DE19733920A1 - Device for suppressing interference signals with frequency-dependent adaptation - Google Patents
Device for suppressing interference signals with frequency-dependent adaptationInfo
- Publication number
- DE19733920A1 DE19733920A1 DE1997133920 DE19733920A DE19733920A1 DE 19733920 A1 DE19733920 A1 DE 19733920A1 DE 1997133920 DE1997133920 DE 1997133920 DE 19733920 A DE19733920 A DE 19733920A DE 19733920 A1 DE19733920 A1 DE 19733920A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- sensors
- sensor
- signals
- signal
- interference
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
- G01D3/028—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
- G01D3/032—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure affecting incoming signal, e.g. by averaging; gating undesired signals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/022—Measuring gradient
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Störsig nalunterdrückung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Desweiteren betrifft die Erfindung ein eine solche Vor richtung enthaltendes Gradiometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The invention relates to a device for interference channel suppression according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to such a front directional gradiometer according to the generic term of claim 9.
Es betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der frequenz abhängigen Gewichtungsfaktoren von Referenzsensoren zur Störsignalunterdrückung, welches am Beispiel der Gra diometrie bei HTS-SQUID-Systemen zur Messung kleinster Magnetfelder demonstriert wird. Die bisher verwendete elektronische Balancierung mit einem frequenzunabhängi gen Gradiometerfaktor wird durch das neue Verfahren we sentlich verbessert.It relates to a method for determining the frequency dependent weighting factors of reference sensors for Interference signal suppression, which is based on the example of the Gra Diometry in HTS-SQUID systems for measuring the smallest Magnetic fields is demonstrated. The previously used electronic balancing with a frequency independent The gradiometer factor is reduced by the new process considerably improved.
Bei der Messung von sehr kleinen Signalen (z. B. bei biomagnetischen Messungen in der Gehirnforschung und Kardiologie, aber auch in der zerstörungsfreien Prüfung mit elektromagnetischen Methoden) müssen natürliche und zivilisatorisch bedingte Störfelder unterdrückt werden. Natürliche Störfelder sind im Falle der Magnetfeldmes sung das Gleichfeld der Erde von etwa 40-50 µT sowie höherfrequente Rauschanteile durch Störungen in der Io nosphäre. Zivilisatorische Störfelder finden sich ver teilt über einen großen Frequenzbereich. Insbesondere bei der Netzfrequenz von 50 Hz und Höherharmonischen, beim Betrieb von Bahnen, z. B. 16 2/3 Hz, PC-Monitoren etc. können Störungen bis zu einigen zehn nT, maximal bis zu einigen hundert nT, auftreten. Im niederfrequen ten Bereich sind Störungen durch bewegte ferromagneti sche Objekte, z. B. Türen, Fahrzeuge etc. meßbar.When measuring very small signals (e.g. at biomagnetic measurements in brain research and Cardiology, but also in non-destructive testing using electromagnetic methods) must be natural and interference caused by civilization can be suppressed. Natural interference fields are in the case of magnetic field measurements solution the earth's constant field of about 40-50 µT as well higher-frequency noise components due to interference in the Io nosphere. Civilizing fields of interference can be found ver divides over a wide frequency range. In particular at the mains frequency of 50 Hz and higher harmonics, when operating railways, e.g. B. 16 2/3 Hz, PC monitors etc. disturbances up to a few ten nT, maximum up to a few hundred nT. In low frequency The area is interference from moving ferromagneti cal objects, e.g. B. doors, vehicles etc. measurable.
In diesem Umfeld müssen Signale, welche < 1 pT sind (bis zu 100 000 000 mal kleiner als das Erdmagnetfeld) in der entsprechenden Bandbreite gemessen werden. Bei so kleinen Signalen ist außerdem das Rauschen der Sen soren nicht mehr vernachlässigbar und bereitet weitere Schwierigkeiten.In this environment, signals that are <1 pT (up to 100,000,000 times smaller than the earth's magnetic field) be measured in the appropriate bandwidth. At such small signals is also the noise of the sen sensors no longer negligible and prepares others Difficulties.
Zur Unterdrückung von Störfeldern bzw. Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnis sind verschiedene Methoden bekannt, die fast immer in einer Kombination mehrerer Methoden angewendet werden.To suppress interference fields or improve the Signal-to-noise ratio are different methods known, almost always in a combination of several Methods are applied.
Störungen bei der Netzfrequenz und Höherharmonischen können durch Kamm-Filter unterdrückt werden (bestimmte Frequenzen werden unterdrückt) . Hierdurch wird jedoch auch das zu messende Signal geschwächt, so daß an die sen Stellen auch dessen Information verloren geht (Verfälschung der Messung!). Disturbances in the network frequency and higher harmonics can be suppressed by comb filters (certain Frequencies are suppressed). This will, however also weakened the signal to be measured, so that to the information is also lost (Falsification of the measurement!).
Bei Verwendung magnetischer Abschirmkammern, die aus mehreren Lagen einer hoch-permeablen Eisenlegierung und Aluminium bestehen, können in Abhängigkeit der verwen deten Materialmenge und Kammerkonstruktion Dämpfungen um den Faktor 50-50 000 bei 1 Hz bzw. 10 000-100 000 bei 50 Hz erreicht werden. Diese besonders ef fektive Lösung hat jedoch den Nachteil der sehr hohen Kosten für magnetische Abschirmkammern.When using magnetic shielding chambers that are made of several layers of a highly permeable iron alloy and Aluminum can exist, depending on the use amount of material and chamber construction damping by a factor of 50-50,000 at 1 Hz or 10,000-100,000 can be reached at 50 Hz. This particularly ef fective solution, however, has the disadvantage of being very high Magnetic shielding chamber costs.
Bei der aktiven Kompensation wird dem Störfeld durch
Spulen ein Gegenfeld so überlagert, daß eine Kompensa
tion der Störung erfolgt. Es gibt zwei Möglichkeiten um
dies zu erreichen:
Zum einen können Signale, welche direkt von den Stör
quellen kommen und nur entsprechend verstärkt bzw. pha
senverschoben werden müssen, verwendet werden. Meist
können durch diese Methode die Störungen nur bei weni
gen festen Frequenzen wirkungsvoll unterdrückt werden.
Die Beherrschung von Phasenänderungen stellt ein weite
res Hindernis dar. Außerdem ist diese Methode nur bei
bekannten Störquellen anwendbar.With active compensation, an interference field is superimposed on the interference field by coils so that the interference is compensated for. There are two ways to do this:
On the one hand, signals that come directly from the interference sources and only need to be amplified or shifted accordingly can be used. In most cases, this method can only effectively suppress interference at a few fixed frequencies. Mastering phase changes is another obstacle. In addition, this method is only applicable to known sources of interference.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, mit Hilfe von Referenzsensoren und einem geeigneten Regelkreis die Störungen zu unterdrücken. Der Vorteil ist, daß hier durch auch unbekannte Störungen berücksichtigt werden. Nachteilig ist hier, daß bei weniger empfindlichen Re ferenzsensoren dem Meßsignal das Rauschen der Referenz sensoren und der Spulen überlagert wird. Another option is to use Reference sensors and a suitable control loop To suppress interference. The advantage is that here due to unknown disturbances. The disadvantage here is that with less sensitive Re reference sensors the measurement signal the noise of the reference sensors and the coils is superimposed.
