Установка коэффициента усиления в LabView
Завершите создание ВП, снимающего данные с термопары, которую вы присоединили к SCXI-1125/SCXI-1327. Этот ВП демонстрирует программное управление КУ каждого из каналов, путем подстройки диапазона изменения сигнала (верхнего и нижнего пределов) в LabVIEW. Кроме этого, ВП покажет в сравнении преимущества использования усиления при получении слабых сигналов, таких как напряжение в несколько милливольт, генерируемое термопарой.
1. Запустите LabVIEW и откройте ВП SCXI-1125 Gain vs No Gain, расположенный в директории C:\Exercises\LabVIEW DAQ. Возникнет следующая лицевая панель.
2. Измените блок-диаграмму как показано на следующем рисунке.
|
a. Поместите узел свойств DAQmx Channel Property Node, расположенный в палитре Functions»All Functions»NI Measurements»DAQmx – Data Acquisition, на блок-диаграмму. Этот узел свойств считывает и/или записывает свойства, принадлежащие определенному DAQmx каналу, заданному свойством ActiveChans. Используйте четыре таких узла для установки входных пределов и считывания настроек усиления. |
|
b. Поместите ВП DAQmx Timing, расположенный в палитре Functions»All Functions»NI Measurements»DAQmx – Data Acquisition, на блок-диаграмму. Этот ВП настраивает частоту выборки (rate) и режим выборки (sample mode). Щелкните правой кнопкой мыши на вводе sample mode и выберите Create»Constant из контекстного меню. |
|
c. Поместите ВП Merge Errors, расположенный в палитре Functions»All Functions»Time & Dialog, на блок-диаграмму. Этот ВП объединяет несколько кластеров ошибок в один. |
|
d. Поместите ВП DAQmx Start Task, расположенный в палитре Functions»All Functions»NI Measurements»DAQmx – Data Acquisition, на блок-диаграмму. Этот ВП запускает выполнение задачи. |
|
e. Поместите ВП DAQmx Read, расположенный в палитре Functions»All Functions»NI Measurements»DAQmx – Data Acquisition, на блок-диаграмму. Этот полиморфный ВП считывает выборки данных. Выберите из выпадающего меню конфигуратора этого ВП опции Analog»Multiple Channels»Multiple Samples»1D Waveform. |
|
f. Поместите ВП DAQmx Stop Task, расположенный в палитре Functions»All Functions»NI Measurements»DAQmx – Data Acquisition, на блок-диаграмму. Этот ВП останавливает выполнение задачи. |
|
g. Поместите ВП Simple Error Handler, расположенный в палитре Functions»All Functions»Time & Dialog, на блок-диаграмму. В случае возникновения ошибки этот ВП вызовет диалоговое окно с информацией об ошибке и месте ее возникновения. |
|
h. Поместите функцию Wait until Next ms Multiple, расположенную в палитре Functions»All Functions»Time & Dialog, на блок-диаграмму. Эта функция делает паузу на время, кратное целому числу, умноженному на значение ввода в единицах миллисекунд, и управляет скоростью выполнения цикла по условию. Установите значение ввода равным 100. |
|
i. Поместите функцию Or, расположенную в палитре Functions»Arithmetic & Comparison»Express Boolean, на блок-диаграмму. |
|
j. Поместите функцию Unbundle by Name, расположенную в палитре Functions»All Functions»Cluster, на блок-диаграмму. Эта функция возвращает логическое значение статуса ошибки status. При возникновении ошибки выполнение цикла будет остановлено. |
3. Сохраните ВП.
4. На лицевой панели установите следующие значения для элементов управления:
частота выборки: 1000
#выборок на канал (буфер): 1000
Верхний и нижний пределы:
–Температура 1:
Верхний предел: 0.00200
Нижний предел: –0.00200
–Температура 2:
Верхний предел: 5.00000
Нижний предел: –5.00000
5. Запустите ВП.
