Villamos jelek mintavételezése, feldolgozása (ellenállás mérés LabVIEW támogatással) LabVIEW 7.1 2. előadás Dr. Iványi Miklósné, egyetemi tanár LabVIEW-7.1 EA-2/1
Ellenállás mérés és adatbeolvasás Rn ismert mért adat Un,Ux U i = n Rn U, R x x = i gerjesztésu s U válaszjelek U külső forrás n x ach0 ach1 LabVIEW-7.1 EA-2/2
Ellenállás mérés és adatbeolvasás feladatai 1. A mintavételező kártya méréshatárinak beállítása, 2. A villamos hálózatról beolvasott jel mintavételezése, 3. A beolvasott jel mintavételezésének ellenőrzése, 4. A mérési feladat elvégzése. LabVIEW-7.1 EA-2/3
A mintavételezési kártya-(built in) fs=200 khz LabVIEW-7.1 EA-2/4
A mérési adatbeolvasás típusa A mintavételezési kártya I A mért érték a nulla potenciálhoz viszonyított abszolút eltérés A mérési határ A mért érték a két pont potenciál különbsége, relatív érték - a maximális és minimális feszültség szintek, amelyek között az ADC (ADC = Analog to Digital Converter) a jel átalakítását, digitalizálását végzi. - A mérés-adatgyűjtő kártyák változtatható méréshatárai tipikusan +/-10 V, +/-5 V értékhez tartanak, - ezeken belül adjuk meg azokat a mérés határokat, amelyekkel adott felbontás mellett a legpontosabban mérhetjük meg a jelet. LabVIEW-7.1 EA-2/5
Resolution (felbontás, pontosság) A mintavételezési kártya II A bitek száma amelyet a mérés-adatgyűjtő analóg/digitális átalakító (ADC = Analog to Digital Converter) használ, hogy az analóg jelet ábrázolja. pl. 3 bites ADC a mérési határt digitalizálja, azaz 2 3 =8 részre osztja, a 8 bite felbontású kártya a méréshatárt 2 8 =256 részre osztja, a 12 bite felbontású kártya a méréshatárt 2 12 =4096 részre osztja. 1. Példa, Mekkora az a legkisebb feszültés érték, amelyet még mérni lehet egy 4 bites AD kártyával, ha a méréshatár -10V-tól +10 V-ig terjed. Megoldás, A 4 bites AD kártya a 20 V mérési tartományt 2 4 =16 részre osztja, tehát a legkisebb mérhető feszültség DU=20/16=1,25 V. 2. Példa, Egy 6 bites AD kártyával mekkora %-os relatív pontosság érhető el. Megoldás, A 6 bites kártya felbontása 2 6 =64, azaz a 1/64*100=1,5625 %-os pontosság érhető el. LabVIEW-7.1 EA-2/6
Gain (Erősítés)) A mintavételezési kártya III Az erősítés alkalmazásával lecsökkenthető az ADC bemeneti mérési határa, ezzel biztosítható, hogy az ADC a lehető legtöbb digitális osztást alkalmazza a jel ábrázolásához. Például, 3 bites ADC esetén ha a mérési határok 0 és +10 Volt, akkor erősítés nélkül, egyszeres erősítéssel az ADC csak négy osztást használ a nyolc lehetségesből. Digitalizálás előtt felerősítve a jelet kétszeres erősítéssel az ADC használni tudja mind a nyolc osztást, a digitális ábrázolás sokkal pontosabb. Ebben az esetben a kártya tényleges bemeneti méréshatára 0 és +5 Volt lettek, mivel bármilyen +5 Volt-nál nagyobb jel kétszeres erősítéssel az ADC bemenetén +10 Volt-nál nagyobb jelet eredményez. Az erősítés mértéke általában 0,5; 1.0; 10; 100. LabVIEW-7.1 EA-2/7
A mintavételezési kártya IV Gain (Erősítés) A DAQ kártyán lehetséges mérési határok, a felbontás és az erősítés meghatározzák a legkisebb érzékelhető bemeneti feszültség nagyságát. U min = mérési határok különbsége erösités 2 felbontás ( bitekben) Példa, 12 bites DAQ kártya, 0-tól +10 V méréshatárral egyszeres erősítéssel 10/4096=0,0024 V=2,4 mv változást még érzékel, kétszeres erősítéssel 1,2 mv a legkisebb érzékelt változás. Példa 12 bites DAQ kártya +/-10V méréshatárral kétszeres erősítéssel 20/(2*4096)= 0,0048 V változást érzékel. Példa, 12 bites kártya 0-10V méréshatárral, 10 szeres erősítéssel 10/(10*4096)=0,000244 V=0,244 mv legkisebb változást tud érzékelni. LabVIEW-7.1 EA-2/8
A mintavételezési kártya V Sampling rate (a mintavételezés sebessége, a mintavételezés frekvenciája) A mintavételezés sebessége=az analóg-digitális átalakítás ADConverzió gyakorisága, f s. Jól mintavételezett jel Rosszul mintavételezett jel A Nyquist-féle mintavételezési elv szerint a bejövő jelből a teljes visszaállíthatósághoz olyan fs frekvenciával kell mintát venni, amely (minimálisan) kétszer nagyobb, mint a bejövő jel legmagasabb frekvenciájú komponense, azaz a periódikus jel periódusidejéhez tartozó 1/T p =f p </= f S /2 Példa, Tp=25 ms periódusidejű jelből milyen f S mintavételezési frekvenciával kell mintát venni, hogy rekonstruálható legyen. Megoldás, f p =1/Tp=40 Hz, ezért f S >/=80 Hz. LabVIEW-7.1 EA-2/9
