Mérés és adatgyűjtés levelező tagozat Elektromos mennyiségek mérése Mingesz Róbert 2014. április 4.

Tartalom BNC kábelek Oszcilloszkópok Jelgenerátorok Multifunkciós műszerek Moduláris műszerek Műszerek kalibrálása Műszerek védelme

BNC és koaxiális kábelek

BNC Váltakozó jelek átvitele Bajonettzár Analóg/digitális 3 GHz, 500 V Bajonettzár Jelvezeték (melegpont) + árnyékolás (általában föld) Hullámimpedancia: 50 Ω

Vezeték hullámimpedanciája 𝑍 0 = 𝑅+i𝜔𝐿 𝐺+i𝜔𝐶

Hullámimpedancia illesztése Nem megfelelő illesztés ⇒ visszaverődés Kiküszöbölés: lezáró ellenállások

Oszcilloszkópok

Oszcilloszkóp Cél: váltakozó jelek mérése

Analóg oszcilloszkóp felépítése

Digitális oszcilloszkóp (DSO) felépítése

TDS 2002 C

Tektronix TDS 2002 C 250 000 Ft 2 Csatorna, 70 MHz 1 GS/s 2,5 kPont memória ADC: 8 bit USB host USB device

Példa kijelzett képre

Tektronix DPO 2024

Tektronix DPO 2024 700 000 Ft Sávszélesség: 200 MHz, Mintavételi ráta: 1 GS/s Rekord hossz: 1 Millió pont, 5000 wfm/s Analóg csatornák: 4 USB Host/Device, Ethernet option, Video out option Serial triggering / decode option (I2C, SPI, CAN, LIN, RS-232/485/UART) 29 automated measurements, FFT, Search, mark, zoom, analyse

Oszcilloszkóp bemenete Bemenő impedancia: 1 MΩ / 50 Ω

AC/DC/GND állás

Mérőfejek Bemenő impedancia növelése Bemenő feszültség osztása Erősítés Aktív/passzív mérőfejek

Példa passzív mérőfejre: Rigol RP2200 1x: 7 MHz sávszélesség 10x: 150 MHz sávszélesség, leosztja a bemenetet 9 000 Ft (Tipikus márkás mérőfejek: 40 000 Ft)

Passzív mérőfejek felépítése

Mérőfej kalibrálása (kompenzálása)

Mérőfejek csatlakoztatása

Példa aktív mérőfejre: TDP0500 500 MHz, differenciális 900 000 Ft

Kevert jelű oszcilloszkópok Digitális bemenetek (mixed signal oszcilloscope, MSO) Csatornák száma (8, 16, ...) Választható logikai szintek Kommunikációs jelek értelmezése (busz, RS232) Példa: Tektronix MSO 2024 (kb 1 000 000 Ft)

Kevert jelű oszcilloszkópok

Trigger Trigger forrása Auto (/ Scan) / Normal Edge / Impulse / TV belső: CH1 / CH2 / ... Külső Line Auto (/ Scan) / Normal Edge / Impulse / TV Pretrigger: már a trigger előtt regisztrálja a jeleket Triggerelés logikai állapotokra

Trigger Holdoff Várakozás mielőtt egy új trigger eseményt figyelembe vennénk

Trigger: Él (Edge)

Trigger: impulzus Paraméterek Nagyobb / kisebb / egyenlő Időtartam Küszöbszint Pozitív / negatív

Trigger: Runt Hibás impulzusok detektálása Paraméterek Nagyobb / kisebb / egyenlő Időtartam Küszöbszintek Pozitív / negatív

Trigger: Rise/Fall time Felfutási idő Paraméterek Gyorsabb/ lassúbb Időtartam Küszöbszintek Felfutó / lefutó

Mintavételezés Normál Csúcsérték detektálása (peak detect / glitch capture) Átlagolás Ekvivalens mintavételezés: nagyobb mintavételi sebesség periodikus jelek esetén

Automatikus mérések Lehetséges kapuzás: Max / Min: csúcsértékek Teljes mérés / kinagyított rész / periódusidő / kurzorok Max / Min: csúcsértékek Peak-to-peak High / Low: szélső értékek (zavarjelek nélkül) Amplitude Mean: középérték RMS: effektív érték

Automatikus mérések Overshot: túllövés Pulse count: ipulzusszám Edge count: felfutó/lefutó élek száma Area: terület Frequency / Period Rise / Fall fime Pulse with / Duty Cycle Delay / Phase (két jel között)

Oszcilloszkópok tulajdonságai I. Bemenő csatornák Analóg bemenetek (1, 2, 4) Bemenő impedancia (1 MΩ / 50 Ω ) Analóg sávszélesség (pl. 100 MHz) Függőleges érzékenység, felbontás (pl. 8 bit) Mintavételi frekvencia Valós idejű (pl. 500 kHz) / ekvivalens (5 GHz) Megoszlik a csatornák között? Glitch-ek érzékelése Vízszintes eltérítési sebesség

