Funktionsüberprüfung des Messgeräts

Ansprechverhalten bei Höhenveränderung

Der Druckgradient in der Atmosphäre beträgt ca. 12Pa pro Meter. Bei einer Auflösung von druchschnittlich 0,003Pa sollte man das Anheben um wenige Zentimeter problemlos detektieren können. Im folgenden eine Beispielmessung mit Anheben und Absenken des Geräts um ca. 10cm (+/- 3cm):

Man erkennt, dass beim ersten Anheben das Signal um etwas mehr als 1Pa sinkt. Das passt gut zum Druckunterschied von 1,2Pa bei 10cm. Die Kurve kehrt danach wieder auf die Nulllinie zurückkehrt, da ein minimaler Luftstrom durch den Sensor die Druckdifferenz langsam wieder ausgleicht. So arbeiten alle Mikrobarometer, sonst wären sie bei den üblichen Atmosphärendruckschwankungen von mehreren 1000Pa schnell am Anschlag ihres Messbereichs.

Die unterschiedlichen Höhen der Peaks rühren daher, dass das Anheben und Absenken einfach mit der Hand erfolgte und natürlich nicht immer exakt 10.0cm eingehalten wurden.

Hochpassverhalten und Grenzfrequenz

Diese Druckangleichung wirkt wie ein Hochpass. Das bedeutet, dass langsame Schwingungen gedämpft werden. Die Zeitkonstante des Hochpasses ist ca. 1/4 Sekunde.

Aus der Zeitkonstante kann man die Grenzfrequenz für einen Hochpass 1. Ordnung berechnen. Diese beträgt für das Gerät 4/2*pi = 0,64Hz. Bei dieser Frequenz ist das gemessene Signal um 3dB gedämpft. Zusammen mit der Integrationszeit des Sensors (Zeitkonstante laut Datenblatt bei 14bit Auflösung ca. 16.4-18.5ms, bzw. 8.2-9.4ms bei 13bit) wurde folgende Übertragunsfunktion berechnet:

Übertragungsfunktion

Die höchste Empfindlichkeit weist das Messgerät somit im Frequenzbereich 0,6-27Hz auf. In diesem Bereich beträgt die Dämfpung max. 4dB. Im Bereich 1-14Hz ist die Dämpfung unter 1dB. Da die Messfrequenz normalerweise nur 42.666Hz beträgt, kann es passieren, dass es zu Aliaseffekten kommt, falls es laute hörbare Signale im Frequenzbereich 21-200Hz gibt (vgl. Alias-Effekt).

 

Reproduzierbarkeit verschiedener Messgeräte

Um das Ansprechverhalten unterschiedlicher Messgeräte gegeneinander zu testen, wurden drei Messgeräte in ein Plastikbox platziert. Die folgende Grafik zeigt einen Auschnitt aus der Zeitreihe des Drucksignals.

Drucksignal von drei MessgerätenDie zeitliche Verschiebung der Signale ist nur scheinbar und ist darin begründet, dass der Startzeitpunkt der Messung nur mit Sekundengenauigkeit gespeichert wird. Alle drei Messgeräte zeigen auch quantitativ ein gleiches Signal. Das starke Signal ab Sekunde 29 wurde durch leichte Bewegung einer Zwischentüre in 6m Abstand generiert.

Wertet man den Abschnitt mit der Türbewegung aus erkennt man eine Signalamplitude von ca. 1.2Pa oder 0.85Pa Effektivwert (RMS). Dies entspricht einem dB Wert von 92.6. Die quatitative Analyse mit dem infrasonic-R-Paket (vgl. Umwandlung von der Zeit- in die Frequenzdomäne) liefert Terzwerte von 92.5dB (Messgerät 1), 91,5dB (Messgerät 2) und 91,6dB (Messgerät 3).

 

 

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