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Messtechnik > Teil 2 > Flashcards

Teil 2 Flashcards

1
Q

Woraus besteht eine Gleitkommazahl nach dem IEEE 754 Standard?

A

Bits 0-22 Mantisse (Ziffern hinter Komma)
Bits 23-30 Exponent (Ziffern vor Komma)
Bit 31 Vorzeichenbit

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2
Q

Was ist der ASCII-Code und wozu dient er?

A

Standardcodierung für Buchstaben, Ziffern und Sonderzeichen entweder in 7 bit oder 8 bit (inkl. Umlaute) Ausführung.

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3
Q

Was ist Unicode und worin unterscheidet er sich von ASCII?

A

16 bit Code unterstützt weltweite geläufige Zeichensätze (65536 Zeichen) -> erste 256 Zeichen sind mit ASCII ident.

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4
Q

Wie werden Zeichenketten codiert?

A

Simple Aneinanderreihung der Codes der einzelnen Zeichen.

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5
Q

Wie ist die Auflösung eines AD-Wandlers definiert?

A

Für eine gewissen Analogwert-Bereich gibt es einen definierten Digitalwert –> konstanter Wert bis zum nächsten Sampling –> Treppenfunktion
Die Auflösung entspricht der Anzahl dieser Stufen in der Umwandlung.

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6
Q

Wie groß ist der kleinste noch messbare Unterschied bei einem 20-Bit-Wandler?

A

20-bit 🡪 220 Stufen = 1 048 576 🡪 1ppm

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7
Q

Wie funktioniert ein Autoranger?

A

A/D Wandler habe eine gewisse Amplitudenauflösung innerhalb derer sie ohne Informationsverlust arbeiten können.
Autoranger erhöhen/erniedrigen Signalstärken soweit, dass der optimale Bereich des A/D Wandlers ausgenutzt wird.

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8
Q

Wieso benötigt man bei manchen ADCs eine Sample & Hold-Schaltung? Wie funktioniert eine Sample & Hold-Schaltung?

A

Die Konversionszeit von ADC ist für einen Großteil hochfrequenter Signale oftmals zu langsam , um diese ohne Informationsverlust zu konvertieren.
Sample & Hold hält ein Signal konstant bis der Konversionsprozess abgeschlossen ist und geht erst dann zum nächsten Sampling über.

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9
Q

Was besagt das Abtasttheorem?

A

Um ein Signal fehlerfrei aufzeichnen zu können, muss die Abtastfrequenz mindestens doppelt so hoch sein wie die höchste im Signal vorkommende Frequenz.

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10
Q

Was ist der Unterschied zw. dem Nykvist- und dem Shannon-Theorem?

A

Gibt keinen

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11
Q

Was ist Aliasing?

A

Vorgegaukelte Signalformen, die es gar nicht gibt –> durch nicht-einhalten des Abtasttheorem

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12
Q

Wie kann man Aliasing verhindern?

A

Erfüllung des Abtasttheorem: Low pass Filter einsetzen oder Abtastfrequenz erhöhen.

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13
Q

Was ist das Prinzip eines Digital-Analog-Wandlers?

A

Binär gewichtete Addition von Strömen, die über Schalter gesteuert werden (je nach Bitspeicher, werden Ströme mit bestimmten Widerständen geöffnet bzw. bleiben geschlossen um ein Signal zu erzeugen)

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14
Q

Wozu kann ein multiplizierender DAC eingesetzt werden?

A

Zur Amplitudenmodulation

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15
Q

Was sind die Vorzüge und Nachteile eines abtastenden ADCs?

A

Vorteile: schnell
Nachteile: Empfindlich gegenüber Signalveränderung

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16
Q

Wie funktioniert der UF-Wandler?

A

Die Eingangsspannung trifft auf einen spannungsgesteuerten Oszillator, welcher ein Rechtecksignal erzeugt -> Frequenz des Rechtecksignal proportional zur Eingangsspannung –> Rechtecke können gezählt werden.

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17
Q

Wie funktioniert der Dual-Slope-Wandler?

A

Kondensator wird an einem Integrator mit einem der Messpannung proportionalen Strom bis zu einer Schwelle aufgeladen und danach mit dem Strom aus der Referenzspannung wieder entladen. Die Zeiten für die Aufladung/Entladung sind proportional zur Eingangsspannung und können gemessen werden.

