Előadást letölteni
Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon
KiadtaJakab Tibor Fehér Megváltozta több, mint 7 éve
1
Manhertz Gábor; Raj Levente Tanársegéd; Tanszéki mérnök Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék 5. Előadás– 2016.04.24. Mérés- és adatgyűjtés alapok
2
Adatgyűjtő rendszer áttekintése Analóg jel mérése Analóg jel kiadása Digitális I/O Jelkondicionálás NI USB-6008 használata 2
3
Adatgyűjtő rendszer általános felépítése 3 Jelkondicionálás Szenzor vagy Jel Adatgyűjtő hardver Adatgyűjtő szoftver PC/beágyazott rendszer oldal I/O Busz
4
Néhány elforduló szenzortípusok mérési elv alapján adatgyűjtési feladatoknál 4 Mérendő fizikai mennyiség Szenzor (teljesség igénye nélkül) A ténylegesen mért mennyiség feszültség, áram, ellenállás stb., tehát villamos értékként jelenik meg. Ezek konverziója a kérdéses fizikai mennyiségre ezután történik meg. HőmérsékletRTD, Termisztor, Hőelem FényFotoszenzor, fényvezető cella Hang/rezgésMikrofon/rezgésmérő Erő és nyomásNyúlásmérő bélyeg, piezoelektormos átalakítók, terheléses cellák Pozíció/elmozdulásPotenciométer, LVDT, Optikai enkóder ÁramlásForgó áramlásmérő, ultraszonikus áramlásmérő
5
Mért jelek jellemzése Analóg Jelszint Jelalak Frekvencia 5
6
Mért jelek jellemzése Digitális Állapot Jelszint Periódus Egyéb esetekben Kitöltési tényező Offset 6
7
Mérőkártya általános felépítése 7 Csatlakozás feldolgozó számítógéphez I/O Csatlakozó sor Analóg input áramkör multiplexerrel, egyéb kondicionáló elemekkel DAC ADC Digitális I/O Counter áramkör Belső vezérlő Buffer Mikroproc.
8
Mérőhardver tulajdonságai Felbontás Bit-ben megadott felbontási mérték Pl. 8bit,, 16bit, 24bit Legkisebb változás a mérendő mennyiségben, amelyet a rendszer még érzékelni képes AD konverzió után Feszültségtartomány / (erősítés x 2 bit felbontás ) 8
9
Mérőhardver tulajdonságai Mérési tartomány (akár belső erősítővel) Mérendő mennyiségtől függően Áram, feszültség stb. villamos mennyiség mérése Pl. ±5V, ±10V, ±1A 9
10
Mérőhardver tulajdonságai PC irányú kommunikációs interface Befolyásolja, hogy az adatgyűjtés milyen gyors lehet, hiszen ekkora sebességgel lehet kiolvasni a bufferből Beépített jelkondicionálási opciók Belső erősítő Belső gerjesztés Szűrők Stb. 10 BuszSebesség PCI132 MB/s (összes vonalra) PCI Express250 MB/s (vonalanként) USB 2.060 MB/s Ethernet (100Mbps)12.5 MB/s Wireless (Wi-Fi 802.11g)6.75 MB/s
11
Szenzorválasztás, specifikáció, karakterisztika megismerés. Mit mérünk? Mi a legkisebb változás, amit mérnünk kell tudni? Mi a szenzor kimenete? Megfelelő mérőmodul választása Mérhető fizikai mennyiség - Fesz., áram, stb? Mérési tartomány - Mekkora tartomány kell a szenzorhoz Bit felbontás - Mi a legkisebb változás, amit érzékelni kell? Átszámolni fizikai mennyiségre PC irányú kommunikáció – Mekkora átviteli sebesség kell? Milyen gyorsra tervezzük a mintavételezést? Beépített kondicionálás – Kell gerjesztés, szűrés, erősítés? 11
12
Mérőeszköz választási feladatok Adott egy nyomásszenzor, mely egy belsőégésű motorba beszívott levegő nyomását méri. A szenzor -2 V és +2V közötti jeleket szolgáltat lineáris léptékben 20Pa és 105.000 Pa között. Mely eszközt kell választani az alábbiak közül, hogy érzékelhető legyen 5 Pa nyomásváltozás? 12 Eszköz 1Eszköz 2Eszköz 3 Konfig AKonfig BKonfig AKonfig BKonfig AKonfig B Felbontás (bit)12 16 12 Tartomány (V)0-10±100-10±100-5±5
13
Megfelelő egyensúly megtalálása a felbontás és a mérési tartomány között. A felbontásunk mindig fix. A mérési tartomány egy adott határon belül variálható. Mérési tartomány szűkítéssel jobb felbontást és kisebb jelváltozásokat is érzékelhetünk. 13
14
Vezetékezések 14 Mért jellemző (fesz, áram, ellenállás, stb. Jelkondicionálás Adatgyűjtő hardver Fizikai jelenség Szenzor Vezetékezés
15
Jelforrás Földelt vagy lebegő jelvonal Földelt A referencia a teljes mérőrendszer 0 pontja, azaz föld vonala Lebegő Nincs semmiféle referencia vonal Bármit lehet annak választani szinte 15
16
Bekötési lehetőség Differenciális Lebegő jelforrás, a két jelvezeték közötti potenciál különbség az érzékelt jel, egyik vonal a dedikált referencia 16
17
Bekötési lehetőség RSE (Referenced Single Ended) Az egyik vonal a referencia, a rendszer földvonala NRSE (Non Referenced Single Ended) Hasonló az RSE elrendezéshez A referencia egy másik jel vezeték fix potenciállal 17
18
