Wirtualne przyrządy pomiarowe

Transkrypt

1 Katedra Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn POLITECHNIKA OPOLSKA Wirtualne przyrządy pomiarowe dr inż.. Roland PAWLICZEK Laboratorium Mechatroniki

2 Cel zajęć ęć: Zapoznanie się ze strukturą układu pomiarowego oraz ideą Przyrządu wirtualnego. Przedstawienie idei programowania graficznego. Nabycie praktycznych umiejętności budowy toru pomiaru sygnału analogowego i oprogramowanie wizualizacji wyników pomiarów. 2

3 Plan zajęć ęć: Struktura układu pomiarowego. Przyrząd wirtualny, programowanie graficzne BNC układ pomiaru sygnału analogowego. Budowa aplikacji do pomiaru i prezentacji wyników pomiaru LabVIEW Express VI. Przeprowadzenie pomiaru, identyfikacja wyników pomiaru: struktura częstotliwościowa sygnału. Ilustracja podstawowych elementów przetwarzania danych: zjawisko aliasingu, zakłócenia. LabVIEW: wirtualny woltomierz i oscyloskop. 3

4 Struktura układu pomiarowego PRZETWORNIK (Transducer) PROCESOR (Signal Processor) REJESTRATOR (Recorder) Przetwornik: czujnik, którego głównym zadaniem jest zamiana mierzonej wielkości fizycznej na sygnał elektryczny. Procesor: układ cyfrowy filtrujący zakłócenia i wzmacniający sygnał. Rejestrator: zapisuje i wyświetla informacje z procesora. Termopara Wzmacniacz + konwersja AC Wyświetlacz PROCESOR REJESTRATOR PRZETWORNIK 4

5 Idea wirtualnego instrumentu Definicja: Instrument wirtualny składa się z komputera przemysłowego lub stacji roboczej wyposażonej w odpowiednie aplikacje, karty pomiarowe i sterowniki spełniające razem funkcje tradycyjnych urządzeń. Communication 5

6 Idea wirtualnego instrumentu CompactDAQ Stacja robocza + oprogramowanie Konektory Karta pomiarowa DAQ Programy są nazywane przyrządami wirtualnymi, ponieważ ich wygląd i działanie przypomina rzeczywiste przyrządy, jak oscyloskop czy multimetr. 6

7 Programowanie graficzne Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench Panel Czołowy (Front Panel) - Panel czołowy jest płytą czołową urządzenia Kontrolki - Controls (wprowadzanie danych) Wyświetlacze - Indicators (wyświetlanie rezultatów) inne elementy (dekoracje, rysunki, teksty) 7

8 Programowanie graficzne Schemat Blokowy (Block Diagram) (Kod graficzny aplikacji) ikony połączone liniami pętle struktury, funkcje, podprogramy inne elementy (dekoracje, rysunki, teksty) 8

9 Pomiar sygnału u analogowego Sygnał analogowy stały w czasie (statyczny, utrzymuje pewien poziom lub niewielkie wahania) Sygnał analogowy zmienny w dziedzinie czasu. 9

10 Pomiar sygnału u analogowego Technika cyfrowa akceptuje tylko sygnały elektryczne. Procesory przetwarzają tylko sygnały w postaci cyfrowej. Zamiana sygnału analogowego na cyfrowy (konwersja A/C): 10 próbek/s = 10 punktów pomiarowych/1 sek. f A = 10 Hz Sygnał analogowy Sygnał próbkowany Sygnał rekonstruowany. R T A = 1 f A [s] Rozdzielczość pomiarów Dla karty 16-bit U 10V ( 10V) R = = 305 µ V

11 Pomiar sygnału u z generatora Zadanie: zbudować tor pomiaru sygnału napięciowego z generatora i utworzyć program do akwizycji i prezentacji wyników. Oprzyrządowanie: Panel BNC 2120 Karta pomiarowa PCI6221 LabVIEW 11

