WO2013174806A1 - Messgerät und verfahren zur verbesserten abbildung von spektralverläufen - Google Patents

Messgerät und verfahren zur verbesserten abbildung von spektralverläufen Download PDF

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frequency
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measuring device
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Nico TÖNDER
David Schmidt
Kurt Schmidt
Johann Huber
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G01R23/18—Spectrum analysis; Fourier analysis with provision for recording frequency spectrum

Definitions

  • the invention relates to a measuring device and a method for operating a measuring device, which has an improved
  • Transformation transformed into a temporal sequence of spectra is then prepared for display on a screen so that the human user receives the desired measurement results. Since typically the time interval between two successive spectra is orders of magnitude smaller than the minimum distance which the display device can process, or the
  • Hit frequency of the grid points counted The thus determined number of hits per grid point can by
  • mapping of the amplitude to y-values in the raster is done by a quantization. As a result, exactly one hit per x value is counted for each spectrum. If more
  • Frequency support points of the sampled spectrum are present as x values in the grid, it is also possible to map several adjacent frequency support points to an x value in the grid.
  • the disadvantage here is that constant peaks in the spectrum to unconnected
  • German patent application DE 10 2006 047 994 AI shows a so-called line method. Unlike the points method, there are several in each column
  • the invention is based on the object, a measuring device and a method for operating a measuring device create a simple and accurate display of spectra in a histogram representation.
  • An inventive measuring device has a
  • Signal processing means for detecting a first signal in the time domain and a histogram generating means for indirectly generating a histogram in the frequency domain from the first signal.
  • the histogram generation device has a frequency node variation device.
  • the frequency-node-variation device is designed to allow a shift of frequency positions of frequency nodes of a second signal derived from the first signal in the frequency domain
  • the histogram generator is configured to determine the histogram based on the second signal.
  • the histogram generation device preferably has a transformation device.
  • Transformation device is designed to be a
  • the histogram generator preferably has one
  • the processing device is designed to form the histogram from the second signal. So a simple construction of the measuring device is possible.
  • the transformation device is preferably designed to generate the third signal in the frequency domain from the first signal in the time domain.
  • the frequency interpolation point variation device is in this case a
  • An interpolator configured to generate the second signal by interpolating the third signal. This makes the meter particularly easy to use
  • the frequency-node varying means is preferably a multiplier which is configured to multiply the first signal by a variable factor to the third signal.
  • the transformation means is then designed to extract from the third signal in
  • Processing power of the processing device necessary.
  • the sampling point variation device is preferably designed such that the shift of the frequency positions of the frequency nodes by at most half the distance of the frequency nodes.
  • the frequency-node-variation device is preferably designed such that the shift of the frequency positions of the frequency nodes each assumes a random value. So are an optimal
  • An inventive method is used to operate a meter.
  • a first signal in Zeitberiech is detected.
  • a histogram in the frequency domain is generated indirectly from the first signal.
  • a shift of frequency positions of frequency reference points of a second signal derived from the first signal in the frequency domain is thereby generated.
  • the histogram is determined based on the second signal.
  • Fig. La a first waveform at a
  • Fig. Lb a second waveform at a
  • Fig. Lc a third waveform at a
  • Fig. 2 is a superposition of the representation of a
  • Fig. 3 shows a first embodiment of the
  • Fig. 5a shows a first waveform in a
  • Fig. 5b shows a second waveform in one
  • Fig. 5c shows a third waveform in one
  • Fig. 6 is a superposition of a representation by a
  • FIG. 7 histogram representations of an exemplary
  • Fig. 8 shows a first embodiment of the
  • Fig. La, Fig. Lb and Fig. Lc correspond to the frequency reference points.
  • Fig. 2 is a histogram representation of a
  • the frequency is shown on the x-axis, while the frequency of the individual frequencies is plotted on the y-axis.
  • the points on the curve correspond to the values processed in the histogram. For the sake of clarity, here is the real underlying
  • Frequency response corresponds to the continuous characteristic in Fig. 2.
  • this continuous characteristic is not shown in the histogram representation.
  • Clearly recognizable here is that in the range of the maximum of the real frequency curve is not mapped in the histogram value. This results in a representation error in the amount of ⁇ .
  • the representation error ⁇ shown in FIG. 2 comes about because the frequency reference points used always come to lie at the same position of the spectrum during each passage of the spectrum of the signal. This results in a significant distance between the frequency reference points used.
  • Fig. 3 is a first embodiment of the
  • the meter is a spectrum analyzer. However, the invention is also suitable for all other measuring devices which use histogram representations of signals.
  • the meter 1 has a
  • Control device 2 a display device 3 a
  • Memory device 4 a communication device 5 and a signal processing device 6.