Durch eine Modulation des Meßsignals bei einer festen, störfreien Frequenz und lock-in-Detektion bei der Modu lationsfrequenz wird die Messung in einem sehr schmalen Frequenzband vorgenommen. Dadurch werden Störungen bei anderen Frequenzen als der Modulationsfrequenz nicht wahrgenommen. Dieses Verfahren kann jedoch bei bioma gnetischen Messungen, die eine große Bandbreite erfor dern, nicht durchgeführt werden, da das Meßsignal nicht moduliert werden kann.By modulating the measurement signal with a fixed, interference-free frequency and lock-in detection at the Modu tion frequency, the measurement will be in a very narrow Frequency band made. This will cause disruptions frequencies other than the modulation frequency are not perceived. However, this procedure can be used at bioma genetic measurements that require a wide range not be carried out because the measurement signal is not can be modulated.
Kann man die Störungen nicht kompensieren, so reicht
ein Sensor zur Signalerfassung nicht aus, um das unver
fälschte Meßsignal zu erhalten, da in diesem Falle zwei
Größen unterschieden werden müssen: Meßsignal und Stö
rung. Daher werden zur Störsignalunterdrückung zusätz
liche Sensoren verwendet. Im einfachsten Fall ist das
z. B. ein zusätzlicher Sensor, der das Meßsignal teil
weise oder gar nicht sieht. Wenn die Störeinflüsse ge
nügend weit entfernt sind (im Verhältnis zum Abstand
der beiden Sensoren), so beeinflussen die Störungen
beide Sensoren in ähnlicher Weise (kleiner Gradient),
so daß durch eine einfache Subtraktion der beiden Sen
sorsignale die Störung näherungsweise eliminiert werden
kann. Im Idealfall, wenn nur der untere Sensor Meßsig
nal sieht und die Störung keine Gradienten aufweist,
gilt sogar exakt:
If the interference cannot be compensated for, a sensor for signal detection is not sufficient to obtain the undistorted measurement signal, since in this case two variables must be distinguished: measurement signal and interference. Therefore additional sensors are used to suppress interference signals. In the simplest case, this is e.g. B. an additional sensor that partially or not at all sees the measurement signal. If the disturbing influences are sufficiently far away (in relation to the distance between the two sensors), the disturbances influence both sensors in a similar way (small gradient), so that the disturbance can be approximately eliminated by a simple subtraction of the two sensor signals. Ideally, if only the lower sensor sees the measurement signal and the disturbance has no gradients, the following even applies exactly:
a = m + s b = s → m = a-ba = m + s b = s → m = a-b
Hierbei ist a das Sensorsignal vom Sensor A, b das Sen
sorsignal vom Sensor B, m das zu messende Signal und s
das Störsignal. Da im Normalfall die Störungen wegen
Feldgradienten nicht auf beide Sensoren gleich wirken,
kann unter der Annahme, daß der Gradient der Störung
hinreichend konstant am Ort der Sensoren ist
(Störquelle weiter entfernt, Gradient zweiter Ordnung
klein), eine bessere Störunterdrückung erreicht werden,
wenn man zu Gradiometern 2. Ordnung übergeht. Hierbei
werden allerdings auch entsprechend mehr Sensoren benö
tigt (in diesem Fall 3). Es gilt in diesem Falle nähe
rungsweise:
Here, a is the sensor signal from sensor A, b is the sensor signal from sensor B, m is the signal to be measured and s is the interference signal. Since the disturbances due to field gradients do not normally have the same effect on both sensors, assuming that the gradient of the disturbance is sufficiently constant at the location of the sensors (source of disturbance further away, second-order gradient small), better interference suppression can be achieved if goes to 2nd order gradiometers. However, more sensors are required (in this case 3). In this case, the following applies approximately:
m = a-2.b + cm = a-2.b + c
Grundsätzlich kann hierbei zwischen Hardware-Gradiome tern, bei denen die Verrechnung der Sensorsignale durch eine direkte entsprechende Verdrahtung der Sensoren ge schieht, und Software-Gradiometern, bei denen die Ver rechnung der Signale durch Computer-Programme vollzogen wird, unterschieden werden.Basically, there is a difference between hardware gradioms tern, where the calculation of the sensor signals by a direct corresponding wiring of the sensors ge and software gradiometers, in which the ver calculation of the signals carried out by computer programs will be distinguished.
Im Vergleich zu Hardware-Gradiometern können Software-
Gradiometer meist nicht so perfekt gebaut werden, da es
sich in diesem Falle bei den Sensoren gewöhnlich um ge
trennte Baugruppen handelt, die quasi per Hand ausge
richtet werden müssen. Im Falle der Hardware-Gradiome
ter integriert man beide Sensoren meist auf einem Chip,
wodurch automatisch eine exakte Parallelität gegeben
ist. Denn durch geometrischen Achsen- und Winkelversatz
sowie SQUIDs mit etwas unterschiedlichen Eigenschaften
werden Ungleichförmigkeiten erzeugt, die zu einer un
vollständigen Unterdrückung der Störquellen führen. Dem
kann allerdings dadurch begegnet werden, daß man die
Gewichtungsfaktoren in der Formel zur Berechnung des
Meßsignals modifiziert, so daß zumindest die größte
Störung eliminiert wird. Im Falle von 2 Sensoren also:
Compared to hardware gradiometers, software gradiometers can usually not be built so perfectly, since in this case the sensors are usually separate assemblies that have to be aligned by hand, so to speak. In the case of hardware gradiometers, both sensors are usually integrated on one chip, which automatically ensures exact parallelism. Because geometrical axis and angular misalignment as well as SQUIDs with somewhat different properties create irregularities that lead to incomplete suppression of the sources of interference. This can, however, be countered by modifying the weighting factors in the formula for calculating the measurement signal, so that at least the greatest disturbance is eliminated. In the case of 2 sensors:
m = a-kb.b. Beim Gradiometer 2. Ordnung (3 Sensoren) m = a-kb.b + kc.c.m = ak b .b. With the 2nd order gradiometer (3 sensors) m = ak b .b + k c .c.
Um Störungen, die durch mehrere unterschiedliche Stör
quellen erzeugt werden, besser eliminieren zu können,
existieren zwei Möglichkeiten:
Man nimmt an, daß der Gradient des Meßsignals größer
ist als der Gradient der Störungen am Ort der Sensoren.
Mit Hilfe einer Taylorentwicklung und den Meßwerten der
Sensoren, die dann in ganz bestimmte Richtungen orien
tiert sein müssen, bestimmt man näherungsweise den tat
sächlichen Gradienten des Meßsignals. Hierbei wird die
Anzahl an Sensoren dadurch bestimmt, bis zu welcher
Ordnung die höheren Terme in der Taylorentwicklung un
terdrückt werden sollen (wie gut der Gradient berechnet
wird!). Diese Methode wird auch angewendet, wenn man
tatsächlich nur an dem räumlichen Gradienten des Si
gnals und nicht an seinem Absolutwert interessiert ist.There are two ways of eliminating faults that are generated by several different sources of interference:
It is assumed that the gradient of the measurement signal is greater than the gradient of the disturbances at the location of the sensors. With the help of a Taylor development and the measured values of the sensors, which must then be oriented in very specific directions, the actual gradient of the measured signal is approximately determined. The number of sensors is determined by the order up to which the higher terms in the Taylor expansion should be suppressed (how well the gradient is calculated!). This method is also used if you are actually only interested in the spatial gradient of the signal and not in its absolute value.
Man rechnet: m = a-Σki.bi und paßt die Faktoren ki so an, daß bei nicht aktivem Meßsignal das rechnerisch resul tierende Signal minimal wird (least square fit!).One calculates: m = a-Σk i .b i and adjusts the factors k i so that when the measurement signal is not active, the arithmetically resulting signal becomes minimal (least square fit!).
