KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

Podobne dokumenty
KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

METROLOGIA. Dr inż. Eligiusz PAWŁOWSKI Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

METROLOGIA. Dr inż. Eligiusz PAWŁOWSKI Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

Wejścia analogowe w sterownikach, regulatorach, układach automatyki

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

Liniowe układy scalone. Wykład 2 Wzmacniacze różnicowe i sumujące

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

Ćw. 7 Wyznaczanie parametrów rzeczywistych wzmacniaczy operacyjnych (płytka wzm. I)

PODSTAWY ELEKTRONIKI I TECHNIKI CYFROWEJ

EL_w05: Wzmacniacze operacyjne rzeczywiste

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Wydział Elektryczny. Temat i plan wykładu. Politechnika Białostocka. Wzmacniacze

Badanie właściwości wysokorozdzielczych przetworników analogowo-cyfrowych w systemie programowalnym FPGA. Autor: Daniel Słowik

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

Wzmacniacz operacyjny

WIECZOROWE STUDIA NIESTACJONARNE LABORATORIUM UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH

Liniowe układy scalone. Wykład 4 Parametry wzmacniaczy operacyjnych

METROLOGIA. Dr inż. Eligiusz PAWŁOWSKI Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki

Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych cz. 2 wzmacniacze pomiarowe (instrumentacyjne)

Zastosowania liniowe wzmacniaczy operacyjnych

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

Politechnika Gdańska WYDZIAŁ ELEKTRONIKI TELEKOMUNIKACJI I INFORMATYKI. Katedra Metrologii i Optoelektroniki. Metrologia. Ilustracje do wykładu

Wyjścia analogowe w sterownikach, regulatorach

Laboratorium elektroniki i miernictwa

Podstawy elektroniki i metrologii

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Symulacja sygnału czujnika z wyjściem częstotliwościowym w stanach dynamicznych

Zespół Szkół Łączności w Krakowie. Badanie parametrów wzmacniacza mocy. Nr w dzienniku. Imię i nazwisko

Zastosowanie procesorów AVR firmy ATMEL w cyfrowych pomiarach częstotliwości

Wzmacniacze. Klasyfikacja wzmacniaczy Wtórniki Wzmacniacz różnicowy Wzmacniacz operacyjny

Komputerowe systemy pomiarowe. Podstawowe elementy sprzętowe elektronicznych układów pomiarowych

Wzmacniacze różnicowe

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

Liniowe układy scalone w technice cyfrowej

OPBOX ver USB 2.0 Miniaturowy Ultradźwiękowy system akwizycji danych ze

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

METROLOGIA. Dr inż. Eligiusz PAWŁOWSKI Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki

XXXII Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej. XXXII Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej

Tranzystory bipolarne. Właściwości dynamiczne wzmacniaczy w układzie wspólnego emitera.

Wzmacniacze operacyjne

Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Katedra Elektroniki

Podstawowe układy elektroniczne

Laboratorium Elektroniczna aparatura Medyczna

Wzmacniacze operacyjne

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

M-1TI. PRECYZYJNY PRZETWORNIK RTD, TC, R, U NA SYGNAŁ ANALOGOWY 4-20mA Z SEPARACJĄ GALWANICZNĄ. 2

ĆWICZENIE NR 1 TEMAT: Wyznaczanie parametrów i charakterystyk wzmacniacza z tranzystorem unipolarnym

Zakres wymaganych wiadomości do testów z przedmiotu Metrologia. Wprowadzenie do obsługi multimetrów analogowych i cyfrowych

Podstawy obsługi oscyloskopu cyfrowego

Układy akwizycji danych. Komparatory napięcia Przykłady układów

Ćwiczenie 2: pomiar charakterystyk i częstotliwości granicznych wzmacniacza napięcia REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Wzmacniacze operacyjne

Filtry aktywne filtr środkowoprzepustowy

METROLOGIA. Dr inż. Eligiusz PAWŁOWSKI Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki

WZMACNIACZ OPERACYJNY

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie wzmacniacza różnicowego i określenie parametrów wzmacniacza operacyjnego

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, WYDZIAŁ PPT I-21 LABORATORIUM Z PODSTAW ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI 2

WOLTOMIERZ CYFROWY. Metoda czasowa prosta. gdzie: stała całkowania integratora. stąd: Ponieważ z. int

TRANZYSTOROWY UKŁAD RÓŻNICOWY (DN 031A)

WZMACNIACZ NAPIĘCIOWY RC

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

Temat: Wzmacniacze operacyjne wprowadzenie

Ćwiczenie 2a. Pomiar napięcia z izolacją galwaniczną Doświadczalne badania charakterystyk układów pomiarowych CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

DTR.SP-02 APLISENS PRODUKCJA PRZETWORNIKÓW CIŚNIENIA I APARATURY POMIAROWEJ DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA

Sterowniki Programowalne (SP)

LDPS-12ME LISTWOWY DWUPRZEWODOWY PRZETWORNIK SYGNAŁOWY DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA. Wrocław, marzec 2003 r.

