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Signalmittelung über die Zeit

Author: Hans Lohninger

Die Mittelwertsbildung über die Zeit (engl. time averaging) ist eine einfache und effiziente Methode für die Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses (S/N-Verhältnis). Diese Methode kann auf alle Situationen angewendet werden, wo das Signal über mehrere hundert Messzyklen stabil ist. Das Signal wird wiederholt registriert und summiert. Weil Rauschen auf eine zufällige Art zum Gesamtsignal beiträgt, während das eigentliche, im Rauschen verborgene Nutzsignal immer in der gleichen Richtung Beiträge liefert, wird das Rauschen letztlich ausgelöscht.

Das Rauschen nimmt mit der Quadratwurzel der Anzahl der wiederholten Messungen ab (das S/N-Verhältnis nimmt also entsprechend zu):

Unten sehen Sie ein Signal, das aus einer einzelnen Messung erhalten wurde. Die drei Peak-Gruppen sind in dem rauschenden Hintergrund kaum zu erkennen.

Falls diese Messung 36 Mal wiederholt wird, verbessert sich das Signal-Rausch-Verhältnis um den Faktor 6. Das darunter liegende Signal ist nun klar erkennbar:

Sie können mit dem Zeitmitteln experimentieren, indem Sie auf dieses interaktive Beispiel klicken. Wir zeigen Ihnen ein Beispiel, das sich mit NMR(nuclear magnetic resonance)-Spektroskopie beschäftigt. NMR-Spektroskopie wird dazu verwendet, chemische Strukturen aufzuklären. Sie ist vergleichsweise unsensitiv und braucht "große" Mengen an Proben (im mg-Bereich, das um einen Faktor 1000 bis 1.000.000 höher ist als bei anderen Methoden). Wenn die Substanzmenge zu gering ist, kann man versuchen, die Sensitivität durch Zeitmitteln des Signals zu erhöhen.




Last Update: 2012-10-14