Analoges Signal gleitender Mittelwert beste Wahl?

Deine Begriffe verwirren.

gleitender Mittelwert wird eigentlich nur mit digitaler Verarbeitung 
assoziiert, also nach dem AD.

Ein Tiefpass meint im einfachsten Fall eine RC-Kombination vor dem AD, 
um hochfrequente Signal (über der Abtastrate) zu eleminieren.

Zudem meint "gleitender Mittelwert" den Mittelwert aus den letzten n 
Messungen, die dazu alle gespeichert werden müssen.

Einfacher (und die digitale Entsprechung des PT-1 Tiefpass per RC) ist 
die exponentielle Glättung [X += (Messwert-X)/N] mit N als 
Gewichtungsfaktor und Abtastrate*N = Tau.

jn15 schrieb:
> sondern was
> entscheidend ist, dass ich irgendwie den Verlauf der steigenden Spannung
> der Ausschläge erfassen kann (etwa ein Signal, das ungefähr der roten
> Linie entsprechen kann).

Zwei Lösungen wurden dir genannt.
Peak detector und Integrator.
Welcher besser passt kommt darauf an, ob du nur die Höhe der Impulse 
wissen willst, oder Höhe und Breite (also die Fläche darunter)
Nur die Höhe, dnn Peak detector, die Fläche wäre dann der Integrator.

jn15 schrieb:
> Dieses Signal
> möchte ich auswerten, meine Messkarte hat aber nicht die erforderliche
> Abtastrate, damit ich wirklich jeden Ausschlag messen könnte.

Welche Abtastrate hast du denn. Dir ist das Abtasttheorem 
(Nyquist-Shannon) ein Begriff? Die Grenze musst du einhalten sonst sind 
die A/D gewandelten Werte nur noch Müll.

jn15 schrieb:
> Ich habe darüber nachgedacht, ob die Bildung eines gleitenden
> Mittelwertes (wird doch meist realisiert über einen Tiefpass) Sinn
> macht, was natürlich für eine kurze Verzögerung im Signal sorgt, je
> nachdem welche Breite der gleitende Mittelwert haben soll.

Gleitender Mittelwert und Tiefpass erster Ordnung (dass was man mit RC 
realisiert) sind grundverschieden.
Ersterer mittelt die Daten in einem Fenster konstanter Breite mit 
gleicher Gewichtung, ein RC-Tiefpass mittelt (theoretisch) über ein 
unendlich breites Zeitfenster und gewichtet die Daten mit einer 
exponentiel abklingenden Gewichtsfunktion, d.h. je älter um so geringer 
das Gewicht.

Der Andere schrieb:
> Welche Abtastrate hast du denn. Dir ist das Abtasttheorem
> (Nyquist-Shannon) ein Begriff? Die Grenze musst du einhalten sonst sind
> die A/D gewandelten Werte nur noch Müll.

Quatsch

Falls man das Abtasttheorem verletzt, bekommt man Aliasing-Effekte. Ob 
man damit umgehen kann, steht auf einem anderen Blatt.

Jedes Stroboskop nutzt diese Tatsache und das wird wohl keiner als 
"Müll" bezeichnen.

Wenn man weiss, wann die Impulse kommen, kann man beispielsweise ganz 
gezielt auf die Peakfläche zugreifen, indem man einen Integrator über 
den Peak integrieren lässt und nach dem Puls damit den ADC füttert. Bei 
der Zeitskala ist das doch überhaupt kein Problem.

Der Andere schrieb:
> Zwei Lösungen wurden dir genannt.
> Peak detector und Integrator.
> Welcher besser passt kommt darauf an, ob du nur die Höhe der Impulse
> wissen willst, oder Höhe und Breite (also die Fläche darunter)
> Nur die Höhe, dnn Peak detector, die Fläche wäre dann der Integrator.
Nur die Höhe ist wichtig. Breite komplett egal.

Der Andere schrieb:
> Welche Abtastrate hast du denn. Dir ist das Abtasttheorem
> (Nyquist-Shannon) ein Begriff? Die Grenze musst du einhalten sonst sind
> die A/D gewandelten Werte nur noch Müll.
Nein überhaupt nicht. Bin im elektrotechnischen Bereich ziemlicher 
Anfänger. Ich kannte bis eben nicht einmal Peakdetektoren... Abtastrate 
ist meine ich bei ca. 5 ms.

Aber Peakdetektoren halten doch die höchste Spannung permanent oder? Ich 
bräuchte ja eigentlich einen Reset alle 10 ms.

Wolfgang schrieb:
> Falls man das Abtasttheorem verletzt, bekommt man Aliasing-Effekte. Ob
> man damit umgehen kann, steht auf einem anderen Blatt.

