Forum: Digitale Signalverarbeitung / DSP / Machine Learning Signal in Komponenten zerlegen


von Emeritiert (Gast)


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Wie könnte ich dieses Signal in seine Komponenten Frequenz, Phase und 
Amplitude zerlegen? Eine einfache FFT habe ich probiert, ist zu langsam 
/ zu grob. Das Signal kommt aus einem Gas-Analysator und bewegt sich in 
der Amplitude und der Frequenz gleichzeitig. Ideal wäre die Auswertung 
in einem Microcontroller, z.B. STM32 oder ähnlich.

von Michael (mm1)


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Wie schnell/ fein muss es denn sein?

von Emeritiert (Gast)


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Die Pulse haben Frequenzen von bis zu 5MHz (Molekülresonanzen). Ich 
würde sagen, das 5-10fache?

von Benedikt S. (benedikt_s)


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Hängt das mit dem wahnsinnigen 150V verstärker zusammen?

Wie es dem auch sei hilft hier eine Wavelettrafo. Magst du noch mehr zur 
eigentlichen Messaufgabe schreiben?

von Michael (mm1)


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E. M. schrieb:
> Die Pulse haben Frequenzen von bis zu 5MHz (Molekülresonanzen). Ich
> würde sagen, das 5-10fache?

Aufzeichnen und erst dann zerlegen ist keine Idee?

von Emeritiert (Gast)


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Nein, soll online sein. Offline kriegen sie es ja mit MATLAB hin.

von Michael (mm1)


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Wie oft kommen die Pulse? Die Zeit zwischen 2 Pulsen kannst du ja für 
die Zerlegung nutzen

von Andreas M. (amesser)


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E. M. schrieb:
> Frequenz, Phase und
> Amplitude

Für Phase brauchts ne Referenz. Wie soll das hier definiert sein? 
Ansonsten Zeit zwischen Nulldurchgängen messen. Ich sehe hier mehr als 
eine Amplitude. Also bitte nochmal genau definieren, was Du in deiner 
Auswertung sehen willst.

E. M. schrieb:
> Eine einfache FFT habe ich probiert, ist zu langsam

Was soll das heißen. Wie sind die genauen Anforderungen, wie viele ns 
nach Signal-Ende soll das "Ergebniss" vorliegen?

E. M. schrieb:
> Ideal wäre die Auswertung
> in einem Microcontroller, z.B. STM32 oder ähnlich.

Warum? Ich denke mal zu einem Gas-Analysator gehört ein Mess PC, der 
lächelt über ein bischen FFT nur. Und was genau soll überhaupt 
passieren? Eine Tröte ertönen, ein Licht angehen...

Ist heute denn keiner mehr fähig seine Anforderungen vollständig und 
verständlich zu formulieren?

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,
E. M. schrieb:
> Nein, soll online sein. Offline kriegen sie es ja mit MATLAB hin.

Naja, also wenn SIE ja da schon eine Loesung haben, dann guck dir IHRE 
MATLAB-Loesung an und mach's halt entsprechend schneller und weniger 
generisch.

Gruss
WK

von Emeritiert (Gast)


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Andreas M. schrieb:
> Und was genau soll überhaupt
> passieren? Eine Tröte ertönen, ein Licht angehen...

Das System muss sich selbst nachstellen. Die Anregungen müssen gesteuert 
werden, damit sie maximal bleiben. Desshalb sollte das verzögerungsarm 
passieren.

Die Pulse kommen immer, wenn ein Molekül erwischt wurde, das kann von 
einzelnen Pulsen je Sekunde, bis zu einem Dauerfeuer reichen.

Eigentlich ist das Ziel, die Anregung so zu steuern, dass es keine 
kurze, sondern eine lange, dauerhafte Resonanz gibt, um das Molekül zu 
verfolgen.

Momentan gibt es nur kurze Interferenzen.

Benedikt S. schrieb:
> Hängt das mit dem wahnsinnigen 150V verstärker zusammen?
gut geraten :-)

von Benedikt S. (benedikt_s)


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> Das System muss sich selbst nachstellen. Die Anregungen müssen gesteuert
werden, damit sie maximal bleiben. Desshalb sollte das verzögerungsarm
passieren.