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18
Q

Erklären Sie das Prinzip der sukzessiven Approximation

A

Eine Referenzspannung wird in Schritten der Signalspannung angenähert, welche sich jeweils immer halbieren 🡪 es wird verglichen ob die Referenzspannung nach jedem Schritt größer oder kleiner als die Signalspannung ist, wodurch ein charakteristisches Bitmuster entsteht

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19
Q

Wie funktioniert ein Flash-Konverter?

A

Große Menge an Komparatoren vergleichen verschiedene Referenzspannungen mit der Eingangsspannung, daraus kann ein Bitcode erstellt werden 🡪 sehr schnell, geringe Auflösung

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20
Q

Wie unterscheiden sich die Havard- und die von-Neumann-Architektur?

A

Von-Neumann: Mikroprozessoren, wo Daten und Befehle in einem gemeinsamen Speicher liegen
🡪 langsamer, aber bessere Speicherausnützung
Havard: Mikroprozessoren, wo Daten und Befehle in getrennten Speichern liegen
🡪 schneller, aber ineffiziente Speicherausnützung

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21
Q

Was ist ganz allgemein ein Bus?

A

Eine Sammlung beliebig vieler Leitungen mit derselben Funktion

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22
Q

Wie breit ist typischerweise der Datenbus bei CPUs in Personalcomputern, wie bei einfachen Controllern?

A

4 bis 40 Leitungen

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23
Q

Was passiert, wenn die Busleitungen nicht terminiert werden?

A

Es entstehen Reflexionen

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24
Q

Wie funktioniert ein Mikroprozessor?

A

Steuerwerk (SK) inkrementiert Programmzähler
SW holt Befehl aus dem Speicher und führt ihn aus Dabei werden evtl Daten aus dem Speicher geholt und oder zurückgeschrieben

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25
Q

Wie unterscheiden sich Mikroprozessoren und Mikrocontroller?

A

Microcontroller sind Mikroprozessoren, die am Chip zusätzliche Bauteile für bestimmte Prozesse haben –> eigener, kleiner Computer –> für bestimmte Prozesse entwickelt

26
Q

Was zeichnet DSPs aus?

A

Digitale Signalprozessoren
Sie müssen Echtzeitanforderungen genügen (schnelle Verarbeitung notwendig) und weisen deshalb Harvad-Struktur und mehrere Rechenwerke auf
DSPs sind meist für einen Basisbefehl entwickelt, den sie extrem schnell ausführen können

27
Q

Welche Typen von Halbleiterspeichern sind am schnellsten, welche am langsamsten?

A

Am schnellsten: flüchtige Speicher (SRAM)

Am langsamsten: nicht flüchtige Speicher

28
Q

Was ist der Unterschied zw. SRAM und DRAM?

A

SRAM: 6 Transistoren pro Bit, extrem schnell (1 ns - 50 ns), niedrige Stromaufnahmen, teuer
DRAM: Speicherzelle aus Kondensatoren und Transistoren, langsamer (50 ns) , Inhalt muss permanent aufgefrischt werden, Hauptspeicher in Computern –> handelsüblich

29
Q

Welche nichtflüchtigen Speicher kennen Sie?

A

EPROM; Flash Speicher, PCM

30
Q

Was ist Polling?

A

Softwareseitiger Zugriff auf I/O Bausteine - CPU fragt Baustein permanent ab /einfacher Aufbau, ineffizient)

31
Q

Was ist Interrupt?

A

CPU aktiviert Baustein und lässt Timer laufen –> macht währenddessen etwas anderes (komplexer Aufbau, ressourcenschonend)

32
Q

Wie unterscheiden sich Port-Adressierung und Memory Mapping?

A

Hardwareseitiger Zugriff auf I/O-Bausteine
Port-Adressierung: eigene Steuerleitungen für I/O-Zugriff 🡪 eigene Befehle notwendig
Memory-Mapping: I/O-Bausteine sind wie Speicher anzusprechen (gleiche Befehle) 🡪 allerdings Zerstückelung des Adressraums

33
Q

Was ist das Prinzip von NRZ-Kodierung?

A

Codierung bei der ein 0 Bit keine Veränderung des Signalpegels versursacht und ein 1 Bit eine Veränderung verursacht

34
Q

Was ist das Ziel von RLL-Kodierung?