Diese beiden Verfahren lassen sich natürlich kombinie ren. Keines dieser Verfahren eliminiert die Störungen exakt.These two methods can of course be combined ren. None of these methods eliminates the interference exactly.
Bei einer adaptiven Kompensation paßt sich die Kompen sation dynamisch den Störungen an. Im obigen Fall der aktiven Kompensation ist dies zum Beispiel bei einem Regelkreis gegeben. Im Falle der Kompensation mit Hilfe von Computerprogrammen werden die entsprechenden Trans ferfunktionen auf die Störungen angepaßt.With an adaptive compensation, the compen fits sation dynamically to the disturbances. In the above case the active compensation, for example, for a Control loop given. In the case of compensation with help the corresponding Trans adapted to the malfunctions.
Bei periodischen Signalen kann das Signal-zu-Rausch- Verhältnis durch Mittelung des Signals erhöht werden, wobei das Signal-zu-Rausch-Verhältnis um den Faktor √N (N = Anzahl der Mittelungen) verbessert wird. Diese Lö sung hat den Nachteil, daß für eine deutliche Verbes serung sehr lange gemittelt werden muß und in dieser Zeit das Signal hinreichend konstant sein sollte.With periodic signals, the signal-to-noise Ratio can be increased by averaging the signal, where the signal-to-noise ratio by the factor √N (N = number of averages) is improved. This Lö solution has the disadvantage that for a clear verb must be averaged for a very long time and in this Time the signal should be sufficiently constant.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Störsignalunterdrückung zu schaffen, bei dem eine verbesserte Störsignalunterdrückung erreicht wird.It is therefore an object of the invention to provide a device to create interference suppression, in which a improved interference suppression is achieved.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Störsignalunterdrückung gemäß der Gesamtheit der Merk male nach Anspruch 1. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Gradiometer gemäß der Gesamtheit der Merk male nach Anspruch 9. Weitere zweckmäßige oder vorteil hafte Ausführungsformen oder Varianten finden sich in auf jeweils einen dieser Ansprüche rückbezogenen Unteransprüchen.The object is achieved by a device for Interference signal suppression according to the entirety of the mem male according to claim 1. The object is further achieved by a gradiometer according to the entirety of the mem male according to claim 9. Further expedient or advantage adhesive embodiments or variants can be found in referring back to one of these claims Subclaims.
Es wurde erkannt, einen neuen Lösungsansatz zur Störun
terdrückung zu erzielen, bei dem folgenden Ansprüchen
erfüllt sind:
Bestimmung von frequenzabhängigen k-Faktoren.It was recognized that a new approach to suppressing interference was achieved in which the following requirements were met:
Determination of frequency-dependent k factors.
Nutzung der Empfindlichkeit des Meßsensors in den Fre quenzbereichen, in denen keine Unterdrückung von Stö rungen erforderlich ist. (Rauschminimierung). Use of the sensitivity of the measuring sensor in Fre frequency ranges in which no suppression of interference is required. (Noise minimization).
Keine Beeinflussung des Meßsignals (Informationserhaltung).No influence on the measurement signal (Information retention).
Berechnung der k-Faktoren während der Messung am Objekt (Optimale k-Faktoren!).Calculation of the k factors during the measurement on the object (Optimal k factors!).
Hierzu wird im einzelnen noch ausgeführt:
Softwaregradiometer mit frequenzabhängigen Gewichtungs
faktoren.The following is still detailed:
Software radiometer with frequency-dependent weighting factors.
Anstelle des festen Wertes k kann dieser Faktor nun frequenzabhängig gewählt werden, so daß im Falle von m(f)=a(f)-k(f).b(f) die Störungen exakt eliminiert wer den. (Man zieht dann bei jeder Frequenz gerade den durch die Störungen bedingten Anteil ab!). Diese Rech nung ist natürlich nur dann exakt, wenn sich die Stö rungen während der Messung nicht ändern und die k-Fak toren exakt bestimmt wurden. Außerdem darf bei dieser einfachen Rechnung kein Signalanteil im Referenzsensor vorhanden sein. Falls man aber den Anteil des Meßsi gnals im Referenzsensor kennt, entweder durch eine vor herige Messung oder durch Berechnung während der Mes sung mit Hilfe zusätzlicher Referenzsensoren, liefert eine genauere Rechnung wieder das korrekte Meßsignal. Wäre man in der Lage, die k-Faktoren zu jedem Zeitpunkt während der Messung zu bestimmen, könnte man tatsäch lich alle Störungen restlos beseitigen.This factor can now be used instead of the fixed value k frequency-dependent, so that in the case of m (f) = a (f) -k (f) .b (f) the disturbances are eliminated exactly the. (You then just pull that at every frequency due to the interference!). This rech voltage is of course only accurate if the disturbance not change during the measurement and the k-factors gates were determined exactly. In addition, with this simple calculation, no signal component in the reference sensor to be available. But if you take the proportion of Meßsi gnals in the reference sensor knows, either by a before previous measurement or by calculation during the measurement solution with the help of additional reference sensors a more accurate calculation again the correct measurement signal. You would be able to see the k factors at any time to determine during the measurement, one could actually Eliminate all faults completely.
Diese Methode ist natürlich auch auf Gradientensignale als Meßsignale anwendbar bzw. könnte vor der Gradien tenberechnung auf alle Sensoren angewendet werden, so daß der Gradient der Störung exakt eliminiert wird. Hierbei können die Sensoren, die mit frequenzunabhängi gen k-Faktoren zur Gradientenberechnung benutzt werden, auch gleichzeitig zur frequenzabhängigen Eliminierung der Störungen dienen.This method is of course also on gradient signals applicable as measurement signals or could be in front of the gradients calculation can be applied to all sensors, see that the gradient of the disturbance is eliminated exactly. Here, the sensors with frequency independent gen factors are used to calculate the gradient, also at the same time for frequency-dependent elimination serve the disturbances.
Ein grundsätzlicher Nachteil zusätzlicher Sensoren ist allerdings, daß sich die Rauschleistung der Sensoren gemäß den k-Faktoren und der Sensoranzahl addiert und so länger gemittelt werden muß, um ein bestimmtes Si gnal-zu-Rauschverhältnis zu erreichen.A fundamental disadvantage of additional sensors is however, that the noise power of the sensors added according to the k factors and the number of sensors and so longer must be averaged to a certain Si signal-to-noise ratio.
Das resultierende Rauschen wird durch drei Maßnahmen
minimiert:
bei Eliminierung der Störungen werden nur solche Fre
quenzen berücksichtigt, bei denen eine Störung während
der Messung nachzuweisen ist. Alle anderen Frequenzen
des Meßsensors werden nicht korrigiert (entsprechende
k-Faktoren werden Null gesetzt).The resulting noise is minimized by three measures:
when eliminating the disturbances, only those frequencies are taken into account at which a disturbance can be demonstrated during the measurement. All other frequencies of the measuring sensor are not corrected (corresponding k factors are set to zero).
Es wird solange zeitlich gemittelt, bis das gewünschte Signal-zu-Rauschverhältnis erreicht wird.It is averaged over time until the desired one Signal-to-noise ratio is achieved.
Nach erfolgter Mittelung kann das Rauschen gezielt ge
mindert werden, wenn die Rauschamplitude ar 2 der Zeit
reihe frequenzabhängig bekannt. Somit ergibt sich z. B.