Muss die Absorbtion maximal sein oder musst du nur die Frequenz genau 
kennen?
Phase macht nur sinn wenn's auch nen Bezug zu was anderem oder zur 
Absolutzeit gibt.

Weißst du schon vorher was über die zu erwartenden Frequenzen?
Wenn ja Goertzel-Algorithmus auf die Frequenzen die du erwartest und 
dann die Einstrahlungspulse entsprechend anpassen. Ich hoffe du hast 
eine super schnellen AWG sonst wird das nichts. Auf jeden Fall ist die 
Aufgabe alles andere als trivial und mit diesen dünnen Informationen 
kann dir auch keiner genau helfen geht es um sowas wie Fourier transform 
microwave (FTMW) spectroscopy ?

von Benedikt S. (benedikt_s)


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> Eigentlich ist das Ziel, die Anregung so zu steuern, dass es keine
kurze, sondern eine lange, dauerhafte Resonanz gibt, um das Molekül zu
verfolgen.

Geht das überhaupt physikalisch in deinem System? Wie ist die natürliche 
Lebensdauer des Zustandes?

Was du vorhast ist ja quasi ein MASER bauen, anderenfalls bekommst du ja 
nur kurze inkohärente Pulse die sich im schlimmsten Fall rausmitteln 
analog zur T1 Relaxation im NMR.

: Bearbeitet durch User
von Andreas M. (amesser)


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Nach den bisherigen Salamischeiben zu urteilen ist die Frequenz 
vermutlich gar nicht relevant für die Anwendung. Leider ist der größte 
Teil der Fragen meines Posts unbeantwortet geblieben, kennt man ja heute 
leider nicht mehr anders. Scheinbar glauben immer mehr es reichen ein 
paar hingeworfene Brocken damit einen der Rest der Welt versteht. Nicht 
mein Problem.

Um hier irgendwelche tragfähigen Lösungsansätze zu erarbeiten bräuchte 
man erstmal einen vollständigen Blick auf das Signal. Also nicht nur den 
Ausschnitt auf das Ereignis sondern auch davor und danach. Am besten 
mehrere Ereignisse am Stück. Dazu dann was als "Ausgang" erwartet wird. 
Danach kann man dann überlegen wie man die Sache angeht. (Wenn es außer 
dem Nutzsignal keine weiteren großartigen Störungen gibt reicht am Ende 
eine Diode mit Tiefpass und nachgeschaltetem Komparator)

Übrigens gehören zu einem Diagramm/Plot auch eine Achsenbeschriftung und 
Legende. So ein Gekritzel hätte mir bereits mein Physiklehrer 7. Klasse 
um die Ohren gehauen.

von Emeritiert (Gast)


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Andreas M. schrieb:
> Nach den bisherigen Salamischeiben zu urteilen ist die Frequenz
> vermutlich gar nicht relevant für die Anwendung.

Doch ist sie. Sie indiziert den Punkt der maximalen Interferenz und gibt 
Aufschluss über das Molekül selbst. Der Zusammenhang ist allerdings 
indirekt und muss umgerehnet werden.

Ich an meiner Stelle muss nur über haupt die Frequenz erfassen. Das 
Regelsystem macht eine andere Gruppe.

Was es genau ist möchte ich hier nicht darstellen.

Ich brauche nur eine Idee, das Signal digital aufzuarbeiten.

Der momentane Ansatz sind mehrere FFTs parallel mit unterschiedliechen 
Frequenzen und Längen, um sich das aussagenfähigste im Nachhinein 
herauszusuchen.

Ich dachte, dass das eventuell schlauer zu machen wäre.

von Andreas M. (amesser)


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E. M. schrieb:
> Der momentane Ansatz sind mehrere FFTs parallel mit unterschiedliechen
> Frequenzen und Längen, um sich das aussagenfähigste im Nachhinein
> herauszusuchen.

Es gibt bei einer FFT nur einen Parameter und das ist die Anzahl der 
Samples über die sie gemacht wird. Es gibt weder Längen, noch 
Frequenzen.