  • Control device 2 controls all the rest
  • the display device 3 is here
  • controller 2 configured to be controlled by the controller 2 to perform a user dialogue
  • the memory device 4 is designed to be supplied with data by the control device 2 and to provide data to the control device 2.
  • the storage device 4 stores the data.
  • the communication device 5 is designed to be used by the control device 2 to via external interfaces with other devices
  • the signal processing device 6 is designed to generate and send out signals necessary for the function of the measuring device 1 and / or to receive the signals required for the function of the measuring device 1, to further process them and to send them to the
  • the signal is the
  • Signal processing device 6 is supplied via a connection not shown here.
  • Signal processing device 6 converts the signal, for example, reduces the frequency and digitizes the signal.
  • the resulting digitized signal is transmitted to the controller 2, which performs the further processing.
  • the controller 2 which performs the further processing.
  • FIG. 4 a shows a second exemplary embodiment of the measuring device according to the invention in a detailed view.
  • the view shown here corresponds to a detail from the view shown in FIG.
  • the signal processing device 6 includes an analog-to-digital converter 10.
  • the analog-to-digital converter 10 is connected to other components of the
  • the control device 2 contains a histogram generation device 15
  • Histogram generating device 15 includes a transformation device 11, which is connected to the analog-to-digital converter 10.
  • the transformation device 11 is connected to an interpolator 12.
  • the interpolator 12 is provided with a
  • Processing device 13 in turn is connected to further components of the control device 2.
  • a signal to be examined by the measuring device is optionally first reduced in frequency and
  • Transformation device 11 transforms the first signal 16 in the frequency domain and thus generates a third signal 17.
  • a third signal 17 for this purpose, for example, a
  • the third signal 17 in the frequency domain is then supplied to the interpolator 12. Due to the transformation into the frequency domain, frequency interpolation points have been created.
  • the interpolator 12 now interpolates additional interpolation points between the interpolation points of the third signal 17 resulting from the transformation.
  • the interpolator 12 is thus a frequency interpolation point variation device. For each processed spectrum, different frequency interpolation points are interpolated. This results in a very narrow grid of frequency interpolation points in a third signal 18.
  • the resulting values are fed to the processing device 13, which adds them sorted by frequency. That is the
  • Processing means 13 further processes the interpolated frequency interpolation points within the second signal 18 into a histogram.
  • the histogram thus generated is then optionally further processed and then displayed by the display device 3 of FIG. 3.
  • Fig. 4b is a third embodiment of the
  • FIG. 4b Measuring device according to the invention shown in a detailed view.
  • the representation of FIG. 4b largely corresponds to the representation of FIG. 4a.
  • a multiplier 22 is used here as a support point variation device for varying the frequency reference points. This begins with the digitized signal for the time domain, which here corresponds to the first signal 26. That the output of the analog-to-digital converter 20, which the analog-to-digital converter 10 from
  • Transformation device 21 which is the multiplier 22 downstream.
  • the resulting second signal 28 is read again by the processing device 23, which corresponds to the processing device 13,
  • Processing devices 13 and 23 are processed, correspond to each other.
  • FIG. 6 shows superimposed the histogram representation of a measuring device according to the invention and of the ideal histogram.
  • the continuous characteristic corresponds to the ideal course of the histogram.
  • Fig. 7 further shows a detail view of a
  • the x-axis corresponds to this the frequency, while the y-axis corresponds to the frequency of the respective frequency value.
  • the frequencies are at a conventional level
  • Range of maximum results are widely spaced high values.
  • the values when using a measuring device according to the invention or the method according to the invention are shown.
  • the values are now distributed over a larger number of pixels. They reflect the ideal course of the histogram much better.
  • Fig. 8 shows a first embodiment of the
  • frequency nodes are formed in this step.
  • a time-variant interpolation of the frequency nodes takes place. That for each processed spectrum, the frequency nodes are shifted by a certain amount. The shift takes place at most up to half the distance to the adjacent original frequency support point. Preferably, the shift takes place
  • a fourth step 33 is then a
  • Fig. 9 shows a second embodiment of the
  • the steps 40 to 44 largely correspond to the steps 30 to 34 from FIG. 8. Only the second step 41 and the third step 42
  • the digitized signal is multiplied here in a second step 41 by a factor, which is preferably a low-frequency complex exponential oscillation.
  • a factor which is preferably a low-frequency complex exponential oscillation.
  • the third step 43 the signal in the time domain in the frequency domain
  • Embodiment limited. As already mentioned, most different measuring devices, which a
  • Histogram display to be used.
  • the shift of the frequency nodes can be based on a variety of algorithms.
  • a cyclic shift according to a linear algorithm is possible.

