Automatizált frekvenciaátviteli mérőrendszer

Átírás

1 Rendszertechnikai átviteli karakterisztika számítógépes mérése Automatizált frekvenciaátviteli mérőrendszer Samu Krisztián, BME-FOT megvalósítása Labview fejlesztőkörnyezetben Gyakori műszaki feladat, egy villamos rendszer frekvenciaátvitelének meghatározása mérés útján. A frekvenciaátviteli mérés során, a rendszer ki- és bemeneti jeleinek, a frekvenciátől függő erősítési, illetve fázisbeli karakterisztikáját mérjük fel. Ennek szükségessége felmerülhet egy villamos áramkör vagy berendezés: -tesztelése, -fejlesztése, -valamint javítása, illetve karbantartása során. A kézi kimérés igen idő- és számításigényes feladat. A mérendő berendezés bemeneti fekvenciáját lépésenként változtava határozható csak meg a rendszer erősítése, és fázistolása. A mérni kívánt frekvenciasáv nagyságától függően, több száz mintavételre is szükség lehet a pontos méréshez, így kézenfekvő megoldás lehet a mérés automatizálása. 1. ábra A mérési elrendezés A mérések automatizációja során a számítógép és a megfelelő (számítógéppel is irányítható) műszerekkel felállítható az 1. ábrán látható elrendezés. A mérőrendszert alkotó elemek a következők: PC, Hewlett Packard oszcilloszkóp és frekvenciagenerátor. Az rendszer vezérlése Labview nyelven írt programmal történik. Az adatátvitel a műszerek és a számítógép között soros porton folyik. A program kezelőfelülete többablakos rendszerű. A Labview sok típusú kezelőszervének köszönhetően, az alkalmazás nagymértékben felhasználóbarát. A vezérlés legördülő menüből történik az alábbi pontokban: Főlap -súgó -status bar

2 Mérés Kiértékelés Mentés Betöltés mérési paraméterek beállítása: -frekvencisáv kiválasztása -mintavételi sűrűség megadása -egyedi frekvenciasorozat megadása -a mérés folyamán külön állapotablakból, grafikusan is figyelemmel kísérhetjük a vezérlés folyamatát. -a mérési adatsorok értékelése Bode-iagram formájában -a görbék numerikus kiértékelése -görbék kinyomtatása -aktuális mérés mentése -régebbi mérés betöltése. ábra A fő és kiértékelő ablak A program tesztelése és alkalmazása során bebizonyosodott a létrehozott automatizált rendszer hatékonysága, ami a mérés gyorsaságban és az alkalmazás egyszerű kezelhetőségében valósult meg. A Labview használatával, az alkalmazás fejlesztése sokkal rövidebb időt vett igénybe, mint amennyire szükség volt hasonló feladatoknál, de más programnyelvek alkalmazásával. A fejlesztés során sok segítséget nyújtottak a Labview-ban szereplő műszereknek (így a HP eszközeinek is) a megfelelő típusokra már előre kifejlesztett kezelő rutinjai. Samu Krisztián, BME, GK, V. évf., Konzulens: Valenta László

3 Rendszertechnikai átviteli karakterisztika számítógépes mérése Készítette: Samu Krisztián Konzulens: Valenta László Temesvár, 000. A tdk célja Felhasználási területek TARTALOM: A mechanikai-villamos analógia (alkalmazás a gépészetben) A Bode-diagram számítása A Bode-diagram kimérése A Bode-mérő program moduljai és a program bemutatása A Bode-számító program és a program bemutatása Értékelés 1

4 A tdk célja: Gyors frekvencia átviteli mérőrendszer létrehozása A mérés számítógépesen automatizált legyen Egyszerű, felhasználóbarát kezelés Mérés ellenőrzési lehetősége Felhasználási területek: Gépészeti rendszerek analógián alapuló mérése Ismeretlen áramkörök azonosítása Áramkörök hibaellenőrzése Áramkörök tesztelése

5 Villamos-mechanikai analógia (alkalmazás a gépészetben) : Gépészeti rsz. ferkvenciaátviteli mérése nehézkes, ezért: Mech. rsz. csomóponti lineáris átírása Analóg villamos rsz. felírása Villamos rendszer megépítése passzív elemekből Áramkör automatizált Bode-mérése A Bode-diagram számítása (1): Fizikai rendszerek frekvenciatulajdonságának a vizsgálata A rendszer válaszának ábrázolása két diagramban Amplitúdódiagramerősítési tényező Fázisdiagram-jel eltolása 3

6 A Bode-diagram számítása (): Y jω x x ki be jω jω A fizikai rendszerek modelljei alpján felírható a frekvenciaátviteli függvény. A jω [db] 0log Yjω ImY jω arctg Re Y jω jω A frekv. fv. ismeretében számítható az amplitúdó... és a fázistolás. A Bode diagram kimérése (1): Mérőrendszer összeállítása Kétcsatornás oszcilloszkóp, fv. generátor u be, u ki (Au ki /u be ) és lemérése Frekvenciánként mért értékekből amplitúdó, és fázis diagram 4

7 A Bode diagram kimérése (): Az automatizált mérési elv A Bode-mérő program moduljai: Az automatizált mérési algoritmus Kiértékelő, tároló (mentő és betöltő), nyomtatási algoritmusok 5

8 A Bode-mérő program bemutatása: A gombra kattintva indul a Labview 5.1 nyelven íródott program: Bode.llb A Bode-számító program (ellenőrzési célra): Mechanikai rendszer általános átviteli függvénye Az átviteli fv. valós és képzetes részéből már számítható a Bode diagram egy pontja Frekvenciasorozat pontjaiból számított A(j) és (j) ábrázolása ReY ω ImY ω ω A(jω) B(jω) C D(jω) E(jω) F Y C Aω F Dω F Dω E ω EBω ω BF Dω EC Aω F Dω E ω 6

9 A Bode-számító program bemutatása: A gombra kattintva indul a Labview 5.1 nyelven íródott program: bode_ell.llb Értékelés: A két módszerrel mért eredmények összehasonlítása Számított diagram Nyolc áramkör egyezett diagramja Mért diagram 7

10 VÉGE! Köszönöm figyelmüket és türelmüket! 8