After averaging, the noise can be specifically reduced if the noise amplitude a r 2 of the time series is known depending on the frequency. Thus, z. B.
als neue rauschverminderte Amplitude, wobei N die Zahl der Mittelungen darstellt (alles frequenzabhängig). as a new noise-reduced amplitude, where N is the number which represents averages (everything depends on frequency).
Während die letzten beiden Punkte in der Literatur hin reichend bekannt sind, ist der erste Punkt neu (Denkbar ist auch eine Interpolation zwischen den Werten, um so auch besser dynamisch veränderliche Störquellen zu be rücksichtigen). Da bei Punkt 4 auch das Betragsquadrat der Rauschamplitude ar 2 der Zeitreihen mit berechnet wird, gibt ein einfacher Vergleich mit dem Betragsqua drat der Signalamplitude aM 2, die Genauigkeit R der Be rechnung der gemittelten Größe aM 2: R2 = ar 2/N aM 2. Entsprechend kann auch die Genauigkeit der berechneten k-Faktoren durch Fehlerfortpflanzungsmethoden bestimmt werden. Zu ungenaue k-Werte werden auf Null gesetzt.While the last two points are well known in the literature, the first point is new (an interpolation between the values is also conceivable, so that dynamically changing sources of interference are also taken into account). Since the amount square of the noise amplitude a r 2 of the time series is also calculated at point 4, a simple comparison with the amount square of the signal amplitude a M 2 gives the accuracy R of the calculation of the averaged quantity a M 2 : R 2 = a r 2 / N a M 2 . Correspondingly, the accuracy of the calculated k factors can also be determined using error propagation methods. Too imprecise k values are set to zero.
Wenn die Störung nur wenige Frequenzen beinhaltet, hat
der erste Punkt folgende Vorteile:
Da der Beitrag zum Rauschen der korrigierten Zeitreihe
durch den Referenzsensor gering ist und somit quasi mit
der Empfindlichkeit des Meßsensors gemessen wird, ist
die Rauschamplitude nahezu um den Faktor √2 geringer.If the interference contains only a few frequencies, the first point has the following advantages:
Since the contribution to the noise of the corrected time series by the reference sensor is small and is therefore measured with the sensitivity of the measuring sensor, the noise amplitude is almost smaller by a factor of √2.
Um ein ähnliches Signal-zu-Rauschverhältnis wie bei der herkömmlichen Gradiometrie mit festen k-Werten zu er halten, ist lediglich eine halb solange Mittelung nö tig. Da die Periode des Meßsignals aber meist nicht 100%ig bekannt ist, ist keine Mittelung ideal, und eine kürzere Meßzeit hat zusätzliche Vorteile.To get a signal-to-noise ratio similar to that of the conventional gradiometry with fixed k values hold is only a half as long as nope tig. Since the period of the measurement signal is usually not Is 100% known, no averaging is ideal, and a shorter measuring time has additional advantages.
Die Verkürzung der Meßzeit hat die angenehme Folge, daß sich die k-Faktoren innerhalb eines geringeren Zeitrau mes auch weniger stark ändern, d. h. stabiler sind und daher leichter bestimmt werden können.The shortening of the measuring time has the pleasant consequence that the k factors within a shorter period of time change less, d. H. are more stable and therefore can be determined more easily.
Als Referenzsensor kann auch ein wesentlich schlechte rer Sensor dienen als der Meßsensor. Da das Rauschen des Referenzsensors nur bei wenigen Frequenzen hinzu kommt, kann trotzdem ein erheblicher Vorteil gegenüber der Messung allein mit dem Meßsensor bestehen.A significantly bad reference sensor can also be used rer sensor serve as the measuring sensor. Because the noise of the reference sensor only at a few frequencies comes, can still be a significant advantage over the measurement consist only with the measuring sensor.
Falls der Meßsensor nur das Meßsignal aufnimmt, so
bleibt die Information des Meßsignals schon durch die
einfache Rechnung m(f)=a(f)-k(f).b(f) erhalten, da le
diglich die Störung subtrahiert wird. Falls die Refe
renzsensoren aber auch einen Teil des Meßsignals sehen,
so ist ein zweiter k-Faktor k'(f) nötig, der gerade das
Verhältnis des Meßsignals im Meßsensor zum Meßsignal im
Referenzsensor darstellt. Falls dieser bekannt ist, so
liefert eine genaue Rechnung:
If the measuring sensor only picks up the measuring signal, the information of the measuring signal is retained by simple calculation m (f) = a (f) -k (f) .b (f), since the interference is only subtracted. If the reference sensors also see part of the measurement signal, a second k-factor k '(f) is necessary, which represents the ratio of the measurement signal in the measurement sensor to the measurement signal in the reference sensor. If this is known, an exact calculation will be provided:
Dies ist dann wieder der korrekte Anteil des Meßsignals im unteren Sensor. Falls mehrere Referenzsensoren vor handen sind, benutzt man für diese Rechnung denjenigen, dessen k und k'-Faktoren am besten bekannt sind bzw. am kleinsten sind, da dann auch ein entsprechend kleinerer Anteil des Rauschens hinzukommt (dies können für ver schiedene Frequenzen auch unterschiedliche Sensoren sein!).This is then the correct proportion of the measurement signal in the lower sensor. If there are several reference sensors are used, one uses for this calculation those whose k and k 'factors are best known and on are smallest, since then a correspondingly smaller one Share of noise is added (this can be for ver different frequencies also different sensors be!).
Ein großes Problem bei der Bestimmung von frequenzab hängigen k-Faktoren ist die Tatsache, daß man, um eine ausreichende Genauigkeit der Faktoren zu erhalten, über mehrere Fouriertransformationen (Zeitfenster) mitteln muß und selbst die 50Hz-Netzstörung nicht phasensyn chron zu den einzelnen Zeitfenstern ist. Mittelt man nun die komplexen Fourieramplituden über die verschie denen Zeitfenster, so mitteln sich alle Frequenzen, die keine feste Phase haben, zu Null. Eine einfache Mitte lung führt also zu der Notwendigkeit, die Phasen vorher zu korrigieren. Gerade dies ist aber nur schwer zu rea lisieren und führt meist dazu, daß nicht alle Störungen erkannt werden.A big problem in determining frequency ab pending k factors is the fact that one can order one to get sufficient accuracy of the factors about average several Fourier transformations (time window) must and not even the 50 Hz mains interference phase sync is chronological to the individual time slots. You mediate now the complex Fourier amplitudes over the different those time slots, all frequencies are averaged have no fixed phase, zero. A simple middle So lung leads to the need to advance the phases to correct. However, this is difficult to react to lize and usually leads to the fact that not all disorders be recognized.
Der neue Ansatz besteht nun darin, nur auf Informatio
nen zurückzugreifen, die von der absoluten Phase der
Sensorensignale unabhängig sind, um das Verhältnis der
Frequenzanteile zu bestimmen, die in den Sensoren pha
senkorreliert auftreten. Die Information über die rela
tiven Phasen bleibt dabei erhalten. Hierzu bildet man
von den komplexen Amplituden Produkte und mittelt dann
diese Produkte. Sei ax der Realteil und ay der Imagi
närteil des komplexen Amplitudenvektors des Referenz
sensors A bei einer beliebigen Frequenz f und bx, by
die entsprechenden des Meßsensors B:
The new approach now consists in using only information that is independent of the absolute phase of the sensor signals in order to determine the ratio of the frequency components that occur pha-correlated in the sensors. The information about the relative phases is retained. To do this, products are formed from the complex amplitudes and then these products are averaged. Let ax be the real part and ay the imaginary part of the complex amplitude vector of the reference sensor A at any frequency f and bx, by the corresponding one of the measuring sensor B:
ax.ax, ay.ay, bx.bx, by.by ax.by, ay.bx, ax.bx, ay.byax.ax, ay.ay, bx.bx, by.by ax.by, ay.bx, ax.bx, ay.by
Sei nun
Now be
a2: = ax.ax+ay.ay
a 2 : = ax.ax + ay.ay
b2: = bx.bx+by.by
b 2 : = bx.bx + by.by
axb: = ax.by-ay.bx
axb: = ax.by-ay.bx
a.b: = ax.bx+ay.bya.b: = ax.bx + ay.by
Hierbei stellen die Produkte Korrelationen zwischen
Fourier-Spektren dar und sind als gemittelt anzusehen.