Oszcilloszkópok tulajdonságai II. Memória Pl. 1 MSample Megoszlik a csatornák között? Kijelző Kapcsolat a külvilággal PC (USB, GPIB, ...) Monitor Egér, billentyűzet Pen-drive Nyomtató Eszköz vezérlése

További példák oszcilloszkópokra

Agilent MSOX3024

Agilent MSOX3024 8,5-inch WVGA 1 000 000 Waveform/s Memória: 2 M pont 4 csatorna, 200 MHz; 16 digitális csatorna 1,2 MFt Szoftveresen bővíthető: (memória, jelgenerátor, sávszélesség)

Agilent U1620A

Agilent U1620A 850 000 Ft Sávszélesség: 200 MHz Mintavételi ráta: 2 GS/s* Rekord hossz: 2 Millió pont* *: egy csatorna mérése esetén Analóg csatornák: 2 USB Host/Device Beépített 4,5 digites multiméter

PicoScope 2105

PicoScope 2105 70 000 Ft Sávszélesség: 25 MHz Mintavételi ráta: 100 MS/s (2 GS/s*) 8 bit felbontás Rekord hossz: 24 kMinta Analóg csatornák: 1 USB Device

PicoScope 5203

PicoScope 5203 450 000 Ft Sávszélesség: 250 MHz Mintavételi ráta: 500 MS/s (20 GS/s*) 8 bit felbontás Rekord hossz: 16 MMinta Analóg csatornák: 2 Beépített jelgenerátor USB Device

PC szoftver

Jelgenerátorok

Jelgenerátorok Váltakozó jelek előállítása (szinusz, négyszög, ...) Gerjesztőjelek előállítása a vizsgált rendszer számára (pl. átviteli függvénymérése)

Jelgenerátorok tulajdonságai I. Analóg / digitális vezérlésű / DDS Előállított jelalakok: Szinusz Háromszög Négyszög (esetleg külön TTL kimenet) Impulzus Tetszőleges jelalak (memória) Moduláció Sweep (pl. frekvencia lineáris változtatása)

Jelgenerátorok tulajdonságai II. Pontosság, stabilitás Frekvenciafelbontás Sávszélesség, maximális frekvencia Csatornák száma Logikai kimenetek Szinkronizáció/trigger

Agilent 33512B 160 MS/s mintavételi frekvencia 20 MHz sávszélesség 2 csatorna, 1MS/channel memória USB (host/device) / LAN / GPIB 700 000 Ft

Rigol DG1022 100 MS/s mintavételi frekvencia 20 MHz sávszélesség 2 csatorna, 4 kS/channel memória USB (host/device) 100 000 Ft

Tektronix AWG70002A 50 GS/s, 20 GHz, 10 bit 2 csatorna, 16 GS/channel memória USB (host/device) / LAN / GPIB Ár: 28 000 000 Ft-tól

Spektrumanalizátorok

Spektrumanalizátorok Jelek spektrális analízise Elsődleges alkalmazás: Rádiófrekvenciás áramkörök vizsgálata Pl. bluetooth, wifi Működés elve analóg / digitális szürőkörök / FFT

Spektrum analizátor - blokkvázlatok

Rohde Schwarz – R&S®FSVR30 Használtan: 18 000 000 Ft

Multifunkciós műszerek

Multifunkciós műszerek Analóg bemenetek, választható erősítés Analóg kimenetek Digitális I/O Számlálók PC csatlakozás A végrehajtott feladatot a számítógépen futó szoftver határozza meg

Egyedi műszerek Az adott feladathoz szabott: bemeneti fokozatok kimeneti fokozatok Optimalizált méret, teljesítmény Egyedi doboz Egyedi csatlakozók Egyedi szoftver

MC USB-1616HS-BNC 16 AI, 1 MS/s, 16 bit, 7 input ranges 2 AO, 1 MS/s, 16 bit 16 digital I/O, 4 counter (frequency, period, pulse width...) 460 000 Ft

MC USB-1616HS-BNC

NI USB-6008 8 AI, 10 kS/s, 12 bit 2 AO, 150S/s, 12 bit SW timed 12 digital I/O counter (32 bit) 50 000 Ft

NI USB-6211 16 AI, 250 kS/s, 16 bit 2 AO, 250 kS/s, 16 bit 4 digital In, 4 digital Out counters (32 bit) 215 000 Ft

NI USB-6211 - Blokkvázlat

NI USB-6211 – Analóg bemenet

NI USB-6211 - Analóg bemenet bekötése

NI USB-6211 - Digitális IO

NI USB-6366 8 Ch, 2 MS/s/Ch, szimultán mintavételezés 32 Msample memória 2 AO, 3,33 MS/s, 16 bit 24 DIO, HW timed 1 MHz, 4x 32-bit counter 1 200 000 Ft

