Kondensatoren, Widerstände und Induktivitäten mit einer maximalen Verstärkung von eins. Ein aktiver Filter verwendet zusätzlich zu aktiven Komponenten wie Operationsverstärkern und Transistoren passive Komponenten. Signalaufbereiter auf dem Stand der Technik verwenden digitale Filter, da sie einfach einzustellen sind und keine Hardware erforderlich ist. Ein digitaler Filter ist ein mathematischer Filter, der verwendet wird, um ein Signal zu manipulieren. Zum Beispiel blockiert er einen bestimmten Frequenzbereich oder lässt ihn passieren. Digitale Filter verwenden Logikkomponenten wie ASICs, FPGAs oder einen Signalprozessor, in dem ein sequentielles Programm abläuft. Concept of loading Operational amplifier = Operationsverstärker Ein Operationsverstärker (Abk. OP, OPV, OPA, OpAmp, seltener OpV, OV, OA) ist ein gleichspannungsgekoppelter Verstärker mit einem sehr hohen Verstärkungsfaktor. Der Name stammt aus der Verwendung in Analogrechnern und geht auf den mathematischen Begriff des Operators bzw. der Rechen-Operation zurück. Die Grundschaltung des Operationsverstärkers ist der Differenzverstärker. Durch äußere Beschaltung lassen sich viele verschiedene Funktionen festlegen. Damit sind Operationsverstärker Universalbausteine der signalverarbeitenden AnalogElektronik. Sie sind als integrierter Schaltkreis günstig herzustellen und als elektronisches Bauelement sehr verbreitet. Der Operationsverstärker genügt häufig den Erwartungen an einen idealen Baustein. Bei der Vielzahl der Anwendungen kann man durchaus an eine der Grenzen der Idealisierung stoßen. Daraus ist eine große Variationsbreite angebotener Schaltkreise entstanden, die jeweils in eine spezielle Richtung optimiert sind. Der übliche Operationsverstärker nimmt die Differenz zweier Spannungen auf und gibt sie verstärkt als eine auf Masse bezogene Spannung aus. Entsprechend sind die Eingänge hochohmig, der Ausgang ist niederohmig. Versorgt wird der Operationsverstärker mit einer gegen Masse positiven und einer negativen Spannung. Für besondere Anforderungen sind auch spezielle Varianten vorhanden. Soll der Normalfall von anderen Varianten abgegrenzt werden, wird der OP auch als VFA (engl. Voltage Feedback Amplifier) bezeichnet, auch sind weitere Nomenklaturen in Verwendung wie VV-OPV nach Tietze-Schenk.[1]
