METEN EN VERWERKEN
VAN SIGNALEN
Door TGsamenvattingen
,Inhoud
Hoorcollege 1 .......................................................................................................................................... 2
Samenvatting hoofdstuk 1 ...................................................................................................................... 8
Hoorcollege 2 .......................................................................................................................................... 9
Opdrachten hoofdstuk 2 ....................................................................................................................... 11
Samenvatting hoofdstuk 3 .................................................................................................................... 28
Hoorcollege 3 ........................................................................................................................................ 33
Hoorcollege 4 ........................................................................................................................................ 35
Opdrachten hoofdstuk 4 ....................................................................................................................... 37
Hoorcollege 5 ........................................................................................................................................ 44
Opdrachten hoofdstuk 5 ....................................................................................................................... 47
Hoorcollege 6 ........................................................................................................................................ 50
Opdrachten hoofdstuk 6 ....................................................................................................................... 52
Hoorcollege 7 ........................................................................................................................................ 56
Opdrachten hoofdstuk 7 ....................................................................................................................... 63
,Hoorcollege 1
Wat gaat er vooraf aan een signaal?
• Wat is de bron van een signaal
• Hoe en waar detecteer je een signaal
• Zijn er stoorbronnen
• Wat zijn de eigenschappen van het signaal/het stoorsignaal
• Welke stappen zijn er nodig om een signaal te analyseren
• Gevolgen van signaalverwerkingsstappen op het signaal
Meet- en signaalbewerkingsproces
In het algemeen kun je het meten van een signaal beschrijven met behulp van een meetketen dus een
aantal stappen waar achtereenvolgens een signaal doorheen loopt zodat je uiteindelijk in je computer
informatie uit signalen kunt halen.
1. Fysisch proces: vaak een proces in je lichaam dat je graag zou willen meten.
2. Meten: dit betekend eigenlijk het omzetten van een signaal in een elektrisch signaal is. Dat
doe je met een sensor of met een transducer en na dit stapje meten heb je dus een elektrisch
signaal.
3. Analoog voorbewerken: het signaal kan bijvoorbeeld versterkt moeten worden, want vaak is
het signaal heel zwak. Bovendien moet het vaak worden gefilterd.
4. bemonsteren en kwantificeren: dat is eigenlijk het inlezen van het signaal in de computer, dat
betekend dat op vaste tijden wordt gekeken hoe groot het signaal is, dat wordt vervolgens
gedigitaliseerd. Dat betekend dat het een waarde krijgt die niet meer continue kan variëren
maar die gekwantificeerd is en die dus in stapjes omhoog loopt.
5. Digitaal voorbewerken: hierbij kun je denken aan digitaal filteren
6. Signaal analyse: de informatie uit je signaal halen, die je er graag uit zou willen halen.
Tot aan de gestippelde lijn hebben we te maken met continuïteit en analoge waardes, de waardes zijn
dus niet getrapt en kunnen alle waardes aannemen en in de tijd heb je continue een waarde. Na de
verticale stippellijn hebben we alleen op vaste tijden nog een waarde van het signaal en ook de grote
van die waardes zijn gekwantificeerd, dus die lopen met stapjes omhoog.
Fysische domeinen
Domein Grootheden
Mechanisch Kracht, verplaatsing, versnelling, …
Elektromagnetisch Stroomsterkte, potentiaalverschil, …
Thermisch …
Optisch …
Chemisch …
Biologisch Hartritme, tremor, temperatuur, hemotocriet
Als deze grootheden hebben hun eigen eenheid.
, Sensor/transducer
De eerste stap in het meten van signalen is eigenlijk altijd het
meten van een signaal aan een fysisch proces. Een transducer zet
dit om in een signaal in het elektrisch domein.
Sensoreigenschappen
Een sensor heeft allerlei eigenschappen waar je rekening mee moet
houden als je wil dat de meetketen je signaal niet beïnvloed. Een
belangrijke eigenschappen die een sensor heeft is het verschil tussen
directe sensoren en modulerende sensoren.
Directe sensoren: een deel van de energie die in het fysische proces
aanwezig is of gegenereerd wordt, wordt gebruikt om te meten. Bijvoorbeeld een thermometer.
Modulerende sensoren: energie wordt toegevoegd aan het signaal wat je wil meten. Bijvoorbeeld een
doppler meeting.
Andere eigenschappen waarmee je rekening moet houden bij sensoren zijn:
1. Is een sensor invasief of niet invasief
2. De gevoeligheid van een sensor
3. De responsietijd van een sensor
4. De FSO (full scale output): het maximale signaal wat een sensor uitstraalt, past dat wel bij
wat de computer moet kunnen inlezen.
