CW01 - Teorie měření a regulace © Ing. Václav Rada, CSc. cv ZS – 2010/2011 Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb

Další pokračování tentokráte o „doprovodných“ problémech vznikajících principiálně při nasazení převodu spojité veličiny na digitalizovanou, tj. při tzv. „vyšších způsobech využití“ snímačů …… MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2010/2011 T- MaR

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY INTELIGENTNÍ © VR - ZS 2009/2010 Součástí INTELIGENTNÍCH SNÍMAČŮ jsou různé doplňkové obvody umožní například za provozu měnit některé jejich vlast- nosti, měnit způsob zpracování signálu měřené veličiny, provést úplné zpracování (včetně filtrace a linearizace) a vyhodnocení změřené veličiny podle předem zadaných kritérií. Jsou jimi i A/D (analogově-digitální) převodníky, T- MaR

MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY © VR - ZS 2009/2010 Například – ukázka z prvků měřicího a řídícího systému LabView od firmy NI DAQPad 6015 / 16 bit – 8 A vst. + 2 A výst. + D výst. DAQPad 9211 / 24 bit – 4 termočlánkové vst. + D výst. DAQPad 9215 / 16 bit pomalý – 2 simultání vst. + D výst. a mnoho dalších typů ……… T- MaR

Problematika A/D převodníků T- MaR © VR - ZS 2010/2011 MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY

© VR - ZS 2009/2010 CHYBY a ∆q digitalizovaná hodnota vstupní spojitá hodnota digitalizační krok lineární průběh spojité hodnoty Digitalizace T- MaR MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY

Rozlišení A/D převodníků T- MaR A/D převodníkůpočtem bitů analogový signál digitalizován. Problematika A/D převodníků je spojena s počtem bitů – tj. na jaký počet „kroků“ bude analogový signál digitalizován.. I z laického pohledu je zřejmé, že čím bude větší počet bitů, tím menší bude hodnota digitalizačního „kroku“ a tedy i tím lépe bude digitální výsledek (výsledná digitalizovaná schodovitá „křivka“) kopírovat tvar původní analogové křivky – viz tabulka dále. © VR - ZS 2010/2011 MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY

T- MaR Pochopitelně, že počet bitů je omezen technickými vlastnostmi a možnostmi A/D převodníku – přesněji řečeno – čipu, který převod zabezpečuje a který je centrem obvodů karty A/D pře- vodníku – a taky jeho ceny i dostupnosti a to včetně inovativní dostupnosti, neboli na technických možnostech výrobce a zvládnutí návrhu i výrobní technologie (tedy vlastně na schop- nostech jeho vývojových útvarů). © VR - ZS 2010/2011 Rozlišení A/D převodníků MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY

Z katalogu pro vybranou desku převodníku: Relativní rozlišení z technických podmínek => 1,28 mV Tj. skoro = 14 bitů ! Rozsah ±10 V Teoretické rozlišení = 2 20 V 12 =4,8828 mV 12 bitová karta T- MaR 2 20 V 1414 = 1,2207 mV Výpočet © VR - ZS 2010/2011 Výpočet rozlišení A/D převodníků MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY

Rozlišení T- MaR © VR - ZS 2010/ čas [μs] Bit Versus 3-Bit rozlišení (5 kHz sinus) 16-bit (0,1525 mV) 3-bit (krok 1,25 V) 000 – vyjádření v bitech | | || | rozlišení dle výstupu Amplituda [V] MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY

Rozlišení T- MaR 16-Bit Versus 3-Bit rozlišení (5 kHz sinus) © VR - ZS 2010/ bit (0,1525 mV) 3-bit (krok 1,25 V) 100 – vyjádření v bitech čas [μs] Amplituda [V] MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY

Rozlišení T- MaR © VR - ZS 2010/2011 Amplituda [V] 16-Bit Versus 3-Bit rozlišení (5 kHz sinus) 16-bit (0,1525 mV) 3-bit (krok 1,25 V) čas [μs] MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY

Rozlišení T- MaR © VR - ZS 2010/ Bit Versus 3-Bit rozlišení (5 kHz sinus) Amplituda [V] 16-bit (0,1525 mV) 3-bit (krok 1,25 V) čas [μs] MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY

Rozlišení T- MaR Tabulka vyjadřující ve- likost „kroku“ pro růz- né napětí a různý počet bitů A/D převodu © VR - ZS 2010/2011 MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY

Aliasing (zkreslení) je důsledkem nesprávně zvolené vzorkovací frekvence Správně vzorkováno Zkresleno vlivem nízké vzork. frekvence Vzorkovací frekvence – jak často proběhne A/D převod Zkreslení (alias) – nesprávná reprezentace signálu Aliasing T- MaR © VR - ZS 2010/2011

Zkreslený signál – „zbyla přímka“ Vzorkování odpovídá teorému – zachová se informace o amplitudě a frekvenci Správná vzorkovací frekvence – zachová se frekvence, amplituda i tvar sinusová vlna f=100Hz vzorkovací f=100Hz vzorkovací f=200Hz sinusová vlna f=100Hz Příklad na převod - Nyquistův teorém T- MaR vzorkovací f=1 kHz a více © VR - ZS 2010/2011 MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY

Správná vzorkovací frekvence – zachová se frekvence, amplituda i tvar Příklad na převod …. T- MaR vzorkovací f=1 kHz a více © VR - ZS 2010/2011 MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY

T- MaR © VR - ZS 2010/2011 … a to by bylo vše

T- MaR © VR - ZS 2010/2011