Mintavételezés Shannon-törvény A mintavételezési frekvenciát legalább a jelben előforduló legnagyobb frekvencia komponens kétszeresének kell választani Gyakorlatban ez 20-30szoros szorzó A jelalak reprodukálhatósága iránti igény dönt 18
19
Mintavételezési problémák Aliasing effektus Látszólagos frekvencia Korrigálás anti-aliasing szűrővel – eszközbe beépített 19
20
Mintavételezési problémák Alul mintavételezés Nem megfelelő információt ad Hibás jelalak visszaolvasás Felül/túl mintavételezés Ha nem szükséges a jelalak legjobb visszaadása, akkor felesleges kapacitás felemésztés történik 20
21
Eszközök mintavételezési elosztása Kummulált/multiplexelt mintavételezési ráta A specifikációban megadott maximális mintavételezési frekvencia annyi felé osztódik, ahány csatornán az adatgyűjtés folyik Csatornánkénti/szimultán mintavételezési ráta A specifikációban megadott maximális mintavételezési frekvencia párhuzamosan alkalmazható bármennyi csatornán 21
22
Adatgyűjtés jellege Egy minta lekérése Véges számú minta lekérése 22 Egy darab adat/véges számú adatcsomag kiolvasás bufferből Adatgyűjtés stop Eszköz konfig Adatgyűjt és start
23
Adatgyűjtés jellege Folyamatos – bufferelt adatgyűjtés 23 Definiált adatcsomag kiolvasás bufferből Adatgyűjtés stop Eszköz konfig Adatgyűjt és start Mérés leállítva? IgenNem
24
Buffer típusok FIFO Folyamatosan telítődik, előre definiálható a mérete a maximumig bővítve Telítődésnél hibaüzenet queue-hoz hasonlít Cirkuláris Folyamatosan töltődik, régi adatok felülírása adott darabszám után 24
25
Trigger opciók Adott analog jelszint feletti mérés indítás Trigger felfutásra/lefutásra Figyelembe vehető hiszterézis is Ablakolásos trigger Amikor a jelsorozat belefut vagy elhagy egy definiált ablakot Digitális él trigger Felfutó, lefutó élre 25
26
Trigger opciók Start trigger Pause trigger Referencia trigger 26
27
Adatgyűjtési feladat előtti beállítások Bekötési típus Mérendő mennyiség Mérési tartomány Mérendő csatorna/csatornák Adatgyűjtés jellege Mintaszám és szükség esetén buffer méret Mintavételi frekvencia Trigger 27
28
Bipoláris Differenciális analóg input-hoz hasonló Maximum jelszint: +Vref Minimum jelszint : -Vref Unipoláris Maximum jelszint: +Vref Minimum jelszint : 0 V 28
29
Egy minta, vagy mintacsomag egyszer kiadva Regenerálási opció a mérőeszköz memóriájából Újra kiadja folyamatosan ugyanazt a adatsorozatot 29 Generálás start Generálás stop Eszköz konfig Minta (csomag) kiírása bufferbe Automata regenerálás aktív? Generálás végrehajtásra várakozás Igen Nem
30
Folyamatos mintacsomag kiadás Szabadon variálható a kiadandó jelsorozat. 30 Mintacsomag írása bufferbe és kiküldés Generálás stop Eszköz konfig Generálás start Generálás leállítva IgenNem
31
Paraméterek jelkiküldés esetén a megfelelő mintasorozat előállításához Jelsorozat frekvenciája – milyen sűrűn követik egymást a minták, amelyeket ki akarunk küldeni Frissítési frekvencia – milyen sűrűn küldjük ki a csatornán a sorozatot Pontok száma – hány pontból áll a jelsorozat, mekkorára legyen állítva az eszköz buffer mérete Jel frekvencia =periódus x (frissítési frek. / pontok száma ) Példa: 1000 pontból álló szimpla szinusz hullám kiküldése 1kHz-el. Mekkora lehet maximum a szinusz hullám frekvenciája? Hogyan érhető el nagyobb frekvenciájú szinusz hullám ugyanannyi pontból előállítva? 31
32
Folyamatos mintacsomag kiadás Glitch jelenség Akkor fordulhat elő, amikor a bufferben szereplő régi adatcsomagot egy újjal kívánjuk felülírni. „Áthallás” lehet a két adatsor között rövid ideig a kettő szuperpozíciója is megjelenhet Megoldás Ne a teljes buffert töltsük fel új adatsorral Buffer méret növelés Csomagkiküldési frekvencia csökkentés 32
33
TTL jelszint-változás érzékelés/vezérlés Fogalmak Bit – egy digitális jel a számítástechnikában Line – szinte ekvivalens a bit kifejezéssel, csak itt a mérőhardver egy digitális I/O csatornáját nevezzük el Port – line-ok csoportosítása 4 vagy 8-asával Digitális waveform gyűjthető 33
34
Példák szenzortípusok/jelek jelkondicionálási opcióira 34 Szenzor/JelJelkondícionálás HőelemErősítés, linearizálás és hideg-ponti kompenzáció RTDÁram gerjesztés, 3- és 4 vezetékes bekötés, linearizálás Nyúlásmérő bélyegFeszültség gerjesztés, hídkapcsolás, linearizálás Közös módus vagy nagyfeszültség Izolációs erősítők (optikai leválasztás) Magas áramElektromechanikus relék Jelek nagy frekvenciás zajjalAluláteresztő szűrő
35
35
36
36
Hasonló előadás
© 2024 SlidePlayer.hu Inc.
All rights reserved.