Moduł wejść/wyjść VersaPoint

Politechnika Białostocka

Część 5. Mieszane analogowo-cyfrowe układy sterowania

Pomiary wielkości nieelektrycznych Kod przedmiotu

Ćwiczenie nr 65. Badanie wzmacniacza mocy

Przetworniki C/A. Ryszard J. Barczyński, 2016 Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Wymiar: Forma: Semestr: 30 h wykład VII 30 h laboratoria VII

Przetwornik temperatury RT-01

Politechnika Gdańska Wydział Chemiczny Gdańsk, dnia r

Analiza właściwości filtra selektywnego

Sensoryka i pomiary przemysłowe Kod przedmiotu

ĆWICZENIE 14 BADANIE SCALONYCH WZMACNIACZY OPERACYJNYCH

ZASADA DZIAŁANIA miernika V-640

ĆWICZENIE 15 BADANIE WZMACNIACZY MOCY MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

4. Schemat układu pomiarowego do badania przetwornika

Tranzystory bipolarne. Właściwości wzmacniaczy w układzie wspólnego kolektora.

PL B1. Sposób oceny dokładności transformacji indukcyjnych przekładników prądowych dla prądów odkształconych. POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Łódź, PL

Przetwornica SEPIC. Single-Ended Primary Inductance Converter z przełączanym jednym końcem cewki pierwotnej Zalety. Wady

Stacjonarne Wszystkie Katedra Fizyki dr Medard Makrenek. Inny / Techniczny Obowiązkowy Polski Semestr szósty. Semestr letni Statystyka, Fizyka I Nie

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Transkrypt:

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE Dr inż. Eligiusz PAWŁOWSKI Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki Prezentacja do wykładu dla EMNS - ITwE Semestr letni Wykład nr 6

Prawo autorskie Niniejsze materiały podlegają ochronie zgodnie z Ustawą o prawie autorskim i prawach pokrewnych (Dz.U. 1994 nr 24 poz. 83 z późniejszymi zmianami). Materiał te udostępniam do celów dydaktycznych jako materiały pomocnicze do wykładu z przedmiotu Komputerowe Systemy Pomiarowe prowadzonego dla studentów Wydziału Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Lubelskiej. Mogą z nich również korzystać inne osoby zainteresowane tą tematyką. Do tego celu materiały te można bez ograniczeń przeglądać, drukować i kopiować wyłącznie w całości. Wykorzystywanie tych materiałów bez zgody autora w inny sposób i do innych celów niż te, do których zostały udostępnione, jest zabronione. W szczególności niedopuszczalne jest: usuwanie nazwiska autora, edytowanie treści, kopiowanie fragmentów i wykorzystywanie w całości lub w części do własnych publikacji. Eligiusz Pawłowski KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 2

Uwagi dydaktyczne Niniejsza prezentacja stanowi tylko i wyłącznie materiały pomocnicze do wykładu z przedmiotu Komputerowe Systemy Pomiarowe prowadzonego dla studentów Wydziału Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Lubelskiej. Udostępnienie studentom tej prezentacji nie zwalnia ich z konieczności sporządzania własnych notatek z wykładów ani też nie zastępuje samodzielnego studiowania obowiązujących podręczników. Tym samym zawartość niniejszej prezentacji w szczególności nie może być traktowana jako zakres materiału obowiązujący na egzaminie. Na egzaminie obowiązujący jest zakres materiału faktycznie wyłożony podczas wykładu oraz zawarty w odpowiadających mu fragmentach podręczników podanych w wykazie literatury do wykładu. Eligiusz Pawłowski KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 3

Współpraca przetwornika A/C z komputerem c.d. Przypomnienie tematyki poprzedniego wykładu. Problemy współpracy przetwornika A/C z komputerem: 1-Taktowanie procesora i przetwornika sygnałami zegarowymi pochodzącymi z różnych źródeł, 2-Asynchroniczna realizacja algorytmu w komputerze względem algorytmu sterującego przetwornikiem A/C, 3-Konieczność zapewnienia czasu na wykonanie pomiaru. KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 4

