Digitální měřící přístroje

Prezentace na téma: "Digitální měřící přístroje"— Transkript prezentace:

1 Digitální měřící přístroje
Známé ze ZFP…  Pozor na rozdíl mezi rozlišením a přesností!!!

2 Digitální měření ve fyzice
Dříve : Převod fyzikální veličiny na elektrickou 2. A/D převod Dnes : Někdy viz Dříve 2. Snímač často součástí integrovaného obvodu 3. Někdy může být čidlo integrované do zpracující i komunikační jednotky (bezdrátová čidla) Příklady integrované snímače zrychlení (vibrací), tlaku (výškoměry), teploty, vlhkosti, magnetických polí (Hallovy sondy od jednotek T až po zemské magnetické pole) ………

3 IO ADXL202/210 Integrované obvody ADXL202 a ADXL210 jsou dvouosé akcelerometry s měřícím rozsahem zrychlení ± 2g v případě ADXL202 a ± 10g v případě ADXL210 a s rozlišením až 5 mg ve frekvenčním pásmu 60Hz.

4 Integrované bezdrátové senzory tlaku Sensonor SP400
Řada integrovaných křemíkových senzorů tlaku pro měření v rozsazích 150 kPa až 2 MPa obsahuje integrovaný vyhodnocovací mikrokontrolér (MCU) i bezdrátové komunikační rozhraní v podobě RF vysílače pro vysílání dat na větší vzdálenosti a LF přijímače pro nastavení / naprogramování součástky. Vysílač podporuje frekvence 315 a 433 MHz s regulací výkonu +5 až +8 dBm pro nastavení optimálního dosahu. Externí anténa se připojuje na k tomu určený RF Tx vývod. Přijímací část je pak nízkofrekvenční s nosnou frekvencí 125 kHz a amplitudovou ASK modulací.

5

6 Digitální měřící přístroje
I v kategorii jednoduchých měřících přístrojů se prosazují modely vybavené připojením na PC.Příkladem na obrázku multimetr fy. METEX 3610D, vybavený rozhraním RS232 (USB). Pro dosažení dobrého oddělení od okolí je rozhraní odděleno pomocí optických vazebních členů. Takto lze například jednoduše automatizovat měření průběhu napětí, teploty aj.

7 Chyby měření digit. přístrojů
1. část vztažená k měřené veličině % … ppm ( parts per milion, 10-6) 2. část vztažená k rozsahu konkrétní jednotky, digity Např. sourcemeter Keithley 2400 U – 20V : programovatelný zdroj 0,02% + 2,4mV měření 0,015% + 1,5mV I – 100uA : programovatelný zdroj 0,03% + 20nA měření 0,025% + 6nA

8 Digitální měřící přístroje „dynamické“
Paměťové osciloskopy Logické analyzátory Spektrální analyzátory

9 Zobrazení elektronických signálů v časové / kmitočtové oblasti
Fourierova transformace signál je zpravidla definován jako funkce času – časová doména - v kmitočtové doméně se signál nazývá spektrum Oba popisy jsou jednoznačné a vzájemně ekvivalentní. Algoritmem pro vzájemný převod je tzv. Fourierova transformace – Fourierův integrál

10 Měření v časové doméně - blokové schéma analogového osciloskopu

11 Měření v časové doméně - blokové schéma digitálního osciloskopu

12 Základní pojmy Další pojmy Synchronizace průběhu analog.osc.
Vícekanálové zobrazení s časovou souvislostí Y-kanál (y) , X-kanál / časová osa Zobrazení periodických/jednorázových dějů (dosvit) Časová základna – auto / norm / jednorázová Spouštění (trigger),úroveň spouštění (trigger level) Triggování do určitého kanálu Synchronizace interní / externí Časová lupa Další pojmy kurzory, možnosti připojení I/O, sondy Maximální délka záznamu < > kapacita paměti Možnosti zpracování signálu – averaging (středování) Synchronizace průběhu analog.osc. Způsob zobrazení digitálního osciloskopu

13 Princip vzorkování signálu

14 „Aliasing“ efekt Zjednodušeně je to vznik signálů s kmitočtem:
fa = fs – f kde f je kmitočet měřeného signálu,fs vzorkovací kmit. Vztah platí, když (fs / 2) < f < fs. Pro rozsah kmitočtů fs < f < (3*fs / 2) platí: fa = f – fs Pro vyšší kmitočty se tento jev opakuje vždy s periodou fs. Tak např. pro vzorkovací kmitočet 1MHz se harmonické signály s kmitočtem 1.1 MHz, 2.1 MHz, 3.1 MHz atd.. zobrazí jako signál s kmitočtem 100 kHz. Pro stejné vzorkování se signály s kmitočtem 600 kHz, 1600 kHz a 2600 kHz zobrazí s kmitočtem 400 kHz.

15 Nejen měřící přístroj,ale i PC

16 SONDY

17 Funkce kursorů časový odečet (osa x) úroveň signálu (osa y) Měření náběžné hrany

18 Ovlivnění zkoumaného objektu měřením
Vliv připojení kapacity sondy Vliv uzemnění sondy Měření s použitím koaxiálního kabelu Zchar = 50 ohm x Rvst = 1 Mohm Vlastnosti čtvrtvlnného vedení Výsledek – pro obor RF nutno vedení přizpůsobit, tj. zatížit na konci jeho char. Impedancí (50 ohm)

19

20 Logické analyzátory

21 Spektrální analyzátory
měření v kmitočtové doméně dnes bývá modul spektrální analýzy součástí digitálních osciloskopů (FFT analýza) obvyklý rozsah měření do GHz určení nežádoucích rušivých signálů měření elmg pozadí Spektrum signálu, dole pomocí averagingu zlepšený poměr signál / šum

22 Frekvenční spektrum „zabrané“ signálem
Přenos informace vyžaduje odpovídající rozsah frekvencí (šířku pásma signálu) Například nemodulovaná telegrafie (nosná vlna fo buď je, nebo není) potřebuje tím větší šířku pásma, čím rychleji informaci přenáší (analogie proměnné amplitudy a modulace nf signálem) Výkon šumu úměrný šířce zpracovávaného pásma Filtr charakteru delta-funkce neumožní získat ze signálu informaci – signál buď není, nebo je přítomen s konstantní amplitudou…

23

24 Tektronix TDS 2004 B