Korrelationsverfahren zur Messung kleiner Signale - Meeresphysik

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Korrelationsverfahren zur Messung kleiner Signale - Meeresphysik

Korrelationsverfahren

• Brummeinstreuung durch das Stromnetz, die zu Peaks bei 50 Hz und Vielfachen

hiervon führen.

I

Brummen

1/f

weisses Rauschen

50 100 150 200 250 f / Hz

Abb. 1: Ein typisches Spektrum der elektrischen Rauschleistungsdichte am

Ausgang eines Photomultipliers.

Es ist sehr lehrreich, sich in Lehrbüchern der elektronischen Messtechnik über

die verschiedenen Ursachen und Auswirkungen von Rauschen zu informieren.

Für unser Messproblem der Erfassung von Fluoreszenzerscheinungen an Wasser

ist nun folgendes wesentlich: die Probe wird mit einem Dauerstrichlaser bestrahlt,

und die erzeugte Fluoreszenz ist damit zeitlich konstant; wenn man die

Fluoreszenz mit Hilfe eines Spektrographen als optisches Wellenlängenspektrum

darstellt, ist das Signal bei der Abtastung des Spektrums von kleinen zu großen

Wellenlängen fortschreitend zeitlich langsam veränderlich. Daher wäre zu erwarten,

dass das Signal durch eine einfache Tiefpassfilterung, dessen Zeitkonstante

kleiner als die langsame Veränderlichkeit des Signals ist, von höherfrequenten

Rauschkomponenten wirkungsvoll befreit werden kann.

Der Messvorgang liegt dann jedoch in einem Frequenzbereich, in dem Rauschkomponenten

- insbesondere das 1/f - Rauschen - besonders hoch sind (Abb. 1).

Das Signal/Rausch-Verhältnis (signal-to-noise ratio)

S/N = Mittelwert des Signals / Effektivwert des Rauschens

wird also ungünstige Werte annehmen, was den Nachweis der Fluoreszenz erschwert.

Günstiger ist es, die Messung in einen Frequenzbereich zu verlagern, in dem das

Rauschleistungsspektrum kleine Werte einnimmt. Zu diesem Zweck wird im vorliegenden

Versuch das intensitätskonstante Laserlicht mit Hilfe einer rotierenden

Lochscheibe (Chopper) in ein Signal mit zeitlich rechteckförmigem Intensitätverlauf

zerhackt (moduliert) und die Messung anschließend mit diesem Rechtecksignal

als Trägerfrequenz durchgeführt.

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