12 Pomiar sygnału u z generatora Panel BNC 2120 AI0 Wejście analogowe BNC Przełącznik ustawić w pozycji BNC!!! Przełącznik ustawić w pozycji GS!!! Generator Zmiana zakresu częstotliwości Wyjście BNC sinus/trójkąt Wyjście BNC sygnał TTL Przełącznik sinus/trójkąt Regulacja częstotliwości Regulacja amplitudy 12

13 Pomiar sygnału u z generatora Panel BNC 2120 Ustawić przełącznik w skrajne, lewe położenie (0,1-100 khz) Ustawić przełącznik pozycji sinus (Sine) Ustawić obydwa pokrętła w skrajne, lewe położenia Wykorzystując przewód BNC-BNC połączyć wyjście generatora z wejściem analogowym AI0 13

14 Pomiar sygnału u z generatora 1. Uruchomić program pomiar start.vi. 2. Przełączyć się do okna Block Diagram (klawisze CTRL+E). Program zawiera główną pętlę sterującą. Wszystkie elementy tworzonego kodu powinny być umieszczane wewnątrz pętli. 14

15 Pomiar sygnału u z generatora 3. Wykorzystując Prawy Klawisz Myszy otworzyć Paletę Funkcji i wybrać opcję EXPRESS. Użyj szpilki, aby przypiąć paletę funkcji EXPRESS na stałe 15

16 Pomiar sygnału u z generatora Wybrać opcję INPUT Wybrać funkcję DAQ Assistant i przenieść ją do pętli 16

17 Pomiar sygnału u z generatora W oknie konfiguracyjnym wybrać opcję Acquire Signals Analog Input - Voltage Z dostępnej listy zainstalowanych urządzeń wybrać kartę PCI Wskazać kanał pomiarowego. ai0 jako źródło sygnału 17

18 Pomiar sygnału u z generatora Ustawić parametry : Terminal Configuration: RSE Acquisition Mode: Continuous Samples Samples to read: 100 Rate (Hz): 1k 1k=1000 Zatwierdzić konfigurację klawiszem OK. Samples to read 100 Odcinek pomiarowy = = = Rate (Hz) ,1s 18

19 Pomiar sygnału u z generatora Aby wygenerować wykres dla pomiarów ustawić kursor na opcji data i Prawym Klawiszem Myszy aktywować menu kontekstowe. Wybrać opcję Create Graph Indicator 19

20 Pomiar sygnału u z generatora Przełączyć się na okno Front Panel i dla utworzonego wykresu wyłączyć autoskalowanie osi Y (Amplitude). W tym celu ustawić kursor na osi Y i aktywować Prawym Klawiszem Myszy menu kontekstowe. Odznaczyć opcję Autoscale Y. URUCHOMIĆ PROGRAM Zmieniać wartość amplitudy pokrętłem na panelu BNC

21 Analiza sygnału: Uzupełnić kod graficzny programu o funkcję SPECTRAL MEASUREMETN z Palety Funkcji EXPRESS Singal Analysis. Aktywować opcję Power Spectral Density. 21

22 Analiza sygnału: Wykonać połączenie i utworzyć wykres dla funkcji Spectral Measurement. Uruchomić pomiar, zwiększać częstotliwość generowanego sygnału za pomocą pokrętła na panelu BNC

23 Analiza sygnału: ALIASING: Układ pomiarowy interpretuje zmierzone punkty inaczej aniżeli to jest w rzeczywistości. Mierzony sygnał Punkty z próbkowania Odtworzony sygnał Częstotliwość próbkowania definiuje maksymalną częstotliwość mierzonego sygnału (tzw. Warunek Nyquista): f < 1 2 max f próbkowania 23

24 Wirtualny woltomierz Otworzyć plik woltomierz.vi 24

25 Wirtualny woltomierz Otworzyć plik DC Analog out.vi Na panelu BNC2120 połączyć za pomocą kabla BNC wyjście Analog Output AO0 z wejściem Analog Input AI0. Uruchomić obydwa programy. Zmierzyć napięcie sygnału zmieniane za pomocą pokrętła. 25

26 Wirtualny oscyloskop Prezentacja działania wirtualnego oscyloskopu. 26

27 27