6. Обратите внимание на настройки усиления двух каналов. Дотроньтесь пальцем о термопары и посмотрите на разницу в показаниях двух каналов на развертке осциллограмм. Это можно видеть на следующем рисунке.
7. Остановите ВП. Измените значение Верхний предел датчика Температура 2 на 1.00000, а Нижний предел тоже датчика Температура 2 на –1.00000. Снова запустите ВП.
8. Снова дотроньтесь до термопары и обратите особое внимание на диапазон изменения сигнала в канале CH 1. Теперь вы не сможете точно определить разность напряжений между двумя уровнями. Эта ситуация показана на следующем рисунке.
Вы не сможете точно определить разность напряжений между двумя уровнями из-за шага дискретизации – наименьшего изменения сигнала, которое может зафиксировать система. Диапазон в 2 вольта (–1.00 В до 1.00 В) делится на произведение усиления (5.00) и разрешающей способности (212), что приводит к шагу дискретизации в 0.097 мВ.
9. Обратите внимание на измененные настройки КУ для канала Температура 2. Поэкспериментируйте с ВП, останавливая его и изменяя значения верхних и нижних пределов, и посмотрите, как это влияет на КУ и принимаемые сигналы.
10. Сохраните и закройте ВП после окончания работы.
Конец упражнения 5-2
D. Фильтрация
Системы согласования сигналов могут включать фильтры для удаления нежелательных помех в определенном частотном диапазоне. Практически все приложения по сбору данных подвержены влиянию помех на частоте 50 Гц, которые наводятся линиями питания и оборудованием. Поэтому большинство систем согласования сигналов содержат фильтры нижних частот (ФНЧ), спроектированных специально для удаления помех на частоте 50 Гц. Например, модуль SCXI-1125 содержит ФНЧ с полосой пропускания 4 Гц, так что подавление шума на частоте 50 Гц осуществляется с наибольшей эффективностью (- 90 дБ).
Фильтры в основном делятся на пять категорий: фильтр нижних частот, фильтр верхних частот, полосовой фильтр, заграждающий фильтр и фазовый фильтр. Эта классификация возникла по частотному диапазону (или полосе) сигналов, которые фильтр пропускает без ослабления. Поскольку большинство модулей согласования сигналов компании National Instruments используют ФНЧ, в данном разделе основное внимание сфокусировано на ФНЧ.
Идеальный ФНЧ не ослабляет компонент сигнала с частотами в полосе пропускания (ПП), которая определяется как частотный диапазон ниже частоты среза. Зато полностью подавляет все частотные компоненты в полосе режекции, которая имеет частотный диапазон выше частоты среза. Фазовый сдвиг идеального ФНЧ имеет линейную зависимость от частоты. Линейность фазы означает, что все частотные компоненты сигнала будут иметь одинаковую постоянную временную задержку, что не приведет к искажению формы сигнала. Реальные фильтры действуют на сигнал подобно математическому умножению его на передаточную функцию, приближенно совпадающую с характеристиками идеального фильтра. На следующей иллюстрации приведено сравнение ослабляющих свойств передаточных функций реального и идеального фильтров.
Как видно из рисунка, реальный фильтр имеет волнистость (неравномерность ослабления в зависимости от частоты) в полосе пропускания, переходную область между полосами пропускания и режекции, и полосу режекции с конечным ослаблением и волнистостью.
Кроме этого, реальные фильтры имеют некоторую нелинейность фазово-частотной характеристики (ФЧХ), что означает большую задержку более высокочастотных компонент по сравнению с низкочастотными компонентами. В результате появятся искажения формы сигнала. Это явление можно наблюдать, если пропустить прямоугольный сигнал или сигнал в виде ступеньки через ФНЧ. Идеальный фильтр сгладит фронты сигнала. Реальный фильтр вызовет переходные процессы в сигнале из-за большей задержки высокочастотных компонент. Следующая иллюстрация показывает примеры откликов ФНЧ на ступенчатый сигнал.
