Hallo zusammen,
ich hoffe mit meinem Anliegen hier richtig zu sin, falls nicht, bitte
löschen :)
Kann mir jemand eine einfache Erklärung anhand meines Beispieles den
Butterworth Filter erklären?
Ich habe einen Infrarotsensor der mir ein lineares Temperatursignal von
0 V - 5V mit einer Abtastrate von 100 Hz ausgibt.
Nun zappelt das Signal. Wenn ich einen 0,1Hz Butterworth Filter
einsetzte bekomme ich ein stabiles Signal.
Warum ist das so und wieso zappelt das Signal bei einem 50 Hz
Butterworth Filter?
Vielen Dank vorab
Gruß Basti
Vermutlich ist Dein Temperatursignal mit 50 oder 100 Hz moduliert. Das
kommt z.B. dann vor, wenn es die Wärmestrahlung von Glühlampen empfängt,
die mit Netzfrequenz betrieben werden. Eventuell streut die Netzfrequenz
auch direkt in Deine Schaltung ein. Durch das Butterworthfilter mit 50Hz
Eckfrequenz kommen diese Störungen natürlich noch durch, bei 0.1Hz nicht
mehr.
50Hz sind auch genau die Nyquistfrequenz bei einer Abtastrate von 100Hz,
so dass das Filter mit dieser Eckfrequenz als Anti-Aliasing-Filter
unbrauchbar ist.
Welcher Frequenzgang für das IR-Signal ist denn gefordert? Danach
sollten sich Abtastrate und Anti-Aliasing Filter orientieren.
Mit dem 50Hz Filter unterdrückst du Störungen durch 50Hz Netzeinstreuung
gerade mal um Faktor 1,4, also fast gar nicht.
Mit dem 0,1Hz Filter unterdrückst du diese Netzstörungen um Faktor 500!
Basti schrieb:> Nun zappelt das Signal. Wenn ich einen 0,1Hz Butterworth Filter> einsetzte bekomme ich ein stabiles Signal.
Es wird auch mit dem 0,1Hz Filter zappeln, allerdings lange nicht mehr
mit so hoher Amplitude.
Nimm dir das Spektrum deines Eingangssignals, guck dir an, wie deine
Abtastrate im Verhältnis zu deinen Signalfrequenzanteilen liegt und
zeige das. Das Gleiche machst du mit dem gefilterten Signal. Dann lässt
sich mehr dazu sagen.
Basti schrieb:> Ich habe einen Infrarotsensor der mir ein lineares Temperatursignal von> 0 V - 5V mit einer Abtastrate von 100 Hz ausgibt.> Nun zappelt das Signal. Wenn ich einen 0,1Hz Butterworth Filter> einsetzte bekomme ich ein stabiles Signal.> Warum ist das so und wieso zappelt das Signal bei einem 50 Hz> Butterworth Filter?
Das hat nichts mit Butterworth zu tun. Der wesentliche Punkt ist, daß du
ein Tiefpassfilter verwendet hast. Wie der Name schon sagt, läßt so
ein Filter tiefe Frequenzen passieren, hohe jedoch nicht. Die
Frequenzangabe beim Filter ist die sogenannte Grenzfrequenz, bei der
ein Filter typisch 3dB Dämpfung hat. Im Durchlaßbereich ist die Dämpfung
nahe 0, im Sperrbereich steigt die Dämpfung an, je weiter man von der
Grenzfrequenz weg geht.
Wie steil dieser Anstieg ist, hängt von der Ordnung und der
Charakteristik des Filters ab. Für ein "glattes" RC-Filter (wie
Butterworth, Bessel etc.) kann man von 6dB pro Oktave und Ordnung
ausgehen. Ein Tiefpaßfilter 2. Ordnung dämpft dann bei der doppelten
Grenzfrequenz um 15dB (3 + 12), bei der vierfachen um 27dB (3 + 24) usw.
Wenn du Störungen mit 100Hz hast, dann ist das bei einem 0.1Hz Filter
das 1000-fache der Grenzfrequenz (ca. 10 Oktaven) und die Dämpfung ist
entsprechend hoch. Bei einem 50Hz Filter aber nur das Doppelte der
Grenzfrequenz und die Dämpfung ist viel geringer.
Ich möchte die Temperatur einer Bremsscheibe Messen. Sprich eine
Netzfrequenz habe ich nicht.
Wenn ich einen Butterworth Fiter mit 0,1 Hz setzte, fasst er mir jede
10s einen wert aus?
Ich glaube ich versteh das Prinzip noch nicht so ganz...
Basti schrieb:> Ich möchte die Temperatur einer Bremsscheibe Messen. Sprich eine> Netzfrequenz habe ich nicht.>> Wenn ich einen Butterworth Fiter mit 0,1 Hz setzte, fasst er mir jede> 10s einen wert aus?> Ich glaube ich versteh das Prinzip noch nicht so ganz...
Und Du hast uns noch nicht alles gesagt.
Basti schrieb:> Ich habe einen Infrarotsensor der mir ein lineares Temperatursignal von> 0 V - 5V mit einer Abtastrate von 100 Hz ausgibt.
Was ist das denn für ein Gerät?
Bei einem Filter mit 0,1 Hz ist eine Abtastrate von 100 Hz übertrieben.
Schadet aber auch nicht, nur Du mußt wissen das Temperaturänderungen
nicht im 100 Hz - Takt in voller Höhe zur Verfügung stehen, sondern
wesentlich langsammer.
Wenn Du einen Temperatursprung hast, wirst Du ihn grob gesagt erst nach
1000 Abtastungen in voller Höhe messen können.
mfg klaus
Basti schrieb:> Nun zappelt das Signal.
Dann solltest du als erstes klären, woher die Zappelei stammt.
Ob es sich dabei um das Rauschen des Sensors handelt, oder um eine 50
oder 100Hz-Störung durch das allgegenwärtige Stromnetz.
Diese Störungen kann man wegen ihrer sehr konstanten Frequenz besser mit
einer Bandsperre (Notch-Filter) entfernen, weil man damit die
Ansprechgeschwindigkeit ncht so stark beeinträchtigt wie mit einem
Tiefpass.
Manchmal genügt es auch Fehler des Aufbaus, wie etwa Brummschleifen, zu
beseitigen...
Wenn der ADC-Wert zappelt, gibt es Beeinflussungen der Messung.
Darauf kann man sich wohl einigen.
Schaltet man einen Tiefpass (Bessel, oder sonstwas)
mit Fg = 0,1 Hz davor zappelt es nicht so. - Schön.
- Rückfrage:
Ab welcher Grenzfrequenz des TP (Butterworth-Filters) ist denn
der ADC-Wert stabil genug?
- Oder:
Wie störempfindlich ist deine Schaltung?
Tatsache: Je tiefer die Grenzfrequenz, desto veralteter (oder
verwaschener, in jedem Fall ungenauer) ist deine Temperaturmessung
der Bremsscheibe.
Wer misst, misst Mist.
Gilt auch mit Besselfilter, wenn man sich nicht (vorher und bei
der Erprobung) die passenden Gedanken macht.
Hallo,
beschreibe doch mal bitte den Aufbau, den Du da hast.
Vielleicht eignet sich ein Infrarot Thermometer dafür eher, denn manche
können mehrere hundert Grad messen.
"
Ob es sich dabei um das Rauschen des Sensors handelt, oder um eine 50
oder 100Hz-Störung durch das allgegenwärtige Stromnetz."
Angeblich habe er "keine Netzfrequenz".
MfG