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Description

Messgerät und Verfahren zur verbesserten Abbildung von
Spektralverläufen
Die Erfindung betrifft ein Messgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines Messgeräts, welche eine verbesserte
Abbildung von Spektralverläufen ermöglichen.
In einem herkömmlichen Spektrumanalysator wird ein
digitalisiertes Signal im Zeitbereich mittels einer
Transformation in eine zeitliche Folge von Spektren umgewandelt. Die zeitliche Abfolge der Spektren wird anschließend zur Darstellung auf einem Bildschirm so aufbereitet, dass der menschliche Anwender die gewünschten Messergebnisse erhält. Da typischerweise der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spektren um Größenordnungen kleiner ist als der minimale Abstand, den die Anzeigeeinrichtung verarbeiten kann, bzw. der
menschliche Beobachter wahrnehmen kann, geht die
Datenaufbereitung mit einer starken Informationsreduktion einher. Üblicherweise wird dabei ein Histogramm erstellt. Bei einem Histogramm wird bei jedem Spektrum ein
Treffermuster in einem zweidimensionalen Raster von
Frequenzwerten und Amplitudenwerten abgebildet. Über mehrere aufeinanderfolgende Spektren wird die
Trefferhäufigkeit der Rasterpunkte gezählt. Die so ermittelte Trefferanzahl pro Rasterpunkt kann durch
Intensitätsabstufungen oder Farbabstufungen eines
entsprechenden Pixels am Bildschirm zur Darstellung gebracht werden, um dem Anwender einen qualitativen
Eindruck von der Häufigkeitsverteilung der Frequenz- Amplituden-Wertepaare über einen gewissen
Beobachtungszeitraum zu verschaffen. Insbesondere die Abbildung des Spektrums auf das
zweidimensionale Raster von Frequenz- und Amplitudenwerten für die Histogrammdarstellung birgt jedoch
Herausforderungen, da sich das hier gewählte Verfahren unmittelbar auf den qualitativen Bildeindruck auswirkt. Hierzu wird üblicherweise die Punkte-Methode eingesetzt. Frequenz-Stützstellen des abgetasteten Spektrums
entsprechen den x-Werten in dem zweidimensionalen Raster. Die Abbildung der Amplitude auf y-Werte im Raster erfolgt durch eine Quantisierung. Dadurch wird bei jedem Spektrum genau ein Treffer pro x-Wert gezählt. Falls mehr
Frequenzstützstellen des abgetasteten Spektrums als x- Werte im Raster vorhanden sind, ist es auch möglich, mehrere benachbarte Frequenzstützstellen auf einen x-Wert im Raster abzubilden. Nachteilig hieran ist jedoch, dass konstante Spitzen im Spektrum zu nichtverbundenen
Punkteansammlungen in der resultierenden
Histogrammdarstellung führen. Die Darstellung ist dadurch nur schwer lesbar.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2006 047 994 AI zeigt eine sogenannte Linien-Methode. Im Gegensatz zur Punkte-Methode werden in jeder Spalte mehrere
zusammenhängende y-Werte als Treffer gezählt. Diese y- Abschnitte werden so bestimmt, dass der Kurvenverlauf des Spektrums möglichst gut abgebildet wird. Nachteilig hieran ist jedoch ein unnatürlicher Bildeindruck, vor allem im Grundrauschen. Darüber hinaus ergibt sich ein
systematischer Amplitudenfehler im Grundrauschen. Auch eine Triggerung auf Häufigkeiten ist nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines Messgeräts zu schaffen, welche eine einfache und genaue Anzeige von Spektren in einer Histogrammdarstellung ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für die Vorrichtung durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und für das
Verfahren durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche. Ein erfindungsgemäßes Messgerät verfügt über eine
Signalverarbeitungseinrichtung zur Erfassung eines ersten Signals im Zeitbereich und eine Histogramm- Erzeugungseinrichtung zur mittelbaren Erzeugung eines Histogramms im Frequenzbereich aus dem ersten Signal. Die Histogramm-Erzeugungseinrichtung weist eine Frequenz- Stützstellen-Variationseinrichtung auf. So können bei im Frequenzbereich konstanten Signalen deutlich genauere und übersichtlichere Darstellungen des Histogramms erzeugt werden .
Die Frequenz-Stützstellen-Variationseinrichtung ist dabei ausgebildet, um eine Verschiebung von Frequenz-Positionen von Frequenz-Stützstellen eines von dem ersten Signal abgeleiteten zweiten Signals im Frequenzbereich zu
erzeugen. Die Histogramm-Erzeugungseinrichtung ist ausgebildet, um das Histogramm basierend auf dem zweiten Signal zu bestimmen. So können bei geringem technischen Aufwand deutlich genauere und übersichtlichere
Darstellungen des Histogramms erzeugt werden.
