Versuchsprotokoll

Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider

Einleitung

Dieser Artikel beschreibt die förmlichen Erwartungen an die Dokumentation eines Versuchs (Versuchsprotokoll). Ein Versuchsprotokoll ermöglicht es ein durchgeführtes Experiment nachzuvollziehen und zu wiederholen. Das Protokoll muss sachlich formuliert und wie in Tabelle 1 beschrieben formatiert sein.

Tabelle 1: Aufbau eines Versuchsprotokolls

#	Teil	Inhalt
	Deckblatt	Versuch, Praktikum, Gruppe, Autor(en) und Datum
1	Einleitung	Motivation des Versuchs: Warum führt man den Versuch durch? Was ist der Inhalt? Die Einleitung sollte dabei kurz und prägnant sein und die Motivation des Versuches gut wiedergeben. Hier können auch theoretische Grundlagen erläutert werden: Relevante Modelle, Gesetze, Definitionen, Wichtige Formeln (mit Erklärung der Größen), Annahmen und Vereinfachungen.
2	Versuchsaufbau	Beschreibung der verwendeten Geräte und Materialien. Zeigen Sie bspw. Stückliste, Schaltung/Anschlussplan und analysieren Sie ggf. die Schaltung.
3	Versuchsdurchführung	Die Durchführung des Versuches sollte schrittweise, bewertungsfrei, klar, deutlich und reproduzierbar formuliert werden. Dabei sollte Ihren Aufbau auf dem Breadboard mit einem Foto ggf. mit Beschriftung gezeigt werden, die einzelnen Schritte der Durchführung wiedergegeben und die aufzunehmenden Messdaten genannt werden. Dabei sind oft Skizzen/Fotos hilfreicher als viele Worte. Die Durchführung sollte nachher für jedermann nachvollziehbar und verständlich sein.
4	Versuchsbeobachtung	Darstellung der Messwerte ohne Analyse.
5	Auswertung	Im Auswertungsteil sollen die Messungen ausgewertet werden. Wichtig ist auch eine graphische Darstellung der Messwerte/-ergebnisse, sowie eine gute sichtbare Hervorhebung des Endergebnisses.
6	Diskussion	Im Diskussionsteil sollen die gewonnen Ergebnisse aus der Auswertung diskutiert werden. Auch kann man den Versuch hinsichtlich der Ergebnisse bewerten und mögliche Fehlerquellen nennen. Dieser Teil dient somit dem Einordnen der Ergebnisse, sowie konstruktiver Kritik.
7	Lessons Learned	Reflektieren Sie knapp, was Sie im Versuch gelernt haben.

Hinweis: Hier folgt ein Minimalbeispiel für ein Versuchsprotokoll. Bitte dokumentieren Sie ausführlicher und umfassender.

Deckblatt

Autor:	Prof. Ulrich Schneider
Praktikum:	Fachpraktikum Mechatronik, MTR
Gruppe:	MTR 1
Datum:	09.10.2020
Versuch 2:	Rapid-Control-Prototyping mit Arduino: Abstandsmessung mit Sharp IR

1. Einführung

Thema/Fragestellung: Messung der Entfernung mit dem Sensor Sharp GP2-0430K

Hypothese: Die Entfernung lässt sich im Bereich von 4 cm bis 50 cm fehlerfrei messen.

Tabelle 2: Materialliste

#	Anzahl	Material
1	1	PC mit MATLAB/Simulink R2022b
2	1	Sensor Sharp GP2-0430K
3	1	Arduino Uno R3
4	1	Streckbrett
5	5	Jumper Kabel, männlich/männlich, 20 cm

2. Versuchsaufbau

Abb. 1: Schaltplan

Abb. 2: Anschlussplan

Abb. 3: Foto des Versuchsaufbaus

Der Versuchsaufbau wird durch einen Schaltplan (Abb. 1), Anschlussplan (Abb. 2) und Foto des Aufbaus (Abb. 3) mit Beschriftung dokumentiert.

3. Versuchsdurchführung

Abb. 4: Simulink-Modell

Das Modell zur Datenverarbeitung wurde gemäß Abb. 4 in Simulink aufgebaut. Die Messdaten wurden aufgezeichnet. Ein Video der Versuchsdurchführung findet sich hier.

Modelleinstellungen: Arduino Uno, Solver: Fixed-step, discrete, Abtastrate: 0,001 s

4. Versuchsbeobachtung

Abb. 5: Darstellung des Rohsignals des IR-Entfernungssensors (rote Kurve)

Abb. 6: Darstellung von dynamischen Messwerten des IR-Entfernungssensors

Das Signal des Sensors weist neben Rauschen alle 40 ms systematische Ausreisser auf (vgl. Abb. 5, rote Kurve).

5. Auswertung

Die Messhypothese wurde verworfen. Der Sensor weist systematische Messwertausreisser auf.

Die Ausreisser lassen sich mit einem Signalfilter eliminieren. Hierzu eignet sich ein Rangordnungsfilter (z. B. Median-Filter). Das Filter wird hierzu auf eine Fensterbreite von 30 Werten eingestellt. Das zufriedenstellende Filterergebnis für statische Werte zeigt Abb. 5 als blaue Kurve. Es konnte mit dynamische Werten verifiziert werden (vgl. Abb. 6).

6. Diskussion

Das Datenblatt ([2, S. 6]) belegt die Messungen und bezeichnet die Messausreisser als "instabile Ausgabe" für maximal 5 ms alle 40 ms. Mit 50 Werten erhöht sich die Filterwirkung, es entsteht jedoch ein Delay von 10 ms. Mit 10 Werten ist die Filterwirkung zu gering.

7. Lessons Learned

In diesem Praktikum konnte das Arbeiten mit modellbasierter Entwicklung mit Simulink vertieft werden. Die aus der Vorlesung Sensortechnik bekannte Funktion des Abstandssensors konnte in der Praxis umgesetzt werden. Für die Fehlerbehandlung konnte das Median-Filter erfolgreich angewendet werden, welches in der Vorlesung Digitale Signal- und Bildverarbeitung behandelt wurde. Die Umrechnung in cm erfolgte über eine Wertetabelle mit linearer Interpolation. Dieses Verfahren war aus der Messtechnik bekannt.

Nützliche Links

• Studyfix: Versuchsprotokoll

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