Selber Quatsch! Damit kann man nicht meht umgehen weil man daraus das 
Ursprungssignal ebn nicht mehr eindeutig ermitteln kann.

Für dein "Umgehen" setzt du wahrscheinlich zusätzliche Informationen 
voraus, nur ob es die gibt und ob der weiterverarbeitende Algorithmus 
die hat und verarbeiten kann steht auf einem anderen Blatt.

jn15 schrieb:
> Aber Peakdetektoren halten doch die höchste Spannung permanent oder? Ich
> bräuchte ja eigentlich einen Reset alle 10 ms.

Nein, sie liefern einen Impuls, wenn dss Maximum erreicht ist.

Den Impuls kann man verwenden um damit eine Sample & Hold Schltung 
anzusteuern, die den aktuellen Spannungswert festhält.
Wenn du genau weisst, wann die Peaks kommen, weil du sie z.B selbst 
herstellst, kannst du auf den Peak Detektor verzichten und den S&H 
direkt ansteuern.
Hinter dem S&H hast du jedenfalls eine treppenförmige Spannung, die du 
evtl. noch glätten kannst.

Ne, ich weiß leider nicht genau, wann die Peaks kommen.
Das klingt leider komplizierter als ich es mir vorgestellt habe.
Auf diesen Diagrammen (bisschen runterscrollen) sah es halt so aus, als 
würde der Peak Detector die Spannung halten, oder ist die Zeiteinheit 
einfach zu gering?
http://www.analog.com/en/technical-articles/ltc6244-high-speed-peak-detector.html

Müsste eine Sample & Hold Schaltung so ausgelegt werden, dass sie 
zeitlich mit dem Auslesen übereinstimmt?

Und weiter oben wurde ja auch von einem aktiven Integrierer geschrieben. 
Ich habe mich da mal etwas eingelesen, verstehe aber nicht so ganz, wie 
der mir helfen könnte.

Lach schrieb:
> Selber Quatsch! Damit kann man nicht meht umgehen weil man daraus das
> Ursprungssignal ebn nicht mehr eindeutig ermitteln kann.

Wenn einen die Rekonstruktion des Ursprungssignals nicht interessiert, 
wie  das hier der Fall ist, kann einem die Ermittlung des 
Ursprungssignals ziemlich egal sein.

Und wenn es hier um die Peakamplitude geht, reicht ein 
Spitzenwertdetektor, den man z.B. nach Ende der AD-Wandlung zurück setzt 
- rechtzeitig bevor der nächste Peak kommt.

Der Spitzenwertdetektor verletzt mit Sicherheit das Abtasttheorem und 
liefert trotzdem genau die gesuchte Information - nix mit Müll.

jn15 schrieb:
> Ne, ich weiß leider nicht genau, wann die Peaks kommen.

Du weißt aber doch, dass die Peaks eine steile fallende Flanke haben ;-)

Falls sich deine Peak-Höhen immer gut von 0-Level unterscheiden, kannst 
du einfach mit einem Komparator die zeitliche Lage der Pulse erkennen. 
Evtl. kann man das Signal auch mit einem Hochpass differenzieren.

Mit dieser fallenden Flanke wird ein Interrupt ausgelöst, der die 
Wandlung des ADC zum Messen des Ausgangssignals vom Peak-Detektor 
startet. Sobald der Wandler fertig ist, wird der Peak-Detektor zurück 
gesetzt und die Mimik wartet auf den nächsten Puls.

Ja, so gesehen weiß man das natürlich schon.

Ich habe gerade auch selber gemerkt, dass ich mich widersprüchlich in 
diesem Thread ausgedrückt habe, indem ich zwischendurch schrieb, dass 
ich die Peaks erkennen will. Das ist so gesehen quatsch.
Die Spannung der Peaks genau zu erkennen ist eine Möglichkeit das Signal 
auszuwerten, die andere, wie in Beitrag 1 beschrieben (s. Diagramm), ist 
es, dass ich den Verlauf der Peak-Höhen ermitteln kann.

Also: Das Signal besteht ausschließlich aus den im Diagramm gezeigten 
Peaks. Diese sind zu Beginn niedriger (z.B. 1V), steigen im Laufe des 
Prozesses aber an (bis auf z.B. 3 V) und fallen irgendwann wieder ab. 
Der Unterschied in den Peakhöhen ist dabei nicht abrupt, sondern ändert 
sich, je nach Prozessparametern, linear oder exponentiell.
Jetzt würde es mir auch helfen, wenn ich so ein analoges Signal wie aus 
meinem Diagramm erzeugen könnte (rot), das keine richtigen Rückschlüsse 
auf die Peakhöhe zulässt, aber dafür einen konstanten Verlauf dieser 
widerspiegelt.

Ist es möglich in dieser Richtung eine leichtere Lösung zu finden?