Bevorzugt weist die Histogramm-Erzeugungseinrichtung eine Transformationseinrichtung auf. Die
Transformationseinrichtung ist ausgebildet, um eine
Transformation des ersten Signals oder eines von dem ersten Signal abgeleiteten dritten Signals vom Zeitbereich in den Frequenzbereich durchzuführen. Die Histogramm- Erzeugungseinrichtung weist bevorzugt eine
Verarbeitungseinrichtung auf. Die Verarbeitungseinrichtung ist dabei ausgebildet, um aus dem zweiten Signal das Histogramm zu bilden. So ist ein einfacher Aufbau des Messgeräts möglich.
Die Transformationseinrichtung ist bevorzugt ausgebildet, um aus dem ersten Signal im Zeitbereich das dritte Signal im Frequenzbereich zu erzeugen. Die Frequenz-Stützstellen- Variationseinrichtung ist in diesem Fall eine
Interpolationseinrichtung, welche ausgebildet ist, um das zweite Signal durch Interpolation des dritten Signals zu erzeugen. So kann das Messgerät besonders einfach
aufgebaut werden.
Die Frequenz-Stützstellen-Variationseinrichtung ist bevorzugt ein Multiplikator, welcher ausgebildet ist, um das erste Signal mit einem variablen Faktor zu dem dritten Signal zu multiplizieren. Die Transformationseinrichtung ist dann ausgebildet, um aus dem dritten Signal im
Zeitbereich das zweite Signal im Frequenzbereich zu erzeugen. So ist lediglich eine geringe
Verarbeitungsleistung der Verarbeitungseinrichtung nötig.
Die Abtaststellen-Variationseinrichtung ist bevorzugt derart ausgebildet, dass die Verschiebung der Frequenz- Positionen der Frequenz-Stützstellen um höchstens einen halben Abstand der Frequenz-Stützstellen erfolgt. So können Darstellungsfehler auf Grund einer zu weiten
Verschiebung vermieden werden. Die Frequenz-Stützstellen-Variationseinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Verschiebung der Frequenz-Positionen der Frequenz-Stützstellen jeweils einen zufälligen Wert annimmt. So sind eine optimale
Verteilung der Stützstellen und damit eine optimale
Darstellung des Histogramms gewährleistet.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient dem Betreiben eines Messgeräts. Ein erstes Signal im Zeitberiech wird erfasst. Ein Histogramm im Frequenzbereich wird mittelbar aus dem ersten Signal erzeugt. Eine Verschiebung von Frequenz- Positionen von Frequenz-Stützstellen eines von dem ersten Signal abgeleiteten zweiten Signals im Frequenzbereich wird dabei erzeugt. Das Histogramm wird basierend auf dem zweiten Signal bestimmt. So können bei im Frequenzbereich konstanten Signalen deutlich genauere und übersichtlichere Darstellungen des Histogramms erzeugt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, beispielhaft beschrieben. In der
Zeichnung zeigen:
Fig. la einen ersten Signalverlauf bei einem
exemplarischen Spektrumanalysator;
Fig. lb einen zweiten Signalverlauf bei einem
exemplarischen Spektrumanalysator ; Fig. lc einen dritten Signalverlauf bei einem
exemplarischen Spektrumanalysator ; Fig. 2 eine Überlagerung der Darstellung eines
exemplarischen Spektrumanalysators und des realen Signalverlaufs; Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Messgeräts in einem Blockschaltbild; ein zweites Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Messgeräts in einer Detailansieht ; ein drittes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Messgeräts in einer Detailansieht ;
Fig. 5a einen ersten Signalverlauf in einem
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Messgeräts ;
Fig. 5b einen zweiten Signalverlauf in einem
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Messgeräts ; Fig. 5c einen dritten Signalverlauf in einem
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Messgeräts ;
Fig. 6 eine Überlagerung einer Darstellung durch ein
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Messgeräts und des realen Signalverlaufs;
Fig. 7 Histogrammdarstellungen eines exemplarischen
Messgeräts und eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Messgeräts in einer
Detailansicht auf Pixel-Ebene;
Fig. 8 ein erstes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens in einem
Ablaufdiagramm, und
Fig. 9 ein zweites Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens in einem
Ablaufdiagramm.
Zunächst wird anhand von Fig. la - Fig. 2 die der
gegenwärtigen Erfindung zugrundeliegende Problematik erläutert. Anschließend wird anhand von Fig. 3 - 4b der Aufbau unterschiedlicher Ausführungsbeispiele des
erfindungsgemäßen Messgeräts gezeigt. Anhand von Fig. 5a - 7 werden anschließend die genaue Funktionsweise und die Vorteile der Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Messgeräts und des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Abschließend werden anhand von Fig. 8 und 9 genauere Angaben zur Funktion zweier Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens gemacht. Identische
Elemente wurden in ähnlichen Abbildungen zum Teil nicht wiederholt dargestellt und beschrieben.