page 32 LabVIEW-7.1 EA-2/10 A 'Built in' mintavételezési kártya csatlakozási pontjai
A mintavételezési kártya méréshatárának beállítása I LabVIEW-7.1 EA-2/11
A mintavételezési kártya méréshatárának beállítása II LabVIEW-7.1 EA-2/12
LabVIEW 7.1 grafikus program nyelv valódi és virtuális műszerekkel való mérések, jelfeldolgozás LabVIEW-7.1 EA-2/13
LabVIEW-7.1 EA-2/14
National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Anlog In/ LabVIEW-7.1 EA-2/15
National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Anlog In/ LabVIEW-7.1 EA-2/16
National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Anlog In/ LabVIEW-7.1 EA-2/17
National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Anlog In/ LabVIEW-7.1 EA-2/18
Analóg adatbeolvasás, Blokk diagram (2a) LabVIEW-7.1 EA-2/19
Analóg adatbeolvasás DAQmx Create Virtual Chanel.vi LabVIEW-7.1 EA-2/20
Analóg adatbeolvasás DAQmx Timing.vi LabVIEW-7.1 EA-2/21
Analóg adatbeolvasás DAQmx Start Task.vi LabVIEW-7.1 EA-2/22
Analóg adatbeolvasás DAQmx Read.vi LabVIEW-7.1 EA-2/23
Analóg adatbeolvasás DAQmx Clear.vi LabVIEW-7.1 EA-2/24
Analóg adatbeolvasás Simple Error Handler.vi LabVIEW-7.1 EA-2/25
Analóg adatbeolvasás, Front panel LabVIEW-7.1 EA-2/26
A válasz jelek rögzítése I, tömb feltöltése (2b) LabVIEW-7.1 EA-2/27
A válasz jelek rögzítése II, maximális érték LabVIEW-7.1 EA-2/28
A válasz jelek rögzítése III, adatsor file-ba mentése LabVIEW-7.1 EA-2/29
Válasz jelek a front panelen LabVIEW-7.1 EA-2/30
Válasz jelek a front panelen LabVIEW-7.1 EA-2/31
Virtuális gerjesztő jel előállításának grafikus programja mérés LabVIEW-7.1 EA-2/32
A középértékek összehasonlítása LabVIEW-7.1 EA-2/33
Az ellenállás mérés programja "Block Diagram" LabVIEW-7.1 EA-2/34
Az ellenállás mérés programja Front Panel" LabVIEW-7.1 EA-2/35
Az ellenállás mérés megvalósítása C A B LabVIEW-7.1 EA-2/36
Az ellenállás mérés megvalósítása LabVIEW-7.1 EA-2/37
Az ellenállás mérés megvalósítása LabVIEW-7.1 EA-2/38
Az ellenállás mérés megvalósítása C ~ 220V R x U x 1kΩ B U n A B LabVIEW-7.1 EA-2/39
Az ellenállás mérésmegvalósítása,a 'Built in' mérőkártya bekötése LabVIEW-7.1 EA-2/40
Az ellenállás mérésmegvalósítása,a 'Built in' mérőkártya bekötése LabVIEW-7.1 EA-2/41
A mérési elrendezés megvalósítása LabVIEW-7.1 EA-2/42
A 2. villamos mérés feladatai (LV7-1) 1. feladat, Tekintse át a mérésben szereplő elektronikus áramkört, csatlakoztassa mérési pontjait az adatgyűjtő kártyára. Ellenőrizze a csatornák méréshatárait, valamint a program analog input moduljainak beállításait. 2. feladat, Építse meg az 1D jelgenerátort, és határozza meg a jel abszolút középértéke alapján a mintavételezés adatait. 3. feladat, Változatlan gerjesztés mellett változtassa az Rx ellenállás értékét és vegye fel a beállítható tartomány 10 különböző mérési pontja alapján az Rx ismeretlen ellenállás Ux(i) feszültség-áram karakterisztikáját és ábrázolja lineáris-lineáris grafikonon. 4. feladat, Az előző feladat adatsora alapján, lineáris-lineáris grafikonon ábrázolja az Ux(Rx) kapcsolatot, azaz az ellenállás Ux feszültségét az Rx ellenállás függvényében. 5. feladat: Az Rx ellenállás valamely értéke mellett határozza meg a mért Ux feszültség amplitúdóra normalizált abszolút értékét. Csatolja a programrészlet diagramjának képét is, amellyel a feladatot megoldotta. Hasonlítsa össze a virtuális jelgenerátorral kapott értékkel! Hozzon floppy lemezt/usb flash pendrive-ot az adatsorok, grafikonok mentéséhez! Készítsen jegyzőkönyvet az oktató által kiválasztott mérésről! LabVIEW-7.1 EA-2/43
Irodalom 1. Szakonyi L. Jelek és Rendszerek I. Pécsi Tudományegyetem, 2002. 2. Szakonyi L. Jelek és Rendszerek, II. Pécsi Tudományegyetem, 2002. 3. Fodor Gy. Jelek és Rendszerek Műegyetemi Kiadó, 1999. 4. Schnell L. Jelek és Rendszerek Méréstechnikája Műegyetemi Kiadó, 1998. 5. www.ni.com/labview LabVIEW-7.1 EA-2/44
A mérés blokk diagramja (programja) LabVIEW-7.1 EA-2/45
A mérési program, front panell LabVIEW-7.1 EA-2/46
Az ellenállás mérés eredményei U i = s, U x = R + R n x ir x R R x x = 0, i = = R U R n n U = max, U = 0, = 0, max, i = n = min, U x = irx = max, Rx = R max Rn + Rx x R x, LabVIEW-7.1 EA-2/47
Az ellenállás mérés eredményei A mért feszültség és a számított áram kapcsolata A mért feszültség és a számított ellenállás kapcsolata LabVIEW-7.1 EA-2/48