4. Основы измерений

Рис. 4.2. Плавающий источник сигнала

4.3.Кондиционирование сигналов

Под кондиционированием сигналов следует понимать процесс предварительной обработки сигналов с целью улучшения точности измерений, качества изоляции цепей (развязки), фильтрации и т.д.

Чтобы измерять сигналы с датчиков, необходимо преобразовать их в форму, которую может воспринять устройство аналого-цифрового преобразования. Например, у большинства термопар выходное напряжение очень мало и соизмеримо с шумом. Следовательно, перед оцифровкой такого сигнала его необходимо усилить. Усиление является одной из форм кондиционирования. К другим типовым разновидностям кондиционирования сигналов относятся линеаризация, возбуждение датчика, развязка.

На рис. 4.3. показаны некоторые распространенные типы датчиков и сигналов и требуемые для них виды кондиционирования.

Усиление является наиболее часто применяемой разновидностью кондиционирования сигналов, позволяющей уменьшить влияние помех и повысить точность представления сигнала после оцифровки.

Для увеличения отношения сигнал/помеха усиление сигналов низкого уровня в устройстве сбора данных (DAQ) или в модуле кондиционирования (SCXI) должно производиться как можно ближе к источнику сигнала (на рис. 4.4 усилитель показан внешним). При этом наивысшая точность измерений может быть достигнута, если диапазон изменения усиленного напряжения соответствует максимальному диапазону входных напряжений аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

4. Основы измерений

Рис. 4.4. Для увеличения отношения сигнал/помеха усиление сигнала производится непосредственно у источника

(DAQ – устройство сбора данных, MUX – мультиплексор, ADC – АЦП)

Если сигнал усиливается в устройстве сбора данных (DAQ), то аналого-цифровому преобразованию подвергается сумма сигнала и помехи, которая может быть наведена на соединительные проводники, поэтому отношение сигнал/помеха уменьшается. Однако если сигнал усиливать непосредственно у источника с помощью модуля кондиционирования (SCXI), помеха искажает сигнал в меньшей степени и можно получить лучшее цифровое представление значений слабого сигнала. Подробную информацию об аналоговых сигналах можно найти на сайте National Instruments ni.com/info по ключу exd2hc.

Рекомендации. Существует несколько способов уменьшения помех:

·Использовать экранированные кабели или кабели из витых пар.

·Уменьшать длину проводников для минимизации наводимых помех.

·Располагать сигнальные проводники подальше от силовых питающих кабелей и мониторов для уменьшения помехи 50 или 60 Гц.

4.3.2.Линеаризация

Многие датчики, такие как термопары, обладают нелинейной зависимостью выходного сигнала от измеряемой величины. LabVIEW позволяет линеаризовать напряжение, поступающее от датчиков, так что можно легко отмасштабировать значения напряжения в единицах измеряемой величины. В LabVIEW имеются функции, обеспечивающие масштабирование сигналов от датчиков деформации, терморезисторов, термопар и термисторов.