Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych Problemy teoretyczne: Pomiar parametrów napięciowych sygnałów za pomocą karty kontrolno pomiarowej oraz programu LabVIEW (prawo Shanona Kotielnikowa). Obsługa interfejsów komunikacyjnych w środowisku LabVIEW. Definicje podstawowych parametrów napięciowych (wartość średnia, wartość średnia wyprostowana, wartość skuteczna, współczynnik szczytu (k s ), i współczynnik kształtu (k k )). Budowa prostych przyrządów wirtualnych, jako składnika komputerowych systemów pomiarowych. Budowa wirtualnego oscyloskopu cyfrowego. Program ćwiczenia: 1. Uruchomić mikrokomputer PC system operacyjny WINDOWS XP i zalogować się w systemie, jako użytkownik student (bez hasła). 2. W folderze C:\PWFwE\ założyć unikalny folder dla grupy laboratoryjnej (tylko w tym folderze można dokonywać zapisów i modyfikacji własnych plików). 3. Po wysłuchaniu wprowadzenia teoretycznego z godnie z poleceniami prowadzącego wykonać zadane ćwiczenia w środowisku LabVIEW. Napisać program do obsługi karty pomiarowej. Karta pomiarowa, którą podłączamy do komputera kablem USB. 4. Na wejście karty pomiarowej podłączamy generator. eraz włączamy program LABVIEW (pojawią się dwa okna Front Panel i Block Diagram) przechodzimy do Block Diagram i klikamy prawym klawiszem, uaktywni się okno Function Palet wchodzimy w ikonę Ekspres a następnie Input i wybieramy DAQ Assistant jak niżej: Następnie pojawi się kolejne okno: Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych - 1 -
Sygnał w Sygnał wybór rodzaju wejść analogowe wypieramy Analog Input wybór wielkości wejściowej napięcie wybieramy Voltage Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych - 2 -
RSE sposób podłączenia sygnału do karty wybór liczby próbek oraz częstotliwości próbkowania f s Do podłączenia czujników jednak wykorzystywane są tylko dwa tryby omówione poniżej. ryb Differential (różnicowy) pozwala na zmierzenia różnicy potencjałów w odniesieniu do różnych mas (znajdujących się na różnych potencjałach). W tym trybie ilość wejść wynosi 8, ponieważ każdy z zacisków podłącza się do dwóch wejść karty (na wejście plusa i minusa wzmacniacza). Podłączenie modułu w trybie Differential W trybie RSE jest do dyspozycji 16 wejść. Każde z nich porównywane jest z masą karty pomiarowej, taką samą dla wszystkich wejść analogowych. Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych - 3 -
Podłączenie modułu w trybie RSE WYBIERAMY RYB RSE! 5. Podłączmy do bloku DAQ Assistant dwie kontrolki (dane we), które będą odpowiedzialne za ustalenie częstotliwość próbkowania i ilość próbek. Klikając prawy klawiszem myszy na we rate wybieramy Create/Control, nazywamy to wejście częstotliwość próbkowania. Powtarzamy czynność dla drugiego we number of sample, klikamy prawym klawiszem na wejściu i wybieramy opcję Create/Control, nazywamy to wejście liczba próbek. Częstotliwość Ilość próbek Wyjście dane dynamiczne 6. Klikamy prawym klawiszem myszy na wy data wyjścia danych i wybieramy Create/Graph Indicato. Następnie należy wyznaczyć obliczyć wartość średnią. Do tego celu służy blok Mean. Szukamy bloku Mean (prawy klawisz na Block Diagramie, pojawia się okno Function Palette, w górnym rogu znajduje się zakładka Serach, wybierając ją można znaleźć poszukiwany obiekt). Blok Mean łączymy go z wyjściem danych. Otrzymana wartość jest składową stałą analizowanego przebiegu (U DC ). Create/Indicator Pojawi nam się nam przed tym blokiem blok konwertujący dane dynamiczne.. Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych - 4 -