In Fig. la - Fig. lc sind Signalverläufe im
Frequenzbereich dargestellt. Diese Signalverläufe
entsprechen den Zeitpunkten tl, t2, t3. Bei dem hier dargestellten Signal handelt es sich um ein Signal mit zeitlich konstantem Spektrum. Somit sind die Darstellungen der Fig. la, Fig. lb und Fig. lc identisch. Die Punkte in den Kennlinien entsprechen den Frequenz-Stützstellen.
Somit werden lediglich die Messwerte an genau diesen
Stützstellen für die Bildung des späteren Histogramms herangezogen. Diese Frequenz-Stützstellen sind bei jeder Periode des Signals an derselben Stelle.
In Fig. 2 ist eine Histogramm-Darstellung eines
exemplarischen Messgeräts dargestellt. Auf der x-Achse ist die Frequenz dargestellt, während auf der y-Achse die Häufigkeit der einzelnen Frequenzen aufgetragen ist. Die Punkte auf der Kennlinie entsprechen den in dem Histogramm verarbeiteten Werten. Der Übersichtlichkeit halber ist hier zusätzlich die reale zugrundeliegende
Frequenzkennlinie des Signals gezeigt. Dieser reale
Frequenzverlauf entspricht der durchgehenden Kennlinie in Fig. 2. Diese durchgehende Kennlinie wird jedoch in der Histogramm-Darstellung nicht gezeigt. Deutlich erkennbar ist hier, dass sich im Bereich des Maximums des realen Frequenzverlaufs kein im Histogramm abgebildeter Wert befindet. Es ergibt sich somit ein Darstellungsfehler in Höhe von Δχι . Der in Fig. 2 gezeigte Darstellungsfehler Δχι kommt zustande, da die genutzten Frequenz-Stützstellen bei jedem Durchlauf des Spektrums des Signals stets an der gleichen Position des Spektrums zu liegen kommen. Es ergibt sich somit ein nennenswerter Abstand zwischen den benutzten Frequenz-Stützstellen.
In Fig. 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Messgeräts gezeigt. Bei dem Messgerät handelt es sich hier um einen Spektrumanalysator . Die Erfindung ist jedoch auch für sämtliche andere Messgeräte, welche Histogramm-Darstellungen von Signalen nutzen, geeignet. Das Messgerät 1 verfügt über eine
Steuereinrichtung 2, eine Anzeigeeinrichtung 3, eine
Speichereinrichtung 4, eine Kommunikationseinrichtung 5 und eine Signalverarbeitungseinrichtung 6. Die
Steuereinrichtung 2 steuert dabei sämtliche übrige
Komponenten. Die Anzeigeeinrichtung 3 ist dabei
ausgebildet, um von der Steuereinrichtung 2 gesteuert zu werden, um einen Nutzerdialog auszuführen und
Messergebnisse darzustellen. Die Speichereinrichtung 4 ist dabei ausgebildet, um von der Steuereinrichtung 2 mit Daten versorgt zu werden und um an die Steuereinrichtung 2 Daten zu liefern. Die Speichereinrichtung 4 speichert dabei die Daten.
Die Kommunikationseinrichtung 5 ist dabei ausgebildet, um von der Steuereinrichtung 2 genutzt zu werden, um über externe Schnittstellen mit anderen Geräten zu
kommunizieren. Die Signalverarbeitungseinrichtung 6 ist dabei ausgebildet, um für die Funktion des Messgeräts 1 notwendige Signale zu erzeugen und auszusenden und/oder die Funktion des Messgeräts 1 notwendige Signale zu empfangen, weiterzuverarbeiten und an die
Steuereinrichtung 2 zu übertragen.
Soll ein Signal im Zeitbereich in eine Histogramm- Darstellung umgesetzt werden, so wird das Signal der
Signalverarbeitungseinrichtung 6 über einen hier nicht dargestellten Anschluss zugeführt. Die
Signalverarbeitungseinrichtung 6 setzt das Signal um, reduziert beispielsweise die Frequenz und digitalisiert das Signal. Das resultierende digitalisierte Signal wird an die Steuereinrichtung 2 übertragen, welche die weitere Verarbeitung durchführt. Dabei werden eine Variation der Frequenz-Stützstellen und eine Transformation in den
Frequenzbereich durchgeführt. Auf die genaue Funktion wird anhand der Fig. 4a, Fig. 4b, Fig. 8 und Fig. 9 näher eingegangen. Das resultierende Histogramm wird auf der Anzeigeeinrichtung 3 dargestellt.