Dergute W. schrieb:
> Naja, mit irgendeinem Tiefpass halt - mehr oder weniger voellig wurst,
> welche Geschmacksrichtung; ob gleitender oder rubbelnder Mittelwert,
> Butterwurscht oder Cauer.

Mit "irgendeinem Tiefpass" muss die Zeitkonstante übel groß sein, damit 
man einen gleichmäßig ansteigenden Verlauf ohne Einbrüche zwischen den 
Pulsen bekommt. Da bleibt vom Verlauf der Peak-Höhen des Originalsignals 
nicht viel über.

Grundsätzlich gilt für mich:
Geringer zeitlicher Verlust > Genauigkeit des Signals

Einerseits muss die Zeitkonstante natürlich größer sein, damit die 
Einbrüche zwischen den Peaks nicht zu stark sind, andererseits auch 
gering, damit ich nicht einen zu großen zeitlichen Verlust zwischen 
Originalsignal und dem Ausgang des Tiefpasses habe. Ich kann aber 
softwareseitig zumindest etwas dafür sorgen, dass unerwartete 
Signaleinbrüche auch als solche registriert werden.

Mein Signalverstärker hat eine Ausgangsfrequenz von 2 kHz, die ist aber 
nicht entscheidend für die Auslesung des Tiefpasses oder? Sondern die 
ca. 100 Hz der Peaks.

Sorry.

Ich denke mit einer zeitlichen Verzögerung von 30 ms könnte ich leben, 
so dass 3 Peaks enthalten wären.

Wie dimensioniert man so einen Tiefpass (RC, 1. Ordnung) nun? Ich weiß, 
dass sich jeweils Grenzfrequenz, Widerstand und Kondensator berechnen 
lassen, allerdings benötigt man dazu die jeweils anderen beiden.

Bei Grenzfrequenz ist der Widerstand und der kapazitive
Widerstand des Kondensators gleich groß.

Ah, ich verstehe. Quelle ist ein Picas von Peekel Instruments:
http://www.peekel.de/download/PICAS-Signalog6000-Handbuch.pdf

Auf den ersten Blick habe ich jetzt keine Information gefunden, die mir 
Rückschluss darauf gibt, welche Belastung das System aushält.

Die angegebene Belastung ist wahrscheinlich auch als konstante Last 
gemeint, oder? Denn der Prozess dauert maximal 2 Minuten, dann kommt 
immer eine Pause von min. 1 Min.

Dergute W. schrieb:
> Unangenehm dabei ist halt, dass deine Ausgangsspannung so ungefaehr um
> den Faktor 10 kleiner sein wird als die Peaks.

Was nicht schön ist. Aber die könnte ich doch mittels OpAmp danach 
vergrößern, oder? Vorwiderstand bsp. 1 kOhm, Rückführungswiderstand 10 
kOhm.

Dergute W. schrieb:
> Und davon ausgehend vielleicht, wenns ein RC-Tiefpass werden soll, mal
> mit R=10K und C=2.2uF experimentieren.

Damit sackt das Signal zwischen den Peaks immer noch kräftig ab und zu 
Anfang stimmt gar nichts. Das findest du schön?

Dergute W. schrieb:
> Nein, wie kommst du darauf?

Weil das noch weit von dem entfernt ist, was der TO als Wunschkurvenform 
gezeigt hat.

Mit einer größeren Zeitkonstante (10k, 10µ) wird es auch nicht schöner, 
nur anders.

Für eine vernünftige Auswertung der Peaks wird man IMHO wohl oder übel 
etwas mehr Aufwand treiben müssen und das Thema Peakdetektor mit Reset 
und getriggerter AD-Wandung verfolgen, auch wenn das dann nicht mehr 
unter Analogelektronik fällt, dafür aber zumindest deulich weniger 
aufwändig wäre.

Über die Genauigkeitsanforderungen wird man sich auch noch klar werden 
müssen.

Ja, aber damit werde ich leben müssen, ich habe nicht die Zeit mich in 
komplexere Bereiche einzuarbeiten.

Noch mal zur Nachfrage:
Direkt hinter dem Tiefpass kann ich ungehindert mit einem OPAmp die 
Spannung erhöhen, oder? Erleichtert mir die Auswertung.

jn15 schrieb:
> Ja, aber damit werde ich leben müssen, ich habe nicht die Zeit mich in
> komplexere Bereiche einzuarbeiten.

Suche nach Peak Detektor:
http://www.radanpro.com/Radan2400/Theory/741%20Op-Amp%20Tutorial.htm

Statt des Schalter in 9-b kommt für den Reset der als Open-Drain 
gesteuerte Ausgang des µC ran. Wenn dir das zu komplex ist, kannst du 
den Datenmüll auch gleich in die Tonne treten.