Villamosságtan | Felsőoktatás » Villamos jelek mintavételezése, feldolgozása

Villamos jelek mintavételezése, feldolgozása (ellenállás mérés LabVIEW támogatással) LabVIEW 7.1 2. előadás Dr. Iványi Miklósné, egyetemi tanár Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/1 Ellenállás mérés és adatbeolvasás R n − ismert mért adat U n , U x i= Un U , Rx = x Rn i gerjesztés U s − külső forrás ⎧U ach0 válaszjelek ⎨ n ⎩U x ach1 Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék 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 Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/3 A mintavételezési kártya-(Built in) fs=200 kHz Pécsi

Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/4 A mintavételezési kártya I A mérési adatbeolvasás típusa A mért érték a nulla potenciálhoz viszonyított abszolút eltérés A mért érték a két pont potenciál különbsége, relatív érték A mérési határ - 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. Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/5 A mintavételezési kártya II Resolution (felbontás, pontosság) 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 23=8 részre osztja, a 8 bite felbontású kártya a méréshatárt 28=256 részre osztja, a 12 bite felbontású kártya a méréshatárt 212=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 24=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 26=64, azaz a 1/64*100=1,5625 %-os pontosság érhető el. Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/6 A mintavételezési kártya III Gain (Erősítés)) 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 Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék 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. Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék 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, fs. 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/Tp=fp </= fS/2 Példa, Tp=25 ms periódusidejű jelből milyen fS mintavételezési frekvenciával kell mintát venni, hogy rekonstruálható legyen. Megoldás, fp=1/Tp=40 Hz, ezért fS>/=80 Hz. Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/9 A Built in mintavételezési kártya csatlakozási pontjai page 32 Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/10 A mintavételezési kártya méréshatárának beállítása I Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/11 A mintavételezési kártya méréshatárának

beállítása II Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/12 LabVIEW 7.1 grafikus program nyelv valódi és virtuális műszerekkel való mérések, jelfeldolgozás Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/13 Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/14 National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Anlog In/ Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/15 National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Anlog In/ Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/16 National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Anlog In/ Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/17 National Instruments/LabVIEW

7.1/examples/DAQmx/Anlog In/ Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/18 Analóg adatbeolvasás, Blokk diagram (2a) Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/19 Analóg adatbeolvasás DAQmx Create Virtual Chanel.vi Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/20 Analóg adatbeolvasás DAQmx Timing.vi Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/21 Analóg adatbeolvasás DAQmx Start Task.vi Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/22 Analóg adatbeolvasás DAQmx Read.vi Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/23 Analóg adatbeolvasás DAQmx Clear.vi Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar

Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/24 Analóg adatbeolvasás Simple Error Handler.vi Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/25 Analóg adatbeolvasás, Front panel Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/26 A válasz jelek rögzítése I, tömb feltöltése (2b) Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/27 A válasz jelek rögzítése II, maximális érték Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/28 A válasz jelek rögzítése III, adatsor file-ba mentése Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/29 Válasz jelek a front panelen Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/30

Válasz jelek a front panelen Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/31 Virtuális gerjesztő jel előállításának grafikus programja mérés Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/32 A középértékek összehasonlítása Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/33 Az ellenállás mérés programja "Block Diagram" Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/34 Az ellenállás mérés programja „Front Panel" Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/35 Az ellenállás mérés megvalósítása C A B Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/36 Az ellenállás mérés

megvalósítása Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/37 Az ellenállás mérés megvalósítása Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/38 Az ellenállás mérés megvalósítása C Rx ~ 220V Ux 1kΩ B Un A Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék B LabVIEW-7.1 EA-2/39 Az ellenállás mérésmegvalósítása,a Built in mérőkártya bekötése Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/40 Az ellenállás mérésmegvalósítása,a Built in mérőkártya bekötése Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/41 A mérési elrendezés megvalósítása Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék 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! Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék 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. wwwnicom/LabVIEW Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/44 A mérés blokk diagramja (programja) Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1

EA-2/45 A mérési program, front panell Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/46 Az ellenállás mérés eredményei Us i= , U x = iR x Rn + R x Rx Rx Un i= = 0, = max, U x = 0, R x = 0, Rn Un = Rmax , i = = min, U x = iR x = max, R x = Rmax , Rn + R x Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék 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 Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék LabVIEW-7.1 EA-2/48