Конец упражнения 1-1.
D. Общее представление о согласовании сигналов
Вы не всегда сможете подключить сигнал непосредственно к устройству сбора данных. Возможно, что для точного измерения вам понадобится дополнительно изменить сигнал, чтобы согласовать его параметры с требованиями ко входному сигналу устройства сбора данных.
Согласование сигналов – одна из наиболее важных технологий в системе измерений и автоматизации. Она обеспечивает интерфейс между сигналами/датчиками и измерительной системой. Используя внешний интерфейс согласования сигналов компании National Instruments, вы объедините многочисленные технологии в одной платформе, увеличивая тем самым число и типы доступных измерений.
В зависимости от скорости сбора данных, типов сигналов/датчиков и числа каналов вашего приложения вы можете выбрать системы согласования сигналов SCXI или SCC компании National Instruments.
Для приложений с большим числом каналов или систем, требующих больших скоростей сбора данных, вы можете выбрать модули согласования сигналов для контрольно-измерительной аппаратуры (Signal Conditioning eXtensions for Instrumentation – SCXI). SCXI – проверенная временем платформа, используемая инженерами и учеными с 1991 года и насчитывающая в своём составе более 25 модулей.
Система Signal Conditioning Components (SCC) компании National Instruments – идеальное решение для мобильных измерительных комплексов, требующих небольшого или среднего количества каналов. Вы можете выбрать подходящее решение из более чем 30 одно- и двухканальных модулей.
За большей информацией о SCXI решениях и другом оборудовании для согласования сигналов обращайтесь на Интернет страничку ni.com/sigcon.
Большинству измерительных преобразователей для выполнения работы необходим некоторый класс дополнительного внешнего оборудования. Например, терморезисторам необходим ток возбуждения, тензодатчикам необходима мостовая схема, состоящая из резисторов и называемая мостом Уитстона. Согласование сигналов – это процесс измерения и управления сигналами с целью улучшения точности, создания развязки, фильтрации и т.д.
Для измерения сигналов, поступающих от датчиков, вам необходимо преобразовать их в форму, наиболее подходящую для устройств сбора данных. Например, выходное напряжение большинства термопар очень мало и чувствительно к шуму. Поэтому вам понадобится предварительное усиление сигнала перед его оцифровкой. Усиление – одна из форм согласования сигналов. Самыми распространенными типами согласования сигналов являются усиление, линеаризация, возбуждение (запитка) преобразователя и гальваническая развязка (изоляция).
На рисунке 1-1 показаны наиболее распространенные типы измерительных преобразователей и сигналов, а также типы согласования сигналов, которые каждый из них требует.
Рисунок 1-1. Распространенные типы преобразователей/сигналов и типы согласования.
Усиление
Усиление – наиболее распространенный тип согласования сигналов. Усиление электрических сигналов увеличивает точность в результирующем оцифрованном сигнале и уменьшает влияние шумов. Типичным примером является сигнал с термопары, напряжение которого находится в диапазоне нескольких милливольт.
Если вы подадите сигнал от термопары непосредственно на устройство сбора данных (УСД), то изменение температуры на один - два градуса такая система может не обнаружить. Используя усиление, вы получите сигнал, лучше соответствующий рабочему диапазону УСД. Усиление сигнала может осуществляться непосредственно самим устройством сбора данных или внешним усилителем – например, модулем SCXI (помеченного на рисунке 1-2 как «Внешний Усилитель») в непосредственной близости от источника сигнала.
Для достижения наибольшей возможной точности и увеличения отношения сигнал/шум (signal-to-noise ratio – SNR) сигнал необходимо усилить таким образом, чтобы его максимальная амплитуда равнялась максимальному диапазону входного сигнала аналого-цифрового преобразователя УСД.
Рисунок 1-2. Усиление сигнала вблизи его источника с целью увеличения отношения сигнал/шум
В случае усиления сигнала самим УСД измеряться и оцифровываться будет не только сам сигнал, но и помехи, которые могут наводиться на соединительные провода, что ухудшит соотношение сигнал/шум. Усиление сигнала в непосредственной близости от его источника с использованием внешнего усилителя (например, модуля SCXI) уменьшает вредное влияние шума на сигнал, и в этом случае оцифрованный результат точнее соответствует слабому исходному сигналу. Обратитесь на страницу ni.com/info и введите информационный код exd2hc для получения дополнительной информации об аналоговых сигналах.
|
Полезный совет Существует несколько способов уменьшения шума:
|