Organizacja współpracy przetwornika A/C z komputerem Metody współpracy przetwornika A/C z komputerem: Omówione na poprzednim wykładzie: 1-Prosta obsługa przetwornika z opóźnieniem czasowym na wykonanie pomiaru, 2-Programowe sprawdzanie stanu przetwornika (ang. polling), Na dzisiejszym wykładzie: 3-Sygnalizacja wykonania pomiaru poprzez system przerwań, 4-Wykorzystanie bezpośredniego dostępu do pamięci DMA. KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 5

Sygnalizacja wykonania pomiaru poprzez system przerwań Sygnalizacja wykonania pomiaru poprzez system przerwań, zestawienie sygnałów sterujących KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 6

Sygnalizacja wykonania pomiaru poprzez system przerwań Sekwencja sterująca: 1-Programowanie przetwornika, 2-Programowanie sterownika przerwań, 3-Start Pomiaru (z programu lub sygnałem zewnętrznym), 4-Realizacja innych zadań w oczekiwaniu na przerwanie, 5-Po zgłoszeniu przerwania odczyt wyniku, 6-Zapis wyniku do kolejnych komórek pamięci, 7-Sprawdzenie warunku zakończenia serii pomiarów, 8-Przetwarzanie wyników zgromadzonych w pamięci. KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 7

Sygnalizacja wykonania pomiaru poprzez system przerwań KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 8

Sygnalizacja wykonania pomiaru poprzez system przerwań KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 9

Sygnalizacja wykonania pomiaru poprzez system przerwań Właściwości: 1-Rozwiązanie bardzo szybkie, 2-Zaawansowana metoda, trudniejsza do oprogramowania, 3-Program samoczynnie dopasowuje się do szybkości przetwornika, 4-Oczekiwanie na zgłoszenie przerwania po wykonaniu pomiaru nie zajmuje czasu procesora, który może w tym czasie realizować inne zadania, 5-Możliwe wyzwalanie pomiaru z programu lub sygnałem zewnętrznym, szczególnie przy serii pomiarów. KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 10

Wykorzystanie bezpośredniego dostępu do pamięci DMA Wykorzystanie bezpośredniego dostępu do pamięci DMA, zestawienie sygnałów sterujących KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 11

Wykorzystanie bezpośredniego dostępu do pamięci DMA Sekwencja sterująca: 1-Programowanie przetwornika, 2-Programowanie sterownika DMA, 3-Start Pomiaru (z kanału DMA lub z zewnątrz), 4-Realizacja innych zadań w oczekiwaniu na koniec transmisji DMA, 5-Po zakończeniu transmisji odczyt wyników z pamięci, 6-Przetwarzanie uzyskanych wyników. KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 12

Wykorzystanie bezpośredniego dostępu do pamięci DMA KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 13

Wykorzystanie bezpośredniego dostępu do pamięci DMA KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 14

Podsumowanie tej części wykładu 1.Współpraca procesora z układem pomiarowym (przetwornikiem A/C) jest utrudniona ze względu na ich niezależne, asynchroniczne względem siebie działanie, co utrudnia efektywne wykorzystanie czasu pracy procesora. 2.Podstawowym problemem jest zsynchronizowanie pracy algorytmu procesora z algorytmem sterującym przetwornikiem A/C w chwili odczytu wyniku. 3.Najprostszym rozwiązaniem jest wprowadzenie stałego opóźnienia czasowego pomiędzy wyzwoleniem pomiaru a odczytem wyniku. 4.Stosunkowo prostym i dość skutecznym sposobem jest programowe sprawdzanie stanu urządzenia (ang. polling). 5.Dużo szybszym sposobem jest wykorzystanie systemu przerwań, co pozwala również efektywniej wykorzystać czas pracy procesora. 6.Najszybszym i najefektywniejszym czasowo rozwiązaniem jest wykorzystanie bezpośredniego dostępu do pamięci DMA. KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 15

Układy wejściowe DAQ-Cards Wzmacniacze stosowane w technice pomiarowej: 1.Wzmacniacze niesymetryczne (referenced single ended, RSE) 2.Wzmacniacze symetryczne (różnicowe, pomiarowe, instrumentalne, differential input, instrumentation amplifier) 3.Wzmacniacze izolacyjne (isolation amplifier) KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 16

NI USB-6008/6009 konfiguracja wejść analogowych KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 17 Źródło: National Instruments, http://www.ni.com/

Wzmacniacz niesymetryczny Symbol wzmacniacza niesymetrycznego Uproszczony schemat blokowy wzmacniacza niesymetrycznego KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 18

Podstawowe parametry wzmacniacza niesymetrycznego 1.Wzmocnienie napięciowe k u k = u U U wy we 2.Rezystancja wejściowa R we 3.Rezystancja wejściowa R wy R R wy we = = U I U I we we wy wy 4.Pasmo przenoszenia B u (-3dB) KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 19