In Fig. 4a ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messgeräts in einer Detailansicht gezeigt. Die hier dargestellte Ansicht entspricht einem Detail aus der in Fig. 3 gezeigten Ansicht. Hier sind lediglich ein Teil der Signalverarbeitungseinrichtung 6 und ein Teil der Steuereinrichtung 2 dargestellt. Die Signalverarbeitungseinrichtung 6 beinhaltet dabei einen Analog-Digital-Wandler 10. Der Analog-Digital-Wandler 10 ist dabei mit weiteren Komponenten der
Signalverarbeitungseinrichtung 6 verbunden, welche hier nicht dargestellt sind. Die Steuereinrichtung 2 beinhaltet dabei eine Histogramm-Erzeugungseinrichtung 15. Die
Histogramm-Erzeugungseinrichtung 15 beinhaltet dabei eine Transformationseinrichtung 11, welche mit dem Analog- Digital-Wandler 10 verbunden ist. Darüber hinaus ist die Transformationseinrichtung 11 mit einem Interpolator 12 verbunden. Der Interpolator 12 ist mit einer
Verarbeitungseinrichtung 13 verbunden. Diese
Verarbeitungseinrichtung 13 wiederum ist mit weiteren Komponenten der Steuereinrichtung 2 verbunden. Ein von dem Messgerät zu untersuchendes Signal wird optional zunächst in seiner Frequenz reduziert und
vorverarbeitet. Anschließend wird es dem Analog-Digital- Wandler 10 zugeführt. Dieser digitalisiert das Signal und führt es als erstes Signal 16 der
Transformationseinrichtung 11 zu. Die
Transformationseinrichtung 11 transformiert das erste Signal 16 in den Frequenzbereich und erzeugt so ein drittes Signal 17. Hierzu kann beispielsweise eine
Fourier-Transformation, insbesondere eine Fast-Fourier- Transformation, eingesetzt werden. Das dritte Signal 17 im Frequenzbereich wird anschließend dem Interpolator 12 zugeführt. Durch die Transformation in den Frequenzbereich sind Frequenz-Stützstellen entstanden. Der Interpolator 12 interpoliert nun zusätzliche Stützstellen zwischen den aus der Transformation resultierenden Stützstellen des dritten Signals 17. Bei dem Interpolator 12 handelt es sich somit um eine Frequenz-Stützstellen-Variationseinrichtung. Für jedes verarbeitete Spektrum werden dabei unterschiedliche Frequenz-Stützstellen interpoliert. Es ergibt sich somit ein sehr enges Raster von Frequenz-Stützstellen in einem dritten Signal 18. Die resultierenden Werte werden der Verarbeitungseinrichtung 13 zugeführt, welche sie sortiert nach Frequenz aufaddiert. D.h. die
Verarbeitungseinrichtung 13 verarbeitet die interpolierten Frequenz-Stützstellen innerhalb des zweiten Signals 18 zu einem Histogramm weiter. Das so erzeugte Histogramm wird anschließend optional weiterverarbeitet und daraufhin von der Anzeigeeinrichtung 3 aus Fig. 3 dargestellt.
In Fig. 4b ist ein drittes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Messgeräts in einer Detailansicht gezeigt. Die Darstellung der Fig. 4b entspricht weitgehend der Darstellung der Fig. 4a. Anstatt eines Interpolators 12 ist hier jedoch als Stützstellen-Variationseinrichtung zur Variation der Frequenz-Stützstellen ein Multiplikator 22 eingesetzt. Dieser setzt bei dem digitalisierten Signal für den Zeitbereich an, welche hier dem ersten Signal 26 entspricht. D.h. das Ausgangssignal des Analog-Digital- Wandlers 20, welcher dem Analog-Digital-Wandler 10 aus
Fig. 4a entspricht, wird dem Multiplikator 22 zugeführt, welcher das erste Signal 26 mit einer niederfrequenten komplexen Exponentialschwingung zu einem dritten Signal 27 multipliziert. Beispielsweise wird eine Multiplikation mit dem Faktor e j2lIf(t)t durchgeführt. Dies resultiert in einer Verschiebung der Frequenz-Stützstellen nach der
Transformation in den Frequenzbereich durch die
Transformationseinrichtung 21, welche dem Multiplikator 22 nachgeschaltet ist. Das resultierende zweite Signal 28 wird erneut von der Verarbeitungseinrichtung 23, welche der Verarbeitungseinrichtung 13 entspricht,
weiterverarbeitet. Die Signale, welche von den
Verarbeitungseinrichtungen 13 und 23 verarbeitet werden, entsprechen einander.
In Fig. 5a - 5c sind nun mehrere Signalverläufe einzelner Spektren dargestellt. Die durchgehenden Kennlinien
entsprechen dem realen Signalverlauf. Die Punkte
entsprechen den verschobenen Frequenz-Stützstellen. Es zeigt sich somit, dass Frequenz-Stützstellen über den gesamten realen Signalverlauf verteilt sind.