A

Verhinderung von langen Folgen gleicher Bits –> fördert Datensicherheit

35
Q

Nennen Sie einige Abkömmlinge der SCSI-Schnittstelle

A

Firewire, FibreChannel, Serial Storage Architecture, SAS

36
Q

Zählen Sie Vor- und Nachteile der RS-232-Schnittstelle auf

A

Eine einzige Leitung für serielle Datenübertragung. Übertragungsraten nicht mehr Zeitgemäß

37
Q

Welche Eigenschaften hat die USB-Schnittstelle?

A
  • Bis zu 127 Geräte auf dem bidirektionalen Bus
  • Hubs funktionieren als Sternverteiler
  • Geräte am Bus werden im Time-Sharing-Verfahren angesteuert (1 ms, bzw. 125 us time slices)
  • Hardware verwendet nur vier Leitungen (D+, D-, GND, Vcc); das Signal wird
  • differentiell auf D+ und D- übertragen.
  • Vcc kann begrenzt (typ. 500 mA) Strom für das Endgerät zur Verfügung stellen.
  • Hi-Speed Kabel müssen verdrillt und abgeschirmt werden → Übertragungsraten bis 480 Mbit/s (USB 2.0) bzw. 5 Gbit/s (USB 3.0)
  • Kodierung NRZI (0-Bits durch Pegelwechsel, 1-Bits durch könstantes Signal)
  • Lange Folgen van 1-Bits werden durch künstlich eingefügte 0-Bits erweitert um die Synchronisation des Empfänger aufrecht zu halten.
38
Q

Was ist Phasenmodulation?

A

Signalübertragung indem an den Bitgrenzen Phasensprünge auftreten

39
Q

Wie funktioniert Frequenz- und Amplitudenmodulation?

A

Amplitudenmod.: fixe Frequenz, Amplitude des Signals wird durch Bits moduliert
Frequenzmod.: fixe Amplitude, Frequenz wird durch Bits moduliert

40
Q

Was ist QAM?

A

Quadrature Amplitude Modulation
🡪 Kombination aus Amplituden Modulation und Phasenmodulation, 2 phasenverschobene Träger werden mit 2 unabhängigen Signalen amplitudenmodulliert und addiert

41
Q

Wofür steht Modem? Wozu dient es?

A

Modulator – Demodulator
Trägt Signal auf Modulationsträgerwelle auf 🡪 Signal wird versandt 🡪 rechnet Modulation heraus und man bekommt das Bitsignal 🡪 entwickelt für Sprachtelefonie

42
Q

Was ist die Grundidee hinter ADSL?

A

Unsymmetrische Verteilung der Trägerfrequenzen für Upload und Download (z.B. so dass Download 10x schneller ist

43
Q

Was ist der Unterschied zw. Regelung und Steuerung?

A

Steuerung: Beeinflussung einer Größe durch einen Sollwert, ohne Rückkopplung 🡪 nur Annäherung an Zielwert
Regelung: Beeinflussung einer Größe durch einen Sollwert, mit Rückkopplung 🡪 Zielwert kann nach kurzer Zeit genau erreicht werden

44
Q

Welche Regelverstärker kennen Sie, welche Eigenschaften haben diese?

A
  • Proportionalitätsregler: Stabiler Regler, aber bleibende Abweichung vom Sollwert
  • Integrierender Regler: Instabiler Regler, keine bleibende Abweichung vom Sollwert
  • Differenzierender Regler: alleine unbrauchbar, da er keine Abweichung ausgleichen kann 🡪 nur in Kombination mit anderen
  • PID-Regler: Kombination der drei Grundtypen 🡪 keine Regelabweichung, schnelle Regelung, zeigt keinen Überschwinger
45
Q

Was ist ein Zweipunktregler?

A

🡪 kennen nur zwei Ausgangszustände (ein/aus) und vergleichen Regelgröße mit einem Schwellwert (z.B. darunter = aus/darüber = ein)

46
Q

Was versteht man unter Hysterese?

A

Schleifenartige Regelung aufgrund von unterschiedlichen Ein – und Ausschaltpunkten

47
Q

Was ist eine PLL? Wie funktioniert sie?

A

Phase-locked Loop
Phasenstarre Synchronisation einer Schwingung mit gleicher oder vielfacher Frequenz einer Bezugsfrequenz des PLL 🡪 Taktregelungen usw.

