Digitale Signalverarbeitung in der dynamischen Wägetechnik

Dontsova, Svitlana

Design of the algorithms for the signal processing in the dynamic scales is a main focus of this dissertation. Even all considerations of the work correspond to the dynamic scales though they can be implemented in any other type of scales, which are applied to the dynamic measurements.The metrological requirements on the checkweigher are calculated based on the international recommendation OIML R51 and a national directive for the surveillance of the net content of prepacks.The first part of the work deals with an analysis of distorted signals by harmonic components which interfere with the measuring signals of dynamic scales. An influence of the data sampling rate to the quantization error, a method for the determination of a real value of an aliasing frequency and a relationship between the standard deviation of the filtered harmonic signal to the order of themoving-average filter are described.The main part of the dissertation focuses on the design of the digital filters, which are implemented as cascade structures of the moving-average filter. This kind of the filtering features many advantages. These are a simple realization, a possibility of fast filtering time change and an easy adaptation to the form of the signal. All this properties conform to requirements on the digital processing by dynamic weighing. The algorithms for the adaptive filtering on the basis of thecascade structures of the moving-average filters in time as well as in frequency domain are presented and compared. In the practical part of the paper the implementation of the described algorithm in a real scale is presented.The triggering of the start and the end of the measurements is very important feature for the data processing of the checkweigher signals. This dissertation describes a special placement of the photoelectric barriers on the scales band-conveyor, which makes possible the adapting of the filtering time on the available measurement time, in dependence on dimensions of the conveyor and the measuring object. An alternative approach shown in the work, describes an application of the digital differentiators for triggering task.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung der Algorithmen der digitalen Signalverarbeitung in der dynamischen Wägetechnik. Alle Betrachtungen beziehen sich auf einen Typ der dynamischen Waagen, die Kontrollwaage. Die dargelegten Verfahren sind für jeden anderen Waagentyp anwendbar, der für die dynamischen Messungen eingesetzt wird. Die erforderlichen messtechnischen Parameter der Kontrollwaagen anhand der Klassifizierung nach der internationalen metrologischen Empfehlungen OIML R51 und unter Berücksichtigung der Anforderungen der Fertigpackungsverordnung wurden berechnet.Im Störspektrum einer Kontrollwaage spielen harmonische Komponenten eine dominierende Rolle. Ein Teil der Arbeit beschäftigt sich mit den Untersuchungen dieser Art der Störsignale. Es wurde der Einfluss der Abtastrate auf das Spektrum und die Standardabweichung des Quantisierungsfehlers bei der Signaldigitalisierung erläutert, ein Verfahren zur Ermittlung der tatsächlichen Größe der Aliasingfrequenzen beschrieben, die Änderung der Standardabweichung einer mit einem Mittelwertbildner gefilterten harmonischen Schwingung in Abhängigkeit von der Filterordnung untersucht.Der Schwerpunkt der Arbeit liegt im Entwurf der digitalen Filter, die als kaskadierte Mittelwertbildner verwirklicht werden. Diese Filterart zeichnet sich durch eine Reihe der Vorteile aus. Dazu gehören eine einfache Realisierbarkeit, die Möglichkeit zur schnellen Umstellung der Gruppenlaufzeit und die leichte Anpassung an die Signalform. Alle diese Eigenschaften entsprechen den Anforderungen an die digitale Signalverarbeitung in der dynamischen Wägetechnik. Es wurden Algorithmen zum Entwurf der angepassten Filterung auf Basis der kaskadierten Mittelwertbildnerstrukturen sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich vorgestellt und verglichen. Im praktischen Teil wurde die Umsetzung eines der Verfahren in einer realen Waage gezeigt.Zur Triggerung der Zeitpunkte des Messanfangs und des Messendes werden Lichtschranken eingesetzt, die am Anfang und am Ende des Wägebandes angebracht sind. In der vorliegenden Arbeit wurde eine modifizierte Variante der Lichtschrankenanordnung beschrieben, die die Möglichkeit vorsieht, die Gruppenlaufzeit des eingesetzten Filters an die verfügbare Messzeit anzupassen. Praktische Umsetzung des Prinzips wurde gezeigt. Ein weiterer Ansatz, der in der Verwendung zu diesem Zweck digitaler Differenzierer besteht, wurde herausgearbeitet

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Dontsova, Svitlana: Digitale Signalverarbeitung in der dynamischen Wägetechnik. 2008.

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