In Fig. 6 ist überlagert die Histogrammdarstellung eines erfindungsgemäßen Messgeräts und des idealen Histogramms gezeigt. Die durchgehende Kennlinie entspricht dem idealen Verlauf des Histogramms. Die auf der Kennlinie
eingezeichneten Punkte entsprechen den Frequenz- Stützstellen, welche sich durch die Variation ergeben. Im Vergleich zu Fig. 2 ist deutlich erkennbar, dass die
Frequenz-Stützstellen nun deutlich dichter
beieinanderliegen. Der reale Verlauf der Histogramm- Kennlinie wird somit durch die Frequenz-Stützstellen deutlich genauer wiedergegeben. Es ergibt sich lediglich ein sehr geringer Messfehler Δχ2.
Fig. 7 zeigt weiterhin eine Detailansicht einer
Histogramm-Darstellung durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messgeräts. Die x-Achse entspricht dabei der Frequenz, während die y-Achse der Häufigkeit des jeweiligen Frequenzwerts entspricht. In der Mitte der Pixel sind die Häufigkeiten bei einer herkömmlichen
Histogramm-Darstellung aufgetragen. Insbesondere im
Bereich des Maximums ergeben sich weit auseinanderliegende hohe Werte. In der rechten unteren Ecke des Pixels sind die Werte bei Einsatz eines erfindungsgemäßen Messgeräts bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Insbesondere im Bereich des Maximums sind die Werte nun über eine größere Anzahl von Pixeln verteilt. Sie geben den idealen Verlauf des Histogramms bedeutend besser wieder .
Fig. 8 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines
Messgeräts. In einem ersten Schritt 30 wird eine Analog- Digital-Wandlung eines zu verarbeitenden Signals
durchgeführt. Optional erstrecken sich vor diesem ersten Schritt 30 weitere Vorverarbeitungsschritte, wie z.B. eine Mischung des Signals, um die Frequenz zu senken. In einem zweiten Schritt 31 findet eine Transformation in den
Frequenzbereich statt. Da es sich um eine diskrete
Transformation handelt, werden in diesem Schritt Frequenz- Stützstellen gebildet. In einem dritten Schritt 33 findet eine zeitvariante Interpolation der Frequenz-Stützstellen statt. D.h. für jedes verarbeitete Spektrum werden die Frequenz-Stützstellen um einen bestimmten Wert verschoben. Die Verschiebung erfolgt dabei höchstens bis zur Hälfte der Distanz zur benachbarten ursprünglichen Frequenz- Stützstelle. Vorzugsweise erfolgt die Verschiebung
zufallsbedingt. D.h. die Distanz, um welche jede einzelne Frequenz-Stützstelle verschoben wird, soll möglichst zufällig sein. In einem vierten Schritt 33 wird anschließend eine
Datenaufarbeitung durchgeführt. D.h. die Werte an den Frequenz-Stützstellen werden über mehrere Spektren hinweg aufaddiert und zu einem Histogramm akkumuliert.
Abschließend werden die Werte in einem fünften Schritt 34 als Histogramm dargestellt.
Fig. 9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines
Messgeräts. Die Schritte 40 bis 44 entsprechen dabei weitgehend den Schritten 30 bis 34 aus Fig. 8. Lediglich der zweite Schritt 41 und der dritte Schritt 42
unterscheiden sich von den in Fig. 8 dargestellten
Schritten. Das digitalisierte Signal wird hier in einem zweiten Schritt 41 mit einem Faktor, welcher vorzugsweise eine niederfrequente komplexe Exponentialschwingung ist multipliziert. Anschließend wird im dritten Schritt 43 das Signal im Zeitbereich in den Frequenzbereich
transformiert. Durch die Multiplikation im zweiten Schritt 41 ergibt sich eine Verschiebung der Frequenz- Stützstellen, welche im dritten Schritt 42 erzeugt werden. Im Übrigen entspricht das Verfahren dem anhand von Fig. 8 dargestellten Verfahren. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt. Wie bereits erwähnt, können unterschiedlichste Messgeräte, welche eine
Histogramm-Darstellung durchführen, eingesetzt werden. Auch kann die Verschiebung der Frequenz-Stützstellen auf unterschiedlichsten Algorithmen basieren. So ist neben einer zufallsgesteuerten Verschiebung auch eine zyklische Verschiebung nach einem linearen Algorithmus möglich. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander kombinierbar.

Claims

Ansprüche
1. Messgerät mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (6) zur Erfassung eines ersten Signals (16, 26) im Zeitbereich und einer Histogramm-Erzeugungseinrichtung (15, 25) zur mittelbaren Erzeugung eines Histogramms im Frequenzbereich aus dem ersten Signal (16, 26),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Histogramm-Erzeugungseinrichtung (15, 25) eine Frequenz-Stützstellen-Variationseinrichtung (12, 22) aufweist .
2. Messgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Frequenz-Stützstellen-Variationseinrichtung (12, 22) ausgebildet ist, um eine Verschiebung von Frequenz- Positionen von Frequenz-Stützstellen eines von dem ersten Signal (16, 26) abgeleiteten zweiten Signals (18, 28) im Frequenzbereich zu erzeugen, und
dass die Histogramm-Erzeugungseinrichtung (12, 25) ausgebildet ist, um das Histogramm basierend auf dem zweiten Signal (18, 28) zu bestimmen.
3. Messgerät nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Histogramm-Erzeugungseinrichtung (12, 25) eine Transformationseinrichtung (11, 21) aufweist, und
dass die Transformationseinrichtung (11, 21) ausgebildet ist, um eine Transformation des ersten Signals (16, 26) oder eines von dem ersten Signal (16, 26) abgeleiteten dritten Signals (27) vom Zeitbereich in den
Frequenzbereich durchzuführen.
4. Messgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Histogramm-Erzeugungseinrichtung (12, 25) eine Verarbeitungseinrichtung (13, 23) aufweist, und
dass die Verarbeitungseinrichtung (13, 23) ausgebildet ist, um aus dem zweiten Signal (18, 28) das Histogramm zu bilden .
5. Messgerät nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Transformationseinrichtung (11) ausgebildet ist, um aus dem ersten Signal (16) im Zeitbereich das dritte Signal (17) im Frequenzbereich zu erzeugen, und
dass die Frequenz-Stützstellen-Variationseinrichtung (12) eine Interpolationseinrichtung ist, welche ausgebildet ist, um das zweite Signal (18) durch Interpolation des dritten Signals (17) zu erzeugen.
6. Messgerät nach Anspruch 3 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Frequenz-Stützstellen-Variationseinrichtung (22) ein Multiplikator ist, welcher ausgebildet ist, um das erste Signal (26) mit einem variablen Faktor zu dem dritten Signal (27) zu multiplizieren, und
dass die Transformationseinrichtung (21) ausgebildet ist, um aus dem dritten Signal (27) im Zeitbereich das zweite Signal (28) im Frequenzbereich zu erzeugen.
7. Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Frequenzstützstellen-Variationseinrichtung (12, 22) derart ausgebildet ist, dass die Verschiebung der Frequenz-Positionen der Frequenz-Stützstellen um höchstens einen halben Abstand der Frequenz-Stützstellen erfolgt.
8. Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Frequenz-Stützstellen-Variationseinrichtung (12, 22) derart ausgebildet ist, dass die Verschiebung der Frequenz-Positionen der Frequenz-Stützstellen jeweils einen zufälligen Wert annimmt.
9. Verfahren zum Betreiben eines Messgeräts,
wobei ein erstes Signal (16, 26) im Zeitbereich erfasst wird,
wobei ein Histogramm im Frequenzbereich mittelbar aus dem ersten Signal (16, 26) erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Verschiebung von Frequenz-Positionen von
Frequenz-Stützstellen eines von dem ersten Signal (16, 26) abgeleiteten zweiten Signals (18, 28) im Frequenzbereich erzeugt wird, und
dass das Histogramm basierend auf dem dritten Signal (18, 28) bestimmt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Transformation des ersten Signals (16, 26) oder eines von dem ersten Signal (16, 26) abgeleiteten dritten Signals (17, 27) vom Zeitbereich in den Frequenzbereich durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Histogramm aus dem zweiten Signal (18, 28) gebildet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Signal (17) im Frequenzbereich aus dem ersten Signal (16) im Zeitbereich erzeugt wird, und dass das zweite Signal (18) durch Interpolation des dritten Signals (17) erzeugt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Signal (26) mit einem variablen Faktor zu dem dritten Signal (27) multipliziert wird, und
dass das zweite Signal (28) im Frequenzbereich aus dem dritten Signal (27) im Zeitbereich erzeugt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verschiebung der Frequenz-Positionen der
Frequenz-Stützstellen um höchstens einen halben Abstand der Frequenz-Stützstellen erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verschiebung der Frequenz-Positionen der
Frequenz-Stützstellen jeweils einen zufälligen Wert annimmt .
16. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um alle
Schritte gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15 durchführen zu können, wenn das Programm auf einem Computer oder einem digitalen Signalprozessor ausgeführt wird.
17. Computerprogramm-Produkt mit insbesondere auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode- Mitteln, um alle Schritte gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15 durchführen zu können, wenn das Programm auf einem Computer oder einem digitalen Signalprozessor ausgeführt wird .
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