48
Q

Was ist das Prinzip von piezoelektrischen Aktoren?

A

Keramikmischungen haben piezoelektrische Eigenschaften 🡪 dehnen sich aus/ziehen sich zusammen unter Spannung
Ein einzelnes Element: Ausdehnung 5 – 200 µm, längere Dehnungen durch Stapelung
(+) wenig Bewegung aber große Kräfte bis 80 kN (könnte 8t heben)
(+) hoher Wirkungsgrad und schnell (µs)
(-) Material Temperatur – und Altersabhängig
(-) hohe Abwärme

49
Q

Wie funktioniert der Kappel-Motor?

A

2 Piezoaktoren im Winkeln von 90° um Ring angeordnet 🡪 durch richtige Signalsteuerung kann der Ring in eine kreisförmige Bewegung versetzt werden
Wirkungsgrad 40% (hoch für Motoren)

50
Q

Was versteht man unter Magnetostriktion?

A

Ferromagnetische Stoffe dehnen sich unter Anlegen eines äußeren Magnetfeldes aus
Magnetoristriktive Effekte sind materialabhängig

51
Q

Was ist das Prinzip von elektroheologischen Aktoren?

A

Werkstoffe die ihre Viskosität unter elektrischen Feldern ändern (mehrere 100%) 🡪 dispertierte Stoffe die plötzlich unter Feldeinwirkung erstarren

52
Q

Was ist eine Formgedächtnis-Legierung?

A

Legierungen können 2 Phasen haben die sich in der Einheitszelle ihres Kristallgitters unterscheiden: austenitisch und martensitische Phase
Durch Aufheizen/Abkühlen kann reversibel und diffusionslos (Atome verschieben sich nicht makroskopisch, sondern nur innerhalb ihrer Einheitszelle) zwischen diesen beiden Phasen gewechselt werden 🡪 Wechsel zwischen 2 Zuständen des Materials

53
Q

Was sind MEMS?

A

Mikroaktoren (micro electro mechanical system), bei denen durch elektrostatische Kräfte Bewegungen entstehen

54
Q

Welche Grundtypen von Filtern kennen Sie?

A

Tiefpassfilter – schneidet alle hochfrequenten Teile ab
Hochpassfilter – schneidet alle niederfrequenten Teile ab
Bandpassfilter – Kombination aus TPF und HPF um gewisses Frequenzband herauszufiltern
Kerbfilter – entfernen ein gewisses Frequenzband aus dem Spektrum

55
Q

Was ist Faltung?

A

Faltung ist die Multiplikation zweier Signalen, wodurch im entstehenden Signal beide Informationen enthalten sind
1 Messsignal und 1 Template

56
Q

Erklären Sie die gleitende Mittelwertsglättung

A

Berechnung des Mittelwerts eines best. Fensters (z.B. 3 Datenpunkte) und Eintragung dieses Wertes in eine Zielfunktion

57
Q

Was ist das Prinzip der Savitzky-Golay-Glättung?

A

Berechnung eines Annäherungspolynoms in einem Datenfenster 🡪 Funktionswert in der Mitte des Fensters wird in Zielfunktion übernommen

58
Q

Wie funktionieren FFT-Filter?

A

Verrauschtes Signal wird durch Fourirtransformation in Frequenzdomäne übergeführt
🡪 in Frequenzdomäne, werden Filter auf die Frequenzbänder des Rauschens angewandt
🡪nur Signalfrequenzen bleiben übrig
🡪 Rückführung in Zeitdomäne

59
Q

Was ist FFT, was ist die Grundidee dahinter?

A

Jedes Signal kann durch unendliche Reihen von Sinus – und Cosinus dargestellt werden
Fourier Transfromation können Signale von der Zeitdomäne in die Frequenzdomäne überführen und umgekehrt
FFT (Fast Fourier Transformation) ist schneller als die DFT (diskrete Fourier Transformation)

60
Q

Welche Grundtypen von digitalen Filtern kennen Sie?

A

IIR (infinite impulse response)

FIR (finite impulse response)

61
Q

Nennen Sie Vor- und Nachteile von FIR-Filtern

A 
(+)
immer stabil
keine Polstellen
keine Rückkopplungen
keine analoge Entsprechung
(-)
Filterantwort begrenzt

Messtechnik (2 decks)

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