5. Lineariteit als je signaal toeneemt met een bepaalde factor, doet je sensor signaal dat dan ook?
6. Hysterese dat wil zeggen is de relatie tussen je fysische proces en je signaal als je fysische
proces aan het toenemen is gelijk aan wanneer het fysische proces aan het afnemen is.
7. Reproduceerbaarheid als je twee keer meet, vindt je dan twee keer hetzelfde signaal?
8. Uitwisselbaarheid als je twee keer een sensor uit het bakje pakt, moet je dan alles opnieuw
kalibreren of kan je gewoon verder met meten?
9. Offset ook als het fysische proces niet een grote waarde heeft geven ze een signaal. Het
signaal fluctueert niet rond nul maar rond een bepaalde spanning.
10. Selectiviteit hoe goed meet je sensor het signaal dat je wil meten, of meet hij eigenlijk
meerdere dingen die je niet wil meten
11. Levensduur hoe lang gaat je sensor mee
Sensoren principes
• Thermo-elektrisch effect: als twee metaal een bepaalde temperatuur hebben dan kan daar een
signaalverschil tussen ontstaan.
• Thermo-resistief effect: bij metalen neemt de weerstand toe als de temperatuur toeneemt, maar
je hebt ook materialen waarbij dat juist andersom is.
• Piëzo-elektrisch effect: piëzo kristallen dat is een materiaal waar je als je daar een bepaalde
druk op zet, dan geeft het een ander potentiaalverschil.
• Rekstrookje
• Capacitief effect
Meetelektrodes
Veel voorkomende sensoren zijn meetelektrodes, waarbij je
bijvoorbeeld een plakker op de huid plakt. Wat er dan gebeurt is dat
je een metaal verbind met een elektrolied. Eigenlijk is dat iets
waarin ionen vrij kunnen bewegen en in een lichaam bijvoorbeeld is
dat zo. In een lichaam heb je twee ionen, kationen en anionen.
Kationen zijn zo genoemd omdat ze bij elektrolyse naar de kathode
toe willen, dat is de negatieve pool. Dus kationen zijn zelf positief
geladen. Anionen willen graag naar de anode toe, dat is de positieve
pool. Anionen zijn dus negatief geladen., Dit kunnen in een
elektroliet beide bewegen. In een metaal kunnen natuurlijk alleen elektronen bewegen.
VAN SIGNALEN
Door TGsamenvattingen
,Inhoud
Hoorcollege 1 .......................................................................................................................................... 2
Samenvatting hoofdstuk 1 ...................................................................................................................... 8
Hoorcollege 2 .......................................................................................................................................... 9
Opdrachten hoofdstuk 2 ....................................................................................................................... 11
Samenvatting hoofdstuk 3 .................................................................................................................... 28
Hoorcollege 3 ........................................................................................................................................ 33
Hoorcollege 4 ........................................................................................................................................ 35
Opdrachten hoofdstuk 4 ....................................................................................................................... 37
Hoorcollege 5 ........................................................................................................................................ 44
Opdrachten hoofdstuk 5 ....................................................................................................................... 47
Hoorcollege 6 ........................................................................................................................................ 50
Opdrachten hoofdstuk 6 ....................................................................................................................... 52
Hoorcollege 7 ........................................................................................................................................ 56
Opdrachten hoofdstuk 7 ....................................................................................................................... 63
,Hoorcollege 1
Wat gaat er vooraf aan een signaal?
• Wat is de bron van een signaal
• Hoe en waar detecteer je een signaal
• Zijn er stoorbronnen
• Wat zijn de eigenschappen van het signaal/het stoorsignaal
• Welke stappen zijn er nodig om een signaal te analyseren
• Gevolgen van signaalverwerkingsstappen op het signaal
Meet- en signaalbewerkingsproces
In het algemeen kun je het meten van een signaal beschrijven met behulp van een meetketen dus een
aantal stappen waar achtereenvolgens een signaal doorheen loopt zodat je uiteindelijk in je computer
informatie uit signalen kunt halen.
1. Fysisch proces: vaak een proces in je lichaam dat je graag zou willen meten.
2. Meten: dit betekend eigenlijk het omzetten van een signaal in een elektrisch signaal is. Dat
doe je met een sensor of met een transducer en na dit stapje meten heb je dus een elektrisch
signaal.
3. Analoog voorbewerken: het signaal kan bijvoorbeeld versterkt moeten worden, want vaak is
het signaal heel zwak. Bovendien moet het vaak worden gefilterd.
