Урок 7 Основы измерений

+

Vs

–

Заземление

Рис. 7-2. Заземленный источник сигнала.

Примечание Потенциалы земли у двух независимо заземленных источников сигнала в общем случае не равны. Разность потенциалов земли для приборов, подключенных к системе заземления здания в разных точках, обычно составляет от 10 до 200 мВ. При неправильном включении в сеть мощной нагрузки эта величина может быть еще выше. Неравенство потенциалов приводит к образованию так называемого контура заземления (ground loop).

Плавающий источник сигнала

Напряжение плавающего источника сигнала (floating signal source) не привязано к общей земле (рис. 7-3). Типичными примерами таких источников служат батареи, термопары, трансформаторы и изолирующие усилители. Обратите внимание, что на рис. 7-3 ни один из выводов источника не соединен с землей электрической розетки, как на рис. 7-2. Каждый вывод имеет потенциал, не зависящий от потенциала системной земли.

+

Vs

–

Заземление

Рис. 7-3. Плавающий источник сигнала.

Формирование сигнала

Формирование сигнала (signal conditioning) — это предварительная обработка сигнала, направленная на повышение точности измерений, например, фильтрация, изоляция и т. д. Многие автономные приборы и устройства DAQ имеют встроенные схемы формирования сигналов. Для формирования сигналов можно также использовать внешнюю схему или специализированное устройство. National Instruments предлагает для этих целей устройства SCXI и другие. Для иллюстрирования материала этого раздела будут приводиться ссылки на различные устройства DAQ и SCXI.

Чтобы сигнал с датчика можно было надежно измерить, его необходимо согласовать со входом измерительного устройства. Например, выходное напряжение большинства термопар очень мало и подвержено влиянию шумов. Следовательно, перед оцифровкой сигнал термопары нужно усилить. Это усиление является разновидностью формирования сигнала. Стандартными операциями

Урок 7 Основы измерений

по формированию сигнала являются усиление, линеаризация, возбуждение датчика и изоляция (гальваническая развязка).

На рис. 7-4 показано, какое формирование требуется для некоторых распространенных типов датчиков и сигналов.

Рис. 7-4. Часто применяемые способы формирования сигналов.

Усиление

Усиление (amplification) — это самый распространенный способ формирования сигнала. Усиление электрических сигналов повышает точность оцифровки и уменьшает влияние шума.

Сигнал должен усиливаться как можно ближе к источнику. Если усиливать сигнал вблизи измерительного устройства, все шумы, добавленные к сигналу, тоже будут усилены. Усиление вблизи источника дает лучшее отношение сигнал/шум (SNR, signal-to-noise ratio). Для достижения максимальной точности оцифровки размах сигнала после усиления должен совпадать с максимальным входным диапазоном аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Наводки

Рис. 7-5. Усиление сигнала.

Если усиливать сигнал в устройстве DAQ непосредственно перед оцифровкой, то SNR может ухудшиться из-за наводок на кабель. Но