NI USB-6366 – Analóg bemenet

MA-DAQ

MA-DAQ - Blokkvázlat

MA-DAQ tulajdonságai 8 analog input, 2x1MS/s, 16 bit 2 analog output, 12 bit 10 digital I/O (UART, I2C, SPI,m PCA) CAN-BUS UART ±5 V Power out USB interface (isolated)

Moduláris műszerek

Moduláris műszerek A/D és D/A konverter modulok Digitális be/kimenet Akár valós idejű adatfeldolgozás Az aktuális feladatra szabható Gyors fejlesztés

NI CompactDAQ USB, Ethernet, WI-FI interfész 1, 4, 8 modul (egymástól galvanikusan leválasztva)

NI cDAQ-9139 1,33 GHz Intel Core i7, 32 GB HDD, 2GB RAM 4 USB, 2 Gigabit ethernet Microsoft Windows Embedded Standard 7 / Real-Time OS 2 MFt

NI CompactRIO Ethernet, WI-FI interfész 1, 4, 8 modul Valós idejű beavatkozás, beépített FPGA

cRIO programozása

Feszültség mérése - NI 9201 8 AI, ±10 V 500 kS/s, 12 bit

NI 9219, 24-Bit Universal Analog Input 250 Vrms channel-to-channel isolation 4 x 100 S/s/ch Built-in quarter, half, and full-bridge support Built-in voltage and current excitation

NI 9219 - Üzemmódok

NI 9219 - Üzemmódok

Feszültség kimenet - NI 9264 16 analog output 25 kS/s/ch

Digitális I/O - NI 9401 8-channel, 100 ns ultrahigh-speed digital I/O 5 V/TTL, sinking/sourcing digital I/O

Digitális 24V - NI 9422 8-channel, 250 µs digital input 250 Vrms channel-to-channel isolation 24 V up to 60 V, sinking/sourcing digital inputs

Relé - NI 9481 4-channel 250 Vrms channel-to-channel isolation 30 VDC (2 A), 60 VDC (1 A), 250 VAC (2 A) SPST relay 250 Vrms channel-to-channel isolation

CAN-busz NI 9862 1 port high-speed CAN (1 Mbit/s)

Motor meghajtás - NI 9516 cRIO-hoz Szervó motor vezérlése, enkóderjel fogadása 50 µs szabályozási időköz

PXI rendszerek

PXI rendszerek Ipari számítógép + PCI(e) + szinkron vonalak Ipari szabvány, számos gyártó támogatja Alkalmazás Kutatás CERN, TOKAMAK, ... Ipari tesztelés Járműelektronika, hadiipar, elektronikai áramkörök, ... Modulok egy része PC kompatibilis

Operációs rendszer Windows Valós idejű operációs rendszer LabVIEW RT Windows XP Valós idejű operációs rendszer LabVIEW RT

NI PXI-8109 RT 2,66 GHz, dual core i7 2 GB DDR3 RAM, 120 GB HDD 2 Gigabit Ethernet 1,5 MFt

NI PXI-4072 1,8 MS/s 6,5 digites multiméter Feszültség/áramerősség/kapacitás/ellenállás... 785 000 Ft

NI PXIe-6366 Megegyezik: NI USB-6366

NI PXI-7854R 8 AI, 16 bit, 750 kS/Ch/s 8 AO, 16 bit, 1 MS/Ch/s 96 DIO, Virtex-5 LX110 FPGA 1 800 000 Ft

NI HDD-8265 24 TB 750 MB/s folyamatos írás és olvasás 2 900 000 Ft

NI PXIe-5644R Vector Signal Transceiver Vector signal analyzer + generator 65 MHz – 6 GHz FPGA vezérlés 11 000 000 Ft

Műszerek kalibrálása

Műszerek kalibrálása Cél: megbízható mérési eredmények A mérési eredmények visszavezethetősége: Egységdefiníció Nemzetközi etalon Nemzeti etalon Referencia etalonok (akkreditált kutatólaboratóriumok) Használt etalonok (felhasználói kalibrálások) Mérőműszer Önkalibrálás: belső, stabil etalon

Hitelesítés és kalibrálás összehasonlítása Hatósági tevékenység Jogi szabályozás OMH hitelesít Tanúsítvány: hatósági dokumentum Kötelező ismétlés Bárki kalibrálhat Bármilyen eszköz Kalibrálási bizonyítvány Megújítás: tulajdonos döntése

Kalibrálás Direkt Indirekt

Műszerek védelme

Zavarvédelem Tápfeszültség szűrése Árnyékolás Földelés (csillagpontos)

Köszönöm a figyelmet ... vége ...