Realizacja wzmacniacza niesymetrycznego Wzmocnienie napięciowe k u : k u = U U wy we = R 1 + R 1 R 2 KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 20

Wpływ rezystancji wejściowej na błędy KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 21

Wpływ rezystancji wejściowej na błędy U E we G = R we R we + R G R we /R G U/E δu 1 1/2 50% 10 0,9 10% 100 0,99 1% 1000 0,999 0,1% Dla przypomnienia: n N N w przybliżeniu δ kw - - - % 10 1 024 1 x 10 3 ~ 0,1 KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 22

Przykład NI USB-6008/6009 wejście analogowe NI USB-6008/6009 analogowy tor wejściowy KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 23 Źródło: National Instruments, http://www.ni.com/

Problemy różne potencjały punktów masy R we >> R G,R R L L + R we + R G >> R L I Z2 >> I Z1 0, I Z2 = E Z / (R L +Z UZ ) U we U G + U Z2 KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 24

Problemy sprzężenia pojemnościowe U we U G + U Z2 = U G + I Z1. R we KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 25

Problemy sprzężenia pojemnościowe - ekranowanie Uwaga! Ekran musi być uziemiony! KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 26

Problemy sprzężenia indukcyjne SEM ind = dφ dt = B ds dt + S db dt KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 27

Problemy sprzężenia indukcyjne - skrętka SEM indukowane w kolejnych oczkach skrętki odejmują się! KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 28

Problemy ekran + skrętka Zazwyczaj stosuje się oba środki jednocześnie ekranowana skrętka KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 29

Wzmacniacz symetryczny U DIF = U 1 U 2 U 1 + U U 2 CM = 2 Uproszczony schemat blokowy wzmacniacza symetrycznego KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 30

Wzmacniacz symetryczny - podstawowe parametry 1.Wzmocnienie napięciowe sygnału różnicowego k DIF (differential mode) 2.Wzmocnienie napięciowe sygnału sumacyjnego k CM (common mode) k k DIF CM U wy = CM U DIF U, U = 0 wy = DIF UCM, U = 0 3.Współczynnik tłumienia sygnału sumacyjnego CMMR (common mode rejection ratio) CMMR = 20log k k DIF CM KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 31

Wzmacniacz symetryczny - realizacja Typowy schemat wzmacniacza symetrycznego KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 32

Wzmacniacz różnicowy różne potencjały punktów masy R we >> R G,R L R L + R we + R G >> R L I Z3 >> I Z1 = I Z2 0, I Z3 = E Z / (R L +Z UZ ) U Z3 >> U Z1 = U Z2 0, U DIF = U G + U Z2 - U Z1 = U G KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 33

Problem bardzo duża składowa sumacyjna U CM Składowa sumacyjna wielokrotnie przekracza dopuszczalną wartość wzmacniacz ulega zniszczeniu KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 34

Wzmacniacz izolacyjny Uproszczony schemat blokowy wzmacniacza izolacyjnego niesymetrycznego KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 35

Podstawowe parametry wzmacniacza izolacyjnego 1.Rezystancja izolacji R IZOL =10 6.. 10 9 Ω 2.Maksymalne napięcie sumacyjne U CM =250V.. 5kV 3.Prąd upływu I UP = 10-5.. 10-6 A KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 36

Podsumowanie z zakresu wzmacniaczy 1. W technice pomiarowej stosuje się różnego rodzaju wzmacniacze: niesymetryczne (single ended), symetryczne (różnicowe, pomiarowe, instrumentalne, differential input, instrumentation amplifier) oraz izolacyjne (isolation amplifier). 2. Do najważniejszych parametrów wzmacniaczy stosowanych w pomiarach należą: wzmocnienie napięciowe, rezystancje wejściowa i wyjściowa, pasmo przenoszenia. Dla wzmacniaczy różnicowych istotnym parametrem jest także współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego (CMRR, Common-Mode Rejection Ratio). 3. Źródłem błędów w układzie pomiarowym ze wzmacniaczem może być: zbyt mała rezystancja wejściowa, zbyt duża rezystancja wyjściowa (rzadko), różne potencjały punktów masy w układzie, sprzężenia pojemnościowe i indukcyjne z siecią energetyczną 50Hz, duży poziom sygnału wspólnego. 4. Większość problemów można uniknąć stosując wzmacniacze różnicowe lub izolacyjne, ekranowanie układów i przewodów, skrętki przewodów oraz odpowiednio uziemiając układ. KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 37

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ KSP, zjazd 6 dr inż. Eligiusz Pawłowski 38