Messtechnik

  • Typ: Vorlesung
  • Semester: Wintersemester
  • Ort:

    im WS 20/21 nur online

  • Zeit:

    Die Aufzeichnungen der Vorlesung werden wöchentlich im ILIAS-Kurs bereitgestellt

  • Beginn: 03.11.2020
  • Dozent:

    Prof. Michael Heizmann

  • SWS: 2
  • ECTS: 5 (V + Ü)
  • LVNr.: 2302105
  • Prüfung:

    siehe unten

  • Hinweis: Online

Vortragssprache: Deutsch

Ansprechpartner: Maximilian Schambach

Aktuelles

  • Die Ergebnisse der Klausur "Messtechnik" und "Messtechnik in der Mechatronik" vom 31.03.2021 sind im Campusmanagementsystem (persönliche Note) bzw. im ILIAS-Kurs (allgemeine Übersicht) verfügbar. Aufgrund der aktuellen Corona-VO des Landes Baden-Württemberg und der Beschlüsse des KIT dürfen zentral organisierte Einsichten momentan nicht stattfinden. Die Einsicht der Klausur wird also erst stattfinden, sobald dies wieder erlaubt ist. Termine für eine Einzeleinsicht können in begründeten Ausnahmefällen gewährt werden.

Informationen zur Vorlesung

Thema der Vorlesung sind die systemtechnischen Grundlagen der Messtechnik.
Zunächst werden die Begriffe Messen und Messkennlinie eingeführt. Mögliche Ursachen für die stets auftretenden Messabweichungen werden vorgestellt und eine Klassifikation in systematische und zufällige Messabweichungen vorgenommen. Für beide Klassen von Abweichungen werden im weiteren Verlauf der Vorlesung Wege aufgezeigt, diese zu vermindern.

Da die Kennlinie realer Messsysteme i.A. nicht analytisch gegeben ist, sondern aus vorliegenden Messpunkten abgeleitet werden muss, werden grundlegende Verfahren der Kurvenanpassung vorgestellt. Hierbei werden sowohl Verfahren zur Approximation (Least-Squares-Schätzer) als auch zur Interpolation (Polynom-Interpolation nach Lagrange und Newton, Spline-Interpolation) behandelt.

Ein weiterer Teil der Vorlesung beschäftigt sich mit dem stationären Verhalten von Messsystemen. Dazu wird zunächst die in den meisten Messsystemen verwendete ideale Kennlinie eingeführt und dadurch entstehende Kennlinienabweichungen betrachtet. Anschließend werden Konzepte zur Verringerung dieser Kennlinienabweichungen vorgestellt.

Um auch zufällige Messabweichungen betrachten zu können, werden kurz die wichtigsten Grundlagen der Wahrscheinlichkeitstheorie wiederholt. Als neues Mittel, um Aussagen über die i.A. unbekannten Wahrscheinlichkeitsdichten der betrachteten Größen zu erhalten, werden Stichproben eingeführt. Des Weiteren werden mit Parameter- und Anpassungstests statistische Testverfahren vorgestellt, mit denen sich erhaltene Vermutungen über die gesuchten Dichten bestätigen bzw. widerlegen lassen.

Als weiteres mächtiges Werkzeug der Messtechnik wird die Korrelationsmesstechnik behandelt. Als hierzu nötige Grundlagen werden stochastische Prozesse knapp wiederholt und auf der Korrelationsmesstechnik aufbauende Anwendungen aus den Bereichen der Laufzeit- und Dopplermessung vorgestellt. Mithilfe des Leistungsdichtespektrums als Fourier-Transformierte der Korrelationsfunktion werden Möglichkeiten zur Systemidentifikation aufgezeigt und das Wiener-Filter als Optimalfilter zur Signalrekonstruktion vorgestellt.

Da reale Messwerte heutzutage fast ausschließlich in Digitalrechnern verarbeitet werden, werden auch die Fehler, die bei der Analog-digital-Umsetzung entstehen, sowohl im Zeit- als auch Amplitudenbereich näher beleuchtet. Hierbei werden sowohl Abtast- und Quantisierungstheorem sowie Verfahren, um diese zu erfüllen (Anti-Aliasing Filter, Dithering), als auch einige der gängigsten A/D- und D/A-Umsetzungsprinzipien vorgestellt.

Begleitend zum Vorlesungsstoff werden Übungsaufgaben ausgegeben, in Hörsaalübungen besprochen und die zugehörigen Lösungen bereitgestellt. Weiterhin werden auf der Übungshomepage Weblearning-Aufgaben angeboten, bei denen die Studierenden selbstständig ihr Verständnis von Zusammenhängen zwischen Zeit- und Frequenzbereich sowie Zeitsignal und AKF bzw. LDS testen können.

Seit Oktober 2019 ist die 11., überarbeitete Auflage des Buches "Messtechnik - Grundlagen, Methoden und Anwendungen" von Prof. Puente León erhältlich. Das Buch behandelt die in der Vorlesung behandelten Themengebiete. Beim Springer-Verlag ist das Buch über das KIT-Intranet kostenlos aufrufbar: F. Puente León: Messtechnik, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2019, ISBN 978-3-662-59767-5.

 

ILIAS

Begleitend zur Vorlesung und Übung gibt es einen ILIAS-Kurs. Dort finden Sie Unterlagen zur Vorlesung, sowie das Übungsskript, Folien zur Übung und die Übung begleitende MATLAB-Programme.

Auch die Übungstermine werden im ILIAS-Kurs gepflegt.

Informationen zur Prüfung

Die Klausur zu "Messtechnik" wird jedes Semester angeboten. Die Klausurdauer beträgt 2 Stunden.

Die nächste Klausur findet voraussichtlich am 17.09.2021 von 08:00 bis 10:00 Uhr im Zelt auf dem Forum statt. Anmeldeschluss ist der 10.09.2021.

Die Hörsaalverteilung wird am Tag vor der Klausur auf dieser Website bekannt gegeben.

Bitte beachten Sie, dass sich dieser Termin aufgrund der aktuellen Situation um das Corona-Virus auch kurzfristig ändern kann.

Bitte beachten Sie die zum WS 20/21 aktualisierten zur Klausur zugelassenen Hilfsmittel.

Wichtiger Hinweis:  Bitte beachten Sie, dass laut unserer Prüfungsordnung die Wiederholungsprüfung spätestens im übernächsten Semester abgelegt sein muss.

Weitere Informationen

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Maximilian Schambach.