> Ich dachte, dass das eventuell schlauer zu machen wäre.

Ja die gibt es. Solche Signalformen  werden seit über einem halben 
Jahrhundert mit einfachsten Mitteln ausgewertet und anschließend in 
Flensburg aufs Punktekonto gebucht. 
(https://de.wikipedia.org/wiki/Geschwindigkeits%C3%BCberwachung#Radar) 
Aber einerseits hast Du nun mehrfach klar gemacht, dass Du nicht 
geholfen werden willst und ich vermute mal fast, dass das eigentliche 
Ziel ist, dass Du Dir das selbst erarbeiten sollst. Noch viel Erfolg 
dabei.

E. M. schrieb:
> Ich an meiner Stelle muss nur über haupt die Frequenz erfassen. Das
> Regelsystem macht eine andere Gruppe.

Was bin ich froh, das zu meiner Zeit dieser ganze Team-Mist noch nicht 
so en vogue war. Das kommt eben dabei raus wenn eine Aufgabenstellung 
ohne Sinn und Verstand mit Gewalt zerteilt wird nur um den "Team-Work" 
Aufkleber draufbappen zu können. Was dabei raus kommt wenn die eine Hand 
nicht weis was die andere macht kann man jeden Tag mehr und mehr an 
unseren Konsumprodukten erleben. Setzt euch lieber erst mal zusammen an 
einen Tisch und tragt Eure Ideen zusammen, diskutiert drüber und 
versucht eine sinnvolle Aufgabenteilung zu finden.

von Wilhelm M. (wimalopaan)


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Das Signal schaut so aus, als könnte man es gut mit einem Matched-Filter 
erkennen. Weißt Du die / mehrere mögliche Signalformen (Frequenz, 
Hüllkurve, etc.) a-priori?

von Ob S. (Firma: 1984now) (observer)


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Emeritiert schrieb:

> Wie könnte ich dieses Signal in seine Komponenten Frequenz, Phase und
> Amplitude zerlegen?

Das gezeigte Signal enthält schon mal (mindestens) zwei 
Frequenz-Komponenten. Außerdem: Die Phase? Welcher Frequenzkomponente 
und bezogen auf was?

von J. S. (engineer) Benutzerseite


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Eigentlich besteht die Aufgabe wahrscheinlich darin, so ziemlich alles 
über das Signal herauszufinden. Das ließe sich brute force mit einer FFT 
machen, welche die min und max Frequenzen ermittelt, gfs schon Aussagen 
über Maxima macht, um dann in den regions of interest etwas Genaueres 
drüber laufen zu lassen.

Sofern da wirklich eine Resonanz gesucht wird, wäre das die 
interpolierte (oder per Suche und Verfeinerung) gewonnene Frequenz, 
deren Amplitude am Größten ist. Das lässt sich dann auch mit einigen 
Nachbarn sehr genau berechnen. Auch, was das Durchtreten durch die 
Resonanz anbelangt.

Die Amplitude dieser Frequenz wäre dann wiederum ein Maß für die 
Resonanzgüte und damit die Treffergenauigkeit.

Bezüglich der Phase braucht es irgendeinen Nullzeitpunkt, vermutlich den 
der Anregung.

Generell: Solche Reaktionen und Untersuchungen kennen wir von der 
Analyse von MRT-Sequencen und auch Radar-Signalen. Dort wiederum ist es 
so, dass die Bewegung eine Kompression der empfangenen Welle macht, die 
es auch genau in der Frequenz zu bestimmen gilt, um die 
Annäherungsgeschwindigkeit zu bestimmen. Solche Formeln und Algorithmen 
wären auch hier anzuwenden. Siehe Dopplerfilter etc.

Meine Frage wäre jetzt gewesen, ob hier fliegende Moleküle beobachtet 
werden sollen.

von Falk B. (falk)


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J. S. schrieb:
> Meine Frage wäre jetzt gewesen, ob hier fliegende Moleküle beobachtet
> werden sollen.

Eher die Löcher im Käse! Oder die im Hirn des Herrn wissenschaftlicher 
Mitarbeiter.

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