4. bemonsteren en kwantificeren: dat is eigenlijk het inlezen van het signaal in de computer, dat
betekend dat op vaste tijden wordt gekeken hoe groot het signaal is, dat wordt vervolgens
gedigitaliseerd. Dat betekend dat het een waarde krijgt die niet meer continue kan variëren
maar die gekwantificeerd is en die dus in stapjes omhoog loopt.
5. Digitaal voorbewerken: hierbij kun je denken aan digitaal filteren
6. Signaal analyse: de informatie uit je signaal halen, die je er graag uit zou willen halen.
Tot aan de gestippelde lijn hebben we te maken met continuïteit en analoge waardes, de waardes zijn
dus niet getrapt en kunnen alle waardes aannemen en in de tijd heb je continue een waarde. Na de
verticale stippellijn hebben we alleen op vaste tijden nog een waarde van het signaal en ook de grote
van die waardes zijn gekwantificeerd, dus die lopen met stapjes omhoog.
Fysische domeinen
Domein Grootheden
Mechanisch Kracht, verplaatsing, versnelling, …
Elektromagnetisch Stroomsterkte, potentiaalverschil, …
Thermisch …
Optisch …
Chemisch …
Biologisch Hartritme, tremor, temperatuur, hemotocriet
Als deze grootheden hebben hun eigen eenheid.
, Sensor/transducer
De eerste stap in het meten van signalen is eigenlijk altijd het
meten van een signaal aan een fysisch proces. Een transducer zet
dit om in een signaal in het elektrisch domein.
Sensoreigenschappen
Een sensor heeft allerlei eigenschappen waar je rekening mee moet
houden als je wil dat de meetketen je signaal niet beïnvloed. Een
belangrijke eigenschappen die een sensor heeft is het verschil tussen
directe sensoren en modulerende sensoren.
Directe sensoren: een deel van de energie die in het fysische proces
aanwezig is of gegenereerd wordt, wordt gebruikt om te meten. Bijvoorbeeld een thermometer.
Modulerende sensoren: energie wordt toegevoegd aan het signaal wat je wil meten. Bijvoorbeeld een
doppler meeting.
Andere eigenschappen waarmee je rekening moet houden bij sensoren zijn:
1. Is een sensor invasief of niet invasief
2. De gevoeligheid van een sensor
3. De responsietijd van een sensor
4. De FSO (full scale output): het maximale signaal wat een sensor uitstraalt, past dat wel bij
wat de computer moet kunnen inlezen.
5. Lineariteit als je signaal toeneemt met een bepaalde factor, doet je sensor signaal dat dan ook?
6. Hysterese dat wil zeggen is de relatie tussen je fysische proces en je signaal als je fysische
proces aan het toenemen is gelijk aan wanneer het fysische proces aan het afnemen is.
7. Reproduceerbaarheid als je twee keer meet, vindt je dan twee keer hetzelfde signaal?
8. Uitwisselbaarheid als je twee keer een sensor uit het bakje pakt, moet je dan alles opnieuw
kalibreren of kan je gewoon verder met meten?
9. Offset ook als het fysische proces niet een grote waarde heeft geven ze een signaal. Het
signaal fluctueert niet rond nul maar rond een bepaalde spanning.
10. Selectiviteit hoe goed meet je sensor het signaal dat je wil meten, of meet hij eigenlijk
meerdere dingen die je niet wil meten
11. Levensduur hoe lang gaat je sensor mee
Sensoren principes
• Thermo-elektrisch effect: als twee metaal een bepaalde temperatuur hebben dan kan daar een
signaalverschil tussen ontstaan.
• Thermo-resistief effect: bij metalen neemt de weerstand toe als de temperatuur toeneemt, maar
je hebt ook materialen waarbij dat juist andersom is.
• Piëzo-elektrisch effect: piëzo kristallen dat is een materiaal waar je als je daar een bepaalde
druk op zet, dan geeft het een ander potentiaalverschil.
• Rekstrookje
• Capacitief effect
Meetelektrodes
Veel voorkomende sensoren zijn meetelektrodes, waarbij je
bijvoorbeeld een plakker op de huid plakt. Wat er dan gebeurt is dat
je een metaal verbind met een elektrolied. Eigenlijk is dat iets
waarin ionen vrij kunnen bewegen en in een lichaam bijvoorbeeld is
dat zo. In een lichaam heb je twee ionen, kationen en anionen.
Kationen zijn zo genoemd omdat ze bij elektrolyse naar de kathode
toe willen, dat is de negatieve pool. Dus kationen zijn zelf positief
geladen. Anionen willen graag naar de anode toe, dat is de positieve
pool. Anionen zijn dus negatief geladen., Dit kunnen in een
elektroliet beide bewegen. In een metaal kunnen natuurlijk alleen elektronen bewegen.