Diese lassen sich aus den einzelnen Fouriertransfor
mierten leicht berechnen. a2 bezeichnet das Betragsqua
drat der komplexen Zahl a. Hierbei ist a.b gerade die
Projektion der Signale aufeinander und stellt somit den
gemeinsamen Störsignalanteil dar, der in Phase auftritt
(unabhängig von der absoluten Phase der Sensoren, da
hier nur die Phasendifferenz eingeht!). Während a.b den
Störsignalanteil darstellt, der in beiden Sensoren ge
rade um 90 Grad phasenverschoben ist. Sei nun:
The products represent correlations between Fourier spectra and are to be regarded as averaged. These can be easily calculated from the individual Fourier transforms. a 2 denotes the amount square of the complex number a. Here, the projection of the signals onto each other is just now and thus represents the common interference signal component that occurs in phase (regardless of the absolute phase of the sensors, since only the phase difference is important here!). While from represents the interfering signal component, which is just 90 degrees out of phase in both sensors. Now be:
a.b: = a.b-i a.b.a.b: = a.b-i a.b.
Falls kein Meßsignal anliegt, so ist a2 bestimmt durch
die Addition der Betragsquadrate von externer Störung
aSt und intrinsischem Rauschen ar. Dasselbe gilt für
b2. Es treten keine gemischten Terme auf, weil Rau
schen zu allen Signalen unkorreliert ist, so daß sich
entsprechende Produkte zu Null mitteln:
If there is no measurement signal, a 2 is determined by adding the squares of the amounts of external disturbance a St and intrinsic noise ar. The same applies to b 2 . There are no mixed terms because noise is uncorrelated to all signals, so that corresponding products are averaged to zero:
a2 = aSt 2 + ar 2
a 2 = a St 2 + a r 2
b2 = bst 2 + br 2
b 2 = b st 2 + b r 2
wobei kb = (ast.bst)/bst 2 where k b = (a st .b st ) / b st 2
Man hat also 4 Unbekannte. Um diese eindeutig zu be
stimmen, sind 4 Bekannte nötig. Nun könnte man glauben,
daß a2, b2, a.b und a.b auch vier Werte liefern. Dem ist
aber nicht so! Da man es mit komplexen Amplituden zu
tun hat, sind die letzten beiden Werte in Wirklichkeit
nur ein komplexer Wert, mit dem sich die Phase des kom
plexen k-Faktors bestimmen läßt (in erster Näherung ist
der k-Faktor allerdings immer reell!)
So you have 4 unknowns. In order to clearly determine these, 4 acquaintances are necessary. Now one might believe that a 2 , b 2 , from time to time also supply four values. But this is not the case! Since you are dealing with complex amplitudes, the last two values are in reality only a complex value with which the phase of the complex k-factor can be determined (in a first approximation, however, the k-factor is always real!)
a.b = a.b-i a.b.a.b = a.b-i a.b.
Der Winkel dieser komplexen Zahl entspricht gerade der
Phasenverschiebung der Störung zwischen den gemessenen
Zeitreihen der beiden Sensoren. Die dritte Gleichung
lautet dann:
The angle of this complex number corresponds exactly to the phase shift of the disturbance between the measured time series of the two sensors. The third equation is then:
|a.b|2 = ast 2.bst 2.| ab | 2 = a st 2 .b st 2 .
Man muß also im Falle von einem Referenzsensor eine zu sätzliche Annahme machen, um das Gleichungssystem ein deutig zu machen, z. B. daß das Rauschverhältnis von Meß- zu Referenzsensor bekannt ist (das absolute Rau schen eines Sensors hängt auch noch vom aktuell anlie genden Magnetfeld ab!). Dann kann man die Gleichungs systeme lösen und das Rauschen der Sensoren ebenso wie den Anteil der Störungen in beiden Sensoren (und somit ihr Verhältnis, welches gerade der gesuchte k-Faktor ist) bestimmen.So you have to in the case of a reference sensor make additional assumption to the equation system to make clear, e.g. B. that the noise ratio of Measuring to reference sensor is known (the absolute Rau sensor also depends on the current condition magnetic field!). Then you can use the equation systems and the noise of the sensors as well the proportion of disturbances in both sensors (and thus their ratio, which is just the k factor you are looking for is) determine.
Zur eindeutigen Bestimmung aller Größen ist für den
Fall keines anliegenden Meßsignals ein zweiter Refe
renzsensor nötig, welcher wieder zwei neue Unbekannte
mit sich bringt (Rauschen und Störung), aber drei neue
Produkte liefert: c2, c.a und c.b. In diesem Fall er
hält man das folgende Gleichungssystem mit 6 Unbekann
ten:
For the unambiguous determination of all quantities, a second reference sensor is necessary for the case of no measuring signal present, which again brings with it two new unknowns (noise and interference), but supplies three new products: c 2 , ca and cb In this case it is obtained the following system of equations with 6 unknowns:
a2 = aSt 2 + ar 2
a 2 = a St 2 + a r 2
b2 = bst 2 + br 2
b 2 = b st 2 + b r 2
c2 = cst 2 + cr 2
c 2 = c st 2 + c r 2
|a.b|2 = ast 2.bst 2
| ab | 2 = a st 2 .b st 2
|a.c|2 = ast 2.cst 2
| ac | 2 = a st 2 .c st 2
|c.b|2 = cst 2.bst 2 | cb | 2 = c st 2 .b st 2
Als Lösung ergibt sich für das Rauschen:
The solution to the noise is:
ar 2 = a2-[|a.b|.|c.a|]/|c.b|
a r 2 = a 2 - [| ab |. | ca |] / | cb |
br 2 = b2-[|a.b|.|c.b|]/|a.c|
b r 2 = b 2 - [| ab |. | cb |] / | ac |
cr 2 = c2-[|a.c|.|c.b|]/|a.b|c r 2 = c 2 - [| ac |. | cb |] / | ab |
Falls B und C die Referenzsensoren darstellen, so er
hält man folgende k-Faktoren:
If B and C are the reference sensors, the following k-factors are kept:
kb: = (ast.bst)/bst 2 = a.c/b.c
k b : = (a st .b st ) / b st 2 = ac / bc
und
and
kc: = (ast.cst)/cst 2= a.b/c.bk c : = (a st .c st ) / c st 2 = ab / cb
Da in diesem Falle davon ausgegangen wird, daß die Sen soren kein Meßsignal sehen, ist eine derartige Bestim mung der k-Faktoren nur vor der eigentlichen Messung möglich, wenn kein Meßsignal anliegt. Oder man steckt einige Größen als bekannt in die Rechnung hinein. Wenn man nun durch eine Referenzmessung ohne Meßsignal die Verhältnisse der Rauschamplituden frequenzabhängig be stimmt hat und einer der Referenzsensoren genügend we nig von dem Meßsignal mitbekommt, ist wieder alles ein deutig während der eigentlichen Messung bestimmbar, und die k-Faktoren können online errechnet werden. Beson ders geeignet ist die Anordnung mit 2 Referenzsensoren für reine Rauschmessungen zur Bestimmung des Rauschan teils in allen drei Sensoren.Since it is assumed in this case that the Sen sensors see no measurement signal is such a determin measurement of the k-factors only before the actual measurement possible if there is no measurement signal. Or you're stuck some sizes as known into the calculation. If the reference measurement without a measurement signal Ratios of the noise amplitudes depending on frequency is correct and one of the reference sensors is sufficient Not aware of the measurement signal, everything is on again clearly identifiable during the actual measurement, and the k factors can be calculated online. Especially the arrangement with 2 reference sensors is also suitable for pure noise measurements to determine the noise partly in all three sensors.
