Что из перечисленного является компонентом DAQ-устройства?
Схема аналогового ввода
Шина передачи данных
RAM
Схема счетчика
Встроенные fifo
Все DAQmx VI и узлы свойств доступны из палитры NI-DAQmx.
Да
Нет
Шаг квантования по уровню определяет, насколько близок результат измерения к истинному значению.
Да
Нет
Заметки
3
3. Аналоговый ввод
В этой лекции рассматриваются решения, которые вы должны принять при дискретизации аналогового входного сигнала, и описываются возможности LabVIEW по работе с NI-DAQmx VI. В этой лекции также описываются теория и принципы аналогового и цифрового запуска.
Темы
Заземление
Дискретизация
Поточечный сбор данных с программной синхронизацией
Архитектура DAQ-устройств
Получение конечной выборки данных с буферизацией
Непрерывный буферизированный сбор данных
Запуск
A. Заземление
Для получения точных и свободных от помех результатов измерений необходимо знать природу источника сигнала, подходящие для измерений конфигурацию DAQ-устройства и схему подключения. На рисунке 3-1 показана типичная система сбора данных. Целостность полученных данных зависит от всего пути распространения аналогового сигнала.
Рисунок 3-1. Типичная DAQ-система
Physical Phenomena – физическая величина, Temperature - температура, Pressure, - давление, Flow – расход, Displacement – перемещение, Light Intensity – интенсивность света, Density- плотность, Transducer – датчик (измерительный преобразователь), Voltage – напряжение, Current – ток, Resistance – сопротивление, Capacitance – емкость, Signal Conditioning – преобразование (согласование) сигналов, Data Acquisition Board or Measurement System – модуль сбора данных или измерительная система, Wiring – соединительные проводники
Чтобы охватить широкий диапазон приложений, большинство DAQ-устройств обладают определенной гибкостью конфигурирования узлов аналогового ввода. Эта гибкость может привести к затруднениям при сравнении преимуществ различных конфигураций и выборе подходящей для создаваемого приложения конфигурации. В этой части курса вы изучите разновидности конфигураций аналогового ввода, доступные в DAQ-устройствах, и узнаете, как выбрать и использовать конфигурацию, наилучшим образом соответствующую создаваемому приложению. Понимание типов источников сигналов и измерительных систем – предпосылка для применения правильных методов измерений.
Типы источников сигнала
Для аналогового ввода используются заземленные и плавающие источники сигнала.
Заземленные источники сигнала
Заземленный источник сигнала – такой, в котором сигналы напряжения снимаются относительно заземления системы, например, заземления в грунте или заземления здания, как показано на рисунке 3-2.
Рисунок 3-2. Заземленный источник сигнала
Ground – земля
Заземленные источники используют системную землю, то есть, имеют общую цепь заземления с измерительным прибором. Наиболее распространенные примеры заземленных источников – это устройства, подключаемые к заземлению здания через настенные розетки, например, генераторы сигналов и источники питания.
|
Примечание: Точки заземления двух независимо заземленных источников сигналов, как правило, обладают разными потенциалами. Разность потенциалов между двумя приборами, подключенными к одной и той же цепи заземления здания, обычно составляет от 10 мВ до 200 мВ. Разность может быть больше, если схемы распределения питания подключены неправильно. Это является причиной появления паразитных контуров заземления. |
Плавающие источники сигналов
У плавающего источника сигнала выходное напряжение не связано с общей цепью заземления, заземления в грунте или заземления здания, как показано на рисунке 3-3.
Рисунок 3-3. Плавающий источник сигнала
Ground – земля
Распространенными примерами плавающих источников являются гальванические элементы, термопары, трансформаторы и изолирующие усилители. Обратите внимание на то, что на рис. 3-3 ни один из выводов источника не подключен к цепи заземления через настенную розетку, как у источника на рис. 3-2. Каждый терминал независим от заземления системы.
Типы измерительных систем
Наиболее распространенный электрический аналог схемы согласования (преобразования) сигналов – это датчик с выходным сигналом по напряжению. Преобразование в другие электрические величины, например, в ток или частоту, может происходить в случаях, когда сигнал должен передаваться по длинным кабелям в неблагоприятных условиях. Практически во всех случаях в конечном счете преобразованный сигнал перед измерением преобразуется обратно в напряжение. Поэтому важно понимать, что представляет собой источник сигнала напряжения.
Сигнал напряжения измеряется как разность потенциалов между двумя точками, как показано на рисунке 3-4.
Рисунок 3-4. Измерительная система
Measurement System –измерительная система
Вы настраиваете измерительную систему в соответствии с особенностями используемого оборудования и выполняемых измерений.
Дифференциальная измерительная система
Измерительные системы с дифференциальными входами используются совместно с плавающими (незаземленными) источниками сигнала. Ни один из дифференциальных входов измерительной системы не соединен с общей шиной или заземлением здания. Примерами подобных систем являются портативные приборы с батарейным питанием и устройства сбора данных с инструментальными (измерительными) усилителями.
Типичное устройство производства National Instruments, в котором реализована 8-канальная измерительная система с дифференциальными входами, показано на рис. 3-5. Аналоговые мультиплексоры (MUX) в измерительных цепях позволяют увеличить количество измерительных каналов, при этом достаточно одного инструментального усилителя. На рис. 3-5 вывод AIGND (заземление цепей аналогового ввода) является заземлением измерительной системы.
Рисунок 3-5. Восьмиканальная дифференциальная измерительная система
MUX – мультиплексор, Instrumentation Amplifier – инструментальный усилитель
Идеальная дифференциальная измерительная система реагирует только на разность потенциалов между двумя входами – положительным (+) и отрицательным (–). Синфазное напряжение – любое напряжение, измеренное относительно земли инструментального усилителя, присутствующее на обоих входах усилителя. Идеальная дифференциальная измерительная система полностью подавляет, или не измеряет, синфазное напряжение. Подавление синфазного напряжения полезно, поскольку оно часто вносится, как нежелательная помеха, в цепи соединения схем измерительной систем.
Однако несколько факторов, такие, как диапазон синфазного напряжении и коэффициент подавления синфазного напряжения (CMRR) ограничивают возможность реальных дифференциальных измерительных систем подавлять синфазное напряжение.
Синфазное напряжение
Диапазон синфазного напряжение ограничивает допустимый диапазон напряжения на каждом входе относительно земли измерительной системы. Нарушение этого ограничения может привести не только к погрешностям измерений, но и к выходу из строя компонентов прибора. Синфазное напряжение (Vcm) определяется следующим уравнением:
Vcm = (V+ + V–) / 2
где V+ - напряжение на неинвертирующем терминале, а V– - напряжение на инвертирующем терминале измерительной системы относительно системной земли.
Коэффициент подавления синфазного сигнала
Коэффициент подавления синфазного напряжения (CMRR) определяет способность дифференциальной измерительной системы подавлять синфазный сигнал. CMRR зависит от частоты и, как правило, уменьшается с увеличением частоты. Чем больше CMRR, тем лучше усилитель может извлекать дифференциальный сигнал в присутствии синфазной помехи. Использование симметричной схемы может оптимизировать CMRR. Большинство DAQ-устройств задают CMRR до частоты линий силового электропитания, которая равна 60 Гц. В следующем уравнении описывается CMRR в децибелах (дБ):
На рисунке 3-6 показана простая цепь, для которой CMRR в децибелах рассчитывается как:
где V+ + V– = Vcm
Рисунок 3-6. Иллюстрация синфазного напряжения