Digitale Signalverarbeitung in der dynamischen Wägetechnik
von Svitlana DontsovaGegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung der Algorithmen der digitalen Signalverarbeitung
in der dynamischen Wägetechnik. Alle Betrachtungen beziehen sich auf einen Typ
der dynamischen Waagen, die Kontrollwaage. Die dargelegten Verfahren sind für jeden anderen
Waagentyp anwendbar, der für die dynamischen Messungen eingesetzt wird.
Die erforderlichen messtechnischen Parameter der Kontrollwaagen anhand der Klassifizierung
nach der internationalen metrologischen Empfehlungen OIML R51 und unter Berücksichtigung
der Anforderungen der Fertigpackungsverordnung werden berechnet.
Im Störspektrum einer Kontrollwaage spielen harmonische Komponenten eine dominierende
Rolle. Ein Teil der Arbeit beschäftigt sich mit den Untersuchungen dieser Art der Störsignale. Es
wird der Einfluss der Abtastrate auf das Spektrum und die Standardabweichung des Quantisierungsfehlers
bei der Signaldigitalisierung erläutert, ein Verfahren zur Ermittlung der tatsächlichen
Größe der Aliasingfrequenzen beschrieben, die Änderung der Standardabweichung
einer mit einem Mittelwertbildner gefilterten harmonischen Schwingung in Abhängigkeit von der
Filterordnung untersucht.
Der Schwerpunkt der Arbeit liegt im Entwurf der digitalen Filter, die als kaskadierte Mittelwertbildner
verwirklicht werden. Diese Filterart zeichnet sich durch eine Reihe der Vorteile aus. Dazu
gehören eine einfache Realisierbarkeit, die Möglichkeit zur schnellen Umstellung der Gruppenlaufzeit
und die leichte Anpassung an die Signalform. Alle diese Eigenschaften entsprechen den
Anforderungen an die digitale Signalverarbeitung in der dynamischen Wägetechnik. Es werden
Algorithmen zum Entwurf der angepassten Filterung auf Basis der kaskadierten Mittelwertbildnerstrukturen
sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich vorgestellt und verglichen. Im
praktischen Teil wird die Umsetzung eines der Verfahren in einer realen Waage gezeigt.
Zur Triggerung der Zeitpunkte des Messanfangs und des Messendes werden Lichtschranken
eingesetzt, die am Anfang und am Ende des Wägebandes angebracht sind. In der vorliegenden
Arbeit wird eine modifizierte Variante der Lichtschrankenanordnung beschrieben, die die
Möglichkeit vorsieht, die Gruppenlaufzeit des eingesetzten Filters an die verfügbare Messzeit
anzupassen. Praktische Umsetzung des Prinzips wird gezeigt. Ein weiterer Ansatz, der in der
Verwendung zu diesem Zweck digitaler Differenzierer besteht, wird herausgearbeitet.