Falls gleichzeitig auch Meßsignal (aM, bM, cM, . . .) an
den Sensoren anliegt, so kommen entsprechend viele Un
bekannte hinzu. Um nun eindeutig alle Unbekannten be
stimmen zu können, sind 4 Referenzsensoren nötig
(insgesamt also 15 Unbekannte und jeder Sensor liefert
das Betragsquadrat (5) und die Produkte mit den übrigen
Sensoren (10)). Der Vorteil ist nun, daß online wäh
rend der Messung alle nötigen Größen zur Verfügung ste
hen. Es ergibt sich folgendes Gleichungssystem (Störung
und Meßsignal sind zueinander ebenfalls unkorreliert,
so daß sich Mischprodukte zu Null mitteln):
If measurement signals (a M , b M , c M ,...) Are also present at the sensors at the same time, a correspondingly large number of unknowns are added. In order to be able to clearly determine all unknowns, 4 reference sensors are required (a total of 15 unknowns and each sensor supplies the square of the amount ( 5 ) and the products with the other sensors ( 10 )). The advantage is now that all necessary sizes are available online during the measurement. The following system of equations results (disturbance and measurement signal are also uncorrelated with each other, so that mixed products average to zero):
a2= aSt 2 + aM 2 + ar 2
a 2 = a St 2 + a M 2 + a r 2
b2 = bst 2 + bM 2 + br 2
b 2 = b st 2 + b M 2 + b r 2
c2 = cst 2 + cM 2 + cr 2
c 2 = c st 2 + c M 2 + c r 2
d2 = dSt 2 + dM 2 + dr 2
d 2 = d St 2 + d M 2 + d r 2
e2 = est 2 + eM 2 + er 2
e 2 = e st 2 + e M 2 + e r 2
a.b = ast.bst + aM.bM
ab = a st .b st + a M .b M
a.c = ast.cst + aM.cM
ac = a st .c st + a M .c M
a.d = ast.dst + aM.dM
ad = a st .d st + a M .d M
a.e = ast.est + aM.eM
ae = a st .e st + a M .e M
b.c = bst.cst + bM.cM
bc = b st .c st + b M .c M
b.d = bst.dst + bM.dM
bd = b st .d st + b M .d M
b.e = bst.est + bM.eM
be = b st .e st + b M .e M
c.d = cst.dst + cM.dM
cd = c st .d st + c M .d M
c.e = cst.est + cM.eM
ce = c st .e st + c M .e M
d.e = dst.est + dM.eM de = d st .e st + d M .e M
Hierbei ist zu beachten, daß dieses Gleichungssystem nicht zwischen aSt und aM unterscheiden kann. Es ist lediglich bekannt, daß es sich um zwei verschiedene nicht miteinander korrelierte Signale handelt. Eine rechnerische Verwechslung von aSt und aM ist daher nicht ausgeschlossen. Um eine Unterscheidung treffen zu können, berechnet man die entsprechenden k-Faktoren und entscheidet nun durch Vergleich der beiden k-Faktoren, welche Größe welchem Signal entspricht. An dieser Stelle muß man dann z. B. die Annahme machen, daß kM we sentlich größer ist als kSt, da die Meßsignalquelle sich meist wesentlich näher an den Sensoren befindet als die Störquellen. It should be noted here that this system of equations cannot differentiate between a St and a M. It is only known that there are two different signals that are not correlated with one another. A mathematical confusion of a St and a M is therefore not excluded. In order to be able to make a distinction, one calculates the corresponding k factors and then decides which size corresponds to which signal by comparing the two k factors. At this point you have to z. B. make the assumption that k M is significantly larger than k St , since the measurement signal source is usually much closer to the sensors than the interference sources.
Mit entsprechenden Vereinfachungen und Abschätzungen kann auch schon mit nur einem Referenzsensor gearbeitet werden. Für diesen Fall haben wir die Überlegenheit dieses Verfahren gegenüber herkömmlichen Gradientenver fahren an einer Messung des biomagnetischen Signals des menschlichen Herzens in unserer Abschirmkammer demon striert.With corresponding simplifications and estimates can also work with just one reference sensor become. In this case we have the superiority this method compared to conventional gradient ver drive on a measurement of the biomagnetic signal of the human heart in our shielding chamber demon strictly.
Messung von Zeitreihen zur Bestimmung der k-Faktoren mit einem Meßsensor und einem oder mehreren Referenz sensoren.Measurement of time series to determine the k factors with a measuring sensor and one or more reference sensors.
Konvertierung der Zeitreihen in zeitabhängige Frequenz darstellungen.Conversion of the time series into time-dependent frequency representations.
Produktbildung (phasenunabhängig!) der komplexen Ampli tuden und Mittelung über die Zeit.Product formation (phase independent!) Of the complex ampli and averaging over time.
Mit Hilfe dieser Produkte lassen sich aus den vorge stellten Gleichungssystemen die frequenzabhängigen k-Faktoren und Rauschamplituden der Sensoren bestimmen.With the help of these products from the pre put the frequency-dependent equation systems Determine k factors and noise amplitudes of the sensors.
Alle k-Faktoren, die eine gewisse Unsicherheitsgrenze überschreiten, werden auf Null gesetzt.All k factors that have a certain uncertainty limit exceed are set to zero.
Korrektur der auszuwertenden Zeitreihe mit Hilfe der berechneten k-Faktoren. Die auszuwertende Zeitreihe sollte mit der Zeitreihe übereinstimmen, die für die k-Faktor-Berechnung verwendet wurde. Hierzu werden die Zeitreihen in zeitabhängige Frequenzdarstellungen kon vertiert, im Frequenzraum die Korrektur vorgenommen und die korrigierte Darstellung zurück in die Zeitreihe konvertiert.Correction of the time series to be evaluated using the calculated k factors. The time series to be evaluated should match the time series for which k-factor calculation was used. For this, the Time series in time-dependent frequency representations con vertiert, made the correction in the frequency domain and the corrected representation back in the time series converted.
Mitteln der korrigierten Meßsignalzeitreihe über das periodische Meßsignal, bis das gewünschte Signal-zu- Rauschverhältnis erreicht ist.Averaging the corrected measurement signal time series over the periodic measurement signal until the desired signal Noise ratio is reached.
Nachträgliche Rauschunterdrückung.Subsequent noise reduction.