UWAGA!!! Przy zaznaczonym dowolnym bloku, klikając w znak zapytania, znajdujący się w prawym górnym rogu ekranu, można uzyskać informację, o tym jak działa wybrany blok (Contex Help/ Detailed Help). Proszę zapoznać się z działaniem bloku Mean. Do sprawozdania wpisać wzór, według, którego wyznaczona została wartość średnia. 7. Od tablicy z danymi wyjściowymi odejmujemy składową stałą (centrowanie sygnału). 8. Wartość skuteczną sygnału (zarówno sygnału zmiennego jak i składowej stałej) można wyznaczyć za pomocą bloku RMS. Do sprawozdania proszę wpisać wzór, według którego została wyznaczona wartość skuteczna. 9. Aby wyznaczyć wartość skuteczna sygnału zmiennego (RMS) i wartość maksymalną (Array Max &Min), należy poszukiwane bloki dołączyć do wycentrowanych danych (danych wejściowych bez składowej stałej). Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych - 5 -
Create/Indicator 10. Wartość średnią wyprostowaną można obliczyć wyznaczając wartość średnią z modułu sygnału wejściowego po wycentrowaniu. Do tego celu trzeba wstawić blok Absolute Value (Function Pallete, Programming, Numeric), a następnie obliczyć wartość średnią, korzystając z bloku Mean. Create/Indicator 11. Aby wyznaczyć współczynniki szczytu i kształtu należy odpowiednie wartości podzielić przez siebie tak (patrz tabelka wyżej k k i k s ) Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych - 6 -
Odpowiednie parametry należy podzielić przez siebie za pomocą bloku Divide (Function Pallete, Programming, Numeric) Create/Indicator 12. Ostatecznie program powinien wyglądać tak: 13. Zrealizować pełną wersję programu. Skomentować poszczególne etapy tworzenia programu. 14. Określić częstotliwość próbkowania i liczbę rejestrowanych próbek. Skomentować wybór. 15. Zweryfikować podłączenie układu pomiarowego. W odpowiedniej kolejności: włączyć zasilanie oscyloskopu włączyć zasilanie generatora/częstościomierza ustawić zadane parametry testowanego sygnału (rodzaj sygnału: sinusoida/trójkąt/prostokąt, częstotliwość f x, amplitudę A x, składową stałą U DC ) (proponowane wartości: sinus, f x =1kHz, A x =1V, U DC =0.5V zadane wartości koniecznie zweryfikować na ekranie oscyloskopu!) podłączyć sygnał testowy f x do wejścia AI0..7 karty akwizycji USB 6009 wybiera prowadzący). 16. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów dokonać oceny podstawowych parametrów mierzonych sygnałów (amplituda, wartość średnia, wartość skuteczna ze składową stałą, wartość skuteczna sygnału zmiennego, wartość maksymalna, czas obserwacji, współczynnik szczytu oraz kształtu) dla trzech kształtów przebiegów (sinus, trójkąt, prostokąt). Opracować wyniki pomiarów. Zagadnienia do omówienia na zakończenie zajęć: 1. Omów tryb podłączenia sygnałów do modułu USB-6009 (RSE, Differential) 2. Jaka jest rozdzielczość modułu USB-6009, z jaką dokładnością otrzymano wyniki pomiarów? 3. Porównaj wartości teoretyczne i praktyczne współczynników kształtu i szczytu. 4. Podaj obliczone parametry napięciowe i czasowe badanych sygnałów. Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych - 7 -
Parametry sygnałów okresowych Nazwa parametru Wzór definicyjny Uwagi Wartość średnia X n 1 1 1 0 x( t )dt n i 0 X i x(t) przebieg czasowy sygnału; okres zmienności sygnału n liczba próbek na lub k Wartość średnia sygnału wyprostowanego X n 1 1 1 x(t ) dt X i n i 0 x( t ) - wartość bezwzględna sygnału Wartość maksymalna X m max x(t ) Wartość skuteczna n 1 1 2 1 2 X x ( t ) dt X X i wartość skuteczna i-tej i n harmonicznej 0 i 0 Współczynnik szczytu k s X X m Współczynnik kształtu X X kk k k~ - dla sygnałów z zerową X X wartością średnią k k ~ Przykładowe wartości parametry sygnałów okresowych Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych - 8 -