Was macht ein Digitalisierer?

tasten analoge Spannungswerte ab, erzeugen daraus Zahlenwerte und senden diese “digitalisierten Spannungswerte” z. B. an einen Rechner oder schreiben diese Zahlen ggf. auch auf ein internes Speichermedium.

Analogtechnik
Gehen wir paar Jahrzehnte zurück in der Zeit, bevor es überhaupt Großrechner und PC’s gab, da lebten die Menschen ganz normal in einer analogen Welt. Die Herstellung des Benzin-Luft-Gemisches in einem Autovergaser war rein mechanisch über Temperatur, Strömung und Stellung des Gaspedals geregelt. Die Einregelung der magnetisierbaren Bezirke auf einem Tonband geschah kontinuierlich in Abhängigkeit von der Stärke des momentanen Magnetfeldes, das im Tonkopf generiert wurde.

Sensorik
Mit der Zeit wurden immer mehr Sonsoren entwickelt, z. B. für den Füllstand des Autotanks, für die Windstärke auf Basis des Dopplereffekts, für die Außentemperatur, für den Luftdruck, für die Strömungsgeschwindigkeit usw. Alle diese Sensoren übersetzen laufend, also in der Zeit kontinuierlich, die Stärke des Messparameters in ein elektrisches Signal, in eine Spannung. Der Sensor liefert also eine kontinuierliche, veränderliche Spannungskurve.

Notwendigkeit eines Speichermediums
Jetzt in diesem Moment liefert der Sensor einen anderen Spannungswert als eben noch vor einer Minute. Wenn man sich den Wert vor einer Minute nicht irgendwie merkt oder notiert, ist er eben weg. Mit der des Digitalisierers wurde genau diese Lücke geschlossen. In regelmäßigen Abständen wird die Spannungskurve sozusagen abgefragt, und der jeweilige Spannungswert wird in eine Integer-Zahl, das so genannte Count übersetzt. Dieses Integer wird dann, sofern vorhanden, auf ein internes Speichermedium geschrieben, das kann ein USB-Stick oder eine Compact Flash Card sein, oder es wird z. B. via LAN-Kabel (WLAN, Bluetooth) oder auch über eine serielle Schnittstelle an einen Rechner mit entsprechender Empfangssoftware (Daemon) weiter geleitet.

Einstellung des Digitalisierers
Eine sehr wichtige Einstellung ist die Abtast- bzw. Samplingrate. Will man beispielsweise den Tagesgang der Temperatur erfassen, ist wahrscheinlich ein Messwert alle 5 Minuten völlig ausreichend. Will man aber die schnell wechselnden Erschütterungen an einer Bahntrasse aufzeichnen, sollte man die Abtastrate mindestens auf 100 Hz oder besser noch auf 1000 Hz einstellen. Das Nyquist-Theorem besagt hier, dass die Abtastrate mindestens doppelt so hoch sein muss wie die höchste Frequenz, die man erfassen möchte.

Der 24 bit Wandler
Gute, moderne Digitalisierer “zerhacken” den Bereich der minimal- und maximal vorkommenden Spannungswerte z. B. in 16.777.216 Schritte, das entspricht der Potenz 2 hoch 24. Wenn beispielsweise das analoge Eingangssignal des Sensors maximal zwischen -20 und +20 Volt hin und her pendelt, wird dieser 40 Volt-Bereich in 2 hoch 24 Einheiten (counts) aufgeteilt, d. h. das Auflösungsvermögen (Genauigkeit) des Digitalisierers beträgt in diesem Fall 2,4 micro-Volt.
Wenn das analoge Signal (einkanalig) mit 1000 Hz abgetastet wird, generiert der Digitalisierer einen Datenstrom von ca. 16,8 giga-bit bzw. 2,048 GByte pro Sekunde, was ggf. bei der Auslegung des Speichermediums zu berücksichtigen ist.

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