Die Erfindung ist im weiteren an Hand von Figuren und Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:The invention is further based on figures and Embodiment explained in more detail. It shows:
Fig. 1 berechnete frequenzabhängige k-Faktoren; Fig. 1 calculated frequency-dependent k factors;
Fig. 2 Zeitreihe des Gradiometersignals sowie fre quenzabhängig korrigiertes Gradiometersignal; Fig. 2 time series of the gradiometer signal and fre frequency-corrected gradiometer signal;
Fig. 3 Fouriertransformierte zum Signal gemäß Fig. 2; Fig. 3 Fourier transform to the signal of FIG. 2;
Fig. 4 Vergleich der Fouriertransformierten des er findungsgemäßen Gradiometers zum Magnetome ter (den unteren Sensor entsprechend) Fig. 4 Comparison of the Fourier transform of he inventive gradiometer ter for Magnetome (corresponding to the lower sensor)
Allgemein bieten die erfindungsgemäße Vorrichtung und
das erfindungsgemäße Verfahren Vorteile bei der Messung
kleinster Signale, z. B.:
biomagnetische Messungen mit und ohne zusätzliche Ab
schirmung.In general, the device according to the invention and the method according to the invention offer advantages when measuring the smallest signals, e.g. B .:
biomagnetic measurements with and without additional shielding.
Messungen in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung.Measurements in non-destructive material testing.
Messungen geomagnetischer Felder.Measurements of geomagnetic fields.
Messung kleinster Signale in der Akkustik oder Telekom munikation.Measurement of the smallest signals in acoustics or telecommunications communication.
Hat man nur einen Referenzsensor, so stehen während der
Messung nur 3 Größen zur Verfügung, um eigentlich 6
Größen zu bestimmen: Signalanteil, Störung und Rauschen
in beiden Kanälen. Daher sind zusätzliche Annahmen nö
tig, um eine eindeutige Lösung zu erhalten. Es wurden
folgende Abschätzungen getroffen:
Das Rauschverhältnis w der Sensoren sei frequenzunab
hängig und bekannt. (Könnte auch durch eine spezielle
Referenzmessung mit einem 3. Sensor vor der eigentli
chen Messung frequenzabhängig bestimmt werden).If you only have one reference sensor, only 3 variables are available during the measurement to actually determine 6 variables: signal component, interference and noise in both channels. Additional assumptions are therefore necessary to obtain a clear solution. The following estimates were made:
The noise ratio w of the sensors is frequency-independent and known. (Could also be determined depending on the frequency by a special reference measurement with a 3rd sensor before the actual measurement).
Der k'-Faktor des Meßsignals sei ebenfalls frequenz unabhängig und bekannt. (Könnte ebenfalls vorher be stimmt werden. In unserem Falle ist der Meßsignalanteil im oberen Sensor sehr klein, so daß diesem Faktor keine große Bedeutung zukommt).The k 'factor of the measurement signal is also frequency independent and known. (Could also be beforehand be true. In our case, the measurement signal component in the upper sensor very small, so this factor is none of great importance).
Der Meßsignalanteil im oberen Sensor ist wesentlich kleiner als der Störanteil.The measurement signal component in the upper sensor is essential less than the interference component.
Die Meßsignale sind nicht zueinander phasenverschoben.The measurement signals are not out of phase with each other.
Mit diesen Annahmen erhält man als Rauschamplitude ar 2
With these assumptions one obtains the noise amplitude a r 2
Für die k-Faktoren der Störungen ergibt sich:
For the k-factors of the disturbances:
Dies läßt sich aus (a.b)/(b2-br 2) leicht herleiten.This can easily be deduced from (ab) / (b 2 -b r 2 ).
Falls k' wesentlich größer als k (Referenz-sensor sieht
nahezu kein Meßsignal) ergibt sich die einfachere For
mel:
If k 'is significantly larger than k (reference sensor sees almost no measurement signal), the simpler formula results:
k = (a.b)/(b2-br 2)k = (ab) / (b 2 -b r 2 )
In diesem Fall ergeben sich k-Werte, die bis auf 1% Ge nauigkeit auch durch die einfachere Formel berechnet werden können, so daß sich die korrigierten Zeitreihen praktisch nicht voneinander unterscheiden. In this case, there are k values that are up to 1% Ge accuracy is also calculated using the simpler formula can be, so that the corrected time series practically no differentiate from each other.
Für den Fall nur eines Referenzsensors wurden unter der Annahme eines bekannten Rauschverhältnisses beider Sen soren entsprechende Messungen in abgeschirmter Umgebung bearbeitet. Dabei zeigten sich keine signifikanten Un terschiede im Ergebnis, wenn man das Rauschverhältnis zwischen 0.5 und 2.0 variierte. In Fig. 1 sind die an der Meßreihe bestimmten k-Faktoren zu sehen, wobei für die Frequenzen bis 10 Hz per Hand der Wert von 50 Hz übernommen wurde. Dies geschah, um langsame dynamische Störungen, die sonst einen erheblichen Offset produzie ren, zu eliminieren. Bei den restlichen Frequenzen wurden nur solche verwendet, deren k-Wert genauer als 3% bestimmbar waren. Dies ist auch die Abweichung, die die 50 Hz-Netzstörung im Laufe von 2 Stunden aufweist (in einer Messung von 1 min ist der k-Faktor von 50 Hz auf 0.5% genau bestimmbar!). In abgeschirmter Umgebung sind die erkennbaren Störungen bei 50 Hz und Oberwellen (100 Hz und 150 Hz) . Wie in Fig. 2 zu erkennen, ist die absolute Rauschamplitude in der korrigierten Zeit reihe wesentlich geringer als bei Verwendung eines fe sten k-Faktors. Dies liegt daran, daß nur wenige Fre quenzen korrigiert wurden.In the case of only one reference sensor, corresponding measurements in a shielded environment were processed under the assumption of a known noise ratio of both sensors. There were no significant differences in the result when the noise ratio was varied between 0.5 and 2.0. In Fig. 1, the specific measurement sequence on the k-factors are to be seen, which has been adopted for frequencies up to 10 Hz by hand, the value of 50 Hz. This was done to eliminate slow dynamic disturbances that would otherwise produce a significant offset. For the remaining frequencies, only those were used whose k-value could be determined more than 3%. This is also the deviation that the 50 Hz mains disturbance shows in the course of 2 hours (in a measurement of 1 min, the k-factor can be determined from 50 Hz to 0.5%!). In a shielded environment, the detectable disturbances are at 50 Hz and harmonics (100 Hz and 150 Hz). As can be seen in Fig. 2, the absolute noise amplitude in the corrected time series is significantly lower than when using a fe most k-factor. This is because only a few frequencies have been corrected.
Dies bestätigt sich noch einmal in der Fouriertransfor mierten beider Signale in Fig. 3. Fig. 4 zeigt zum Vergleich die Fouriertransformierte des Meßsensors, bei der deutlich die 50 Hz-Störung samt Oberwellen zu er kennen ist, wobei gleichzeitig aber auch der geringere Rauschanteil zu beobachten ist (ähnlich der korrigier ten Messung!).This is confirmed once again in the Fourier transform of both signals in Fig. 3. Fig. 4 shows for comparison the Fourier transform of the measuring sensor, in which the 50 Hz disturbance including harmonics can be clearly seen, but at the same time the lower noise component increases is observed (similar to the corrected measurement!).
