Metody zpracování fyzikálních měření - 2

Prezentace na téma: "Metody zpracování fyzikálních měření - 2"— Transkript prezentace:

1 Metody zpracování fyzikálních měření - 2
EVF 112 ZS 2009/2010 L.Přech

2 Počítačový sběr experimentálních dat II - osnova
Typy zdrojů signálu a měřících systémů Šum v měřících systémech Převod analogového signálu na diskrétní a zpět Vzorkování signálu, Nyquistův teorém a aliasing

3 Typy zdrojů signálu a měřících systémů
Většina výstupů čidel po úpravě signálu představuje zdroj napětí Zdroje i měřicí systémy bývají uzemněné nebo plovoucí

4 Rozdělení zdrojů signálu
Uzemněné zdroje Neuzemněné (plovoucí) zdroje Typicky zdroje signálu napájené z elektrické sítě. Země dvou zdrojů nemusí být nutně na stejné potenciálu. Typicky baterie a zdroje napájené z baterie, termočlánky, transformátory, izolační zesilovače atd. I při napojení na stejný rozvod elektřiny v budově rozdíly mV. Při špatném propojení více.

5 Diferenciální měřící systém
Měření KCMRR Žádný ze vstupů nepřipojen k pevnému potenciálu (např. zemi) Bateriově napájené měřicí přístroje, systémy s přístrojovými zesilovači (diferenciální zesilovač s velkou vstupní impedancí v obou větvích Ideálně Um = A*(U+ - U-) Napětí přítomné současně na obou vstupech – součtové napětí (common-mode voltage) – ideálně potlačeno, prakticky omezení rozsahu, konečný činitel potlačení součtového napětí Um = A*(U+ - U- ) + A/KCMRR *(U+ + U-)/2 Činitel KCMRR klesá s frekvencí

6 Uzemněný (opřený o zem) měřící systém - GRSE
Měření napětí se provádí proti zemnímu vodiči

7 Nezemněné (pseudodiferenciální) měření - NRSE
Měření napětí na různých vstupech proti společnému referenčnímu vodiči – není přímo spojen se zemí

8 Měření uzemněných zdrojů 1
Pozor na připojení uzemněných zdrojů k uzemněným měřícím systémům !! chybové napětí Ug -> ss i st šum, působí proud zemní smyčkou, lze tolerovat u zdrojů signálu s velkou amplitudou při nízkoimpedančním spojení zemí

9 Měření uzemněných zdrojů 2
Lepší připojení k diferenciálním nebo pseudodiferenciálním systémům – rozdíl zemních potenciálů (souhlasné napětí) se neměří Non -

10 Měření plovoucích zdrojů 1
Součtové napětí nesmí přesáhnout bezpečné meze – u diferenciálních a pseudodiferenciálních zapojení nutno kontrolovat (zbytkové vstupní proudy zesilovačů !) U ss vazby postačí jeden odpor, ale vstupy nevyvážené – větší šum

11 Měření plovoucích zdrojů 2
U zemněného měřícího systému nevzniká zemní proudová smyčka Pseudodiferenciální vstupy odolnější proti šumu

12 Elmg. šum v měřících systémech
Zdroje šumu – st napájecí přívody (50Hz), počítačové monitory, číslicové obvody, vysokonapěťové a silové zdroje, spínané napájecí zdroje, motory a silové spínače, výboje Přenos – vazba konduktivní (společná zátěž), v. kapacitní (elektrické pole), v. induktivní (magnetické pole), v. radiační (elmg. pole) Přijímač – čidla, přívody k obvodům pro úpravu signálu, vlastní obvody úpravy signálu, přívody k měřicímu systému Potlačení – rozdělení napájecích (silových) a signálových zemí, stínění, zvětšení vzdáleností, balancované diferenciální obvody, …

13 Nevhodné stínění - zemní smyčka
Přenos šumu konduktivní vazbou Nevhodné stínění - zemní smyčka Vhodné zapojení stínění

14 Přenos šumu kapacitní vazbou
Přenos šumu induktivní vazbou

15 Balancované zapojení Shodná impedance vývodů zdroje a vstupů měřícího systému proti zemi, shodná impedance vodičů proti zemi Šum kapacitní vazbou -> součtový signál

16 Číslicové zpracování signálu
Digitalizace – 3 fáze Vzorkování vzorkovací obvod Kvantování vlastní A/D převodník Kódování

17 Vzorkovací obvod

18 Charakteristiky vzorkovacího obvodu

19 Obsahuje-li frekvenční spektrum signálu složky s frekvencí větší než Nyquistova frekv. (fN=fV/2), neurčuje výstupní signál vzorkovacího obvodu jednoznačně průběh signálu na vstupu:

20

21 Aliasing

22 Charakteristiky A/D převodníku
Počet kanálů, způsob připojení zdroje signálu Vzorkovací rychlost Délka vzorku Možnost multiplexování Rozlišení <- počet bitů Rozsah Šířka kódu <- zisk, rozsah, rozlišení Diferenciální a integrální nelinearita, chybějící kódy, relativní chyba, offset, čas ustavení vstupního zesilovače, vlastní šum převodníku, ENOB – efektivní rozlišení v bitech 16bitů 3bity V

23 Kvantování

24 Kvantování, kvantovací chyba
Přenosová funkce A/D převodníku Kvantovací chyba

25 Dithering Zvýšení amplitudového rozlišení přidáním malého šumu do analogového signálu před digitalizací a následným průměrováním

26 Relativní chyba, offset, INL, DNL
Ideální charakteristika Skutečná charakt. Integrální nelinearita Diferenciální nelinearita

27 Vliv nelinearit na přenosovou charakteristiku A/D a D/A převodníku

28 Charakteristiky D/A převodu
Rozsah Čas ustavení výstupu Výstupní rozlišení Rychlost přeběhu Typ reference – pevná reference x násobící D/A Diferenciální a integrální nelinearita, chybějící kódy, relativní chyba, offset, vlastní šum převodníku, ENOB – efektivní rozlišení v bitech

29

30

31

32 Aliasing