Claims (10)
sowie wenigstens einen weiteren Sensor (RS), der so angeordnet ist, daß das Verhältnis der Meßsignale des ersten Sensors (MS) zu den Meßsignalen des weiteren Sensors (RS) sich unterscheidet vom Verhältnis der nicht von der Quelle herrührenden umgebenden Störun gen, und
Mittel zur zeitabhängigen Frequenzdarstellung aus ei ner Zeitreihe in einem definierten Zeitraum aufgenom mener Signale der Sensoren (MS, RS), sowie
Mittel, die eine Umwandlung der zeitabhängigen Fre quenzdarstellung gemessener Signale in ein um die Störanteile bereinigtes Quellsignal liefert.1. Device for recording and further processing of signals, in which a measuring sensor (MS) is provided for recording the signals,
and at least one further sensor (RS) which is arranged such that the ratio of the measurement signals of the first sensor (MS) to the measurement signals of the further sensor (RS) differs from the ratio of the ambient interference not originating from the source, and
Means for time-dependent frequency display from a time series in a defined period of time recorded signals from the sensors (MS, RS), and
Means that provides a conversion of the time-dependent frequency representation of measured signals into a source signal adjusted for the interference components.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997133920 DE19733920A1 (en) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | Device for suppressing interference signals with frequency-dependent adaptation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997133920 DE19733920A1 (en) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | Device for suppressing interference signals with frequency-dependent adaptation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19733920A1 true DE19733920A1 (en) | 1999-02-25 |
Family
ID=7838089
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997133920 Withdrawn DE19733920A1 (en) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | Device for suppressing interference signals with frequency-dependent adaptation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19733920A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10336977B4 (en) * | 2002-09-09 | 2005-08-04 | Ford Global Technologies, LLC (n.d.Ges.d. Staates Delaware), Dearborn | Compensation circuit for eliminating audio noise on an automotive sensor and compensation method |
DE102006041867A1 (en) * | 2006-09-06 | 2008-03-27 | Siemens Ag | Method and device for monitoring the noise of a sensor |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3139312A1 (en) * | 1980-12-16 | 1982-08-05 | Econics Corp., Sunnyvale, Calif. | NOISE FILTER METHOD FOR A COMBUSTION GAS ANALYZER AND APPARATUS APPARATUS FOR THIS METHOD |
DE3129308A1 (en) * | 1981-07-24 | 1983-02-10 | Hoke, Manfried, Prof. Dr., 4400 Münster | Method and device for automatically evaluating measurement values with superimposed noise |
EP0481211A2 (en) * | 1990-10-09 | 1992-04-22 | International Business Machines Corporation | Gradiometer having a magnetometer which cancels background magnetic field from other magnetometers |
DE4137644A1 (en) * | 1991-11-15 | 1993-05-27 | Zentralinstitut Fuer Kernforsc | Approximate determination of useful signal from noise affected measurement values - dividing successively gathered signals in two, forming mean values and deriving weighting function |
EP0560621A2 (en) * | 1992-03-13 | 1993-09-15 | General Electric Company | System and method for noiseless measurement of a biomagnetic field |
DE4434318A1 (en) * | 1994-09-26 | 1996-03-28 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Determining and processing measuring values esp. for processing sensor signals |
-
1997
- 1997-08-06 DE DE1997133920 patent/DE19733920A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3139312A1 (en) * | 1980-12-16 | 1982-08-05 | Econics Corp., Sunnyvale, Calif. | NOISE FILTER METHOD FOR A COMBUSTION GAS ANALYZER AND APPARATUS APPARATUS FOR THIS METHOD |
DE3129308A1 (en) * | 1981-07-24 | 1983-02-10 | Hoke, Manfried, Prof. Dr., 4400 Münster | Method and device for automatically evaluating measurement values with superimposed noise |
EP0481211A2 (en) * | 1990-10-09 | 1992-04-22 | International Business Machines Corporation | Gradiometer having a magnetometer which cancels background magnetic field from other magnetometers |
DE4137644A1 (en) * | 1991-11-15 | 1993-05-27 | Zentralinstitut Fuer Kernforsc | Approximate determination of useful signal from noise affected measurement values - dividing successively gathered signals in two, forming mean values and deriving weighting function |
EP0560621A2 (en) * | 1992-03-13 | 1993-09-15 | General Electric Company | System and method for noiseless measurement of a biomagnetic field |
DE4434318A1 (en) * | 1994-09-26 | 1996-03-28 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Determining and processing measuring values esp. for processing sensor signals |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
DE-Buch: PROFOS, P., (Hrsg.): Handbuch der Industriellen Meßtechnik, Essen, Vulkan-Verlag Dr. W. Classen Nachf. GmbH & Co. KG, 1978, S. 48-60, 81-92, 168-200 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10336977B4 (en) * | 2002-09-09 | 2005-08-04 | Ford Global Technologies, LLC (n.d.Ges.d. Staates Delaware), Dearborn | Compensation circuit for eliminating audio noise on an automotive sensor and compensation method |
DE102006041867A1 (en) * | 2006-09-06 | 2008-03-27 | Siemens Ag | Method and device for monitoring the noise of a sensor |
DE102006041867B4 (en) * | 2006-09-06 | 2008-12-04 | Continental Automotive Gmbh | Method and device for monitoring the noise of a sensor |
US8731855B2 (en) | 2006-09-06 | 2014-05-20 | Continental Automotive Gmbh | Method and device for monitoring the noise from a sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0088970B1 (en) | Nmr measuring method for application to nmr tomography | |
DE102015214071B3 (en) | MPI process | |
EP0710849A2 (en) | Method to determine spatial field distribution | |
DE19648834A1 (en) | Method for operating and evaluating signals from an eddy current probe and device for carrying out the method | |
EP0443069A1 (en) | Method of measuring the electric or magnetic field pattern with a sensor arrangement | |
DE102015220092B3 (en) | Method for determining a spatial assignment or spatial distribution of magnetic particles | |
DE2726370C2 (en) | Measuring method and measuring device for determining the homogeneity of magnetic dispersions | |
DE4424842C1 (en) | Compensation of interference fields in NMR measurements in the earth's magnetic field | |
EP0522191A1 (en) | Method and apparatus for compensating field disturbances in magnetic fields | |
DE3728797C2 (en) | ||
DE2755091A1 (en) | MEASURING METHODS FOR MAGNETIC NUCLEAR RESONANCE | |
DE19733920A1 (en) | Device for suppressing interference signals with frequency-dependent adaptation | |
EP0152523A2 (en) | Method of localizing signal sources with interference suppression | |
DE3229824A1 (en) | DEVICE FOR PLAYING BACK INFORMATION IN A TRACK OF A MAGNETIC RECORDING CARRIER | |
EP3736580B1 (en) | Detection of a dc component in an inductive device | |
DE4116527A1 (en) | Large vol. reduction appts. for magnetic fields, pref. of low frequency - measures magnitude, direction and time variation of field and generates compensating field accordingly | |
DE3215182C2 (en) | Method and device for operating an electrostatically acting thread runner | |
DE3726932C2 (en) | ||
DE3604514C2 (en) | ||
DE102018204311B3 (en) | Method for magnetic particle imaging with improved measurement dynamics | |
DE102009050618B4 (en) | Measuring method, measuring device and computer program for determining a fault-free measuring signal | |
DE2129421B2 (en) | Circuit arrangement for improving the signal-to-noise ratio of signals received by several antennas | |
DE1549648A1 (en) | Method and circuit arrangement for assembling two AC voltage analog signals | |
DE3229811A1 (en) | METHOD FOR WRITING OR REPRODUCTION OF STEREOPHONIC INFORMATION IN A MAGNETIC RECORDING CARRIER, DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD, MAGNETIC RECORDING CARRIER AND AMPLIFIER CIRCUIT FOR USE IN A DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD | |
WO2024052086A1 (en) | Device for detecting magnetic signals generated by a beating heart |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection | ||
8170 | Reinstatement of the former position | ||
8130 | Withdrawal |