M – 19 - IMiUE

POLITECHNIKA L SKA
WYDZIAŁ IN YNIERII RODOWISKA I ENERGETYKI
INSTYTUT MASZYN I URZ DZE ENERGETYCZNYCH
LABORATORIUM METROLOGII
Parametry dyskretyzacji
przetworników A/C
(M – 19)
Opracował: mgr in . Janusz M DRYCH
Zatwierdził: dr in . Jan OKOŁO-KUŁAK
Zatwierdził: dr hab. in . Janusz KOTOWICZ
1. Cel wiczenia.
Celem
wiczenia jest poznanie wpływu parametrów przetwarzania sygnału
analogowego w cyfrowy na dokładno
odtworzenia jego warto ci pierwotnej.
2. Wprowadzenie.
Podstawowe poj cia i terminy zwi zane z przetwarzaniem analogowocyfrowym - patrz instrukcje do wicze M-15 i E-17.
Na dokładno
przetwarzania analogowo-cyfrowego sygnału maj
wpływ
nast puj ce parametry:
-
rozdzielczo kwantowania (dyskretyzacji w dziedzinie warto ci)
cz stotliwo próbkowania (dyskretyzacji w dziedzinie czasu)
dokładno i stało parametrów stosowanych elementów układu
wielko zakłóce
wybór odpowiedniej metody przetwarzania dla danego zastosowania
U ytkownik systemu pomiarowego najcz ciej ma wpływ na dobór jedynie dwu
pierwszych parametrów, w ograniczony sposób mo e minimalizowa wpływ
zakłóce , pozostałe s zale ne od wykonania urz dzenia przetwarzaj cego. W
przemysłowych układach pomiarów i przetwarzania sygnałów (np. temperatury,
poziomu...) stosowane s
przetworniki o rozdzielczo ci 28...214 stanów oraz
czasach przetwarzania jednej próbki 1...200ms i cz stotliwo ciach próbkowania
0.1...1 Hz, dla pomiarów wielko ci szybkozmiennych jak np. analiza drga ,
pomiary elektryczne cz stotliwo
próbkowania mo e by rz du 10 Hz.
Dla oceny jako ciowej i ilo ciowej zale no ci dokładno ci przetwarzania od
rozdzielczo ci i cz stotliwo ci próbkowania oraz zobrazowania przebiegu
czasowego
bł du
wyidealizowanego
powstaj cego
modelu
wskutek
przetwornika
obu
A/C
dyskretyzacji
pozbawionego
u yto
bł dów
wynikaj cych z ograniczonej dokładno ci elementów składowych, opó nie itp..
Modele przetworników pozwalaj ce symulowa ich działanie oraz „mierzy ”
warto
skuteczn zrealizowano jako aplikacje Matlaba. Pozwalaj na zmian
rozdzielczo ci przetwornika w dziedzinie warto ci oraz cz stotliwo ci
próbkowania, przebiegi sygnału oryginalnego, odtworzonego z próbek, oraz
bł du przedstawione s w postaci wykresów czasowych, obliczana jest tak e ich
warto
skuteczna.
Na rys 1. przedstawiono schemat blokowy modelu kwantowania w dziedzinie
warto ci sygnału. Model pozwala na okre lenie wielko ci bł du wynikaj cego z
kwantyzacji w poziomie, oraz na obserwacj kształtów sygnałów
a) otrzymanego po restauracji
b) bł du
V
rms
model
przetwornika
A/C
interpolator
f=var
V
rms
+
rozdzielczo
n bitów
V
rms
Rys. 1.
Na rys. 2. przedstawiono schemat blokowy modelu kwantowania sygnału w
czasie. Jak w poprzednim modelu mo liwe s : okre lenie warto ci bł du jak i
ocena kształtów sygnałów – otrzymanego po kwantyzacji –błedu.
V
rms
model
układu
sample-hold
f=var
V
rms
cz sto
próbkowania
+
V
rms
Rys. 2.
3. Badania i pomiary.
Uruchomi Matlaba i wczyta wskazany przez prowadz cego odpowiedni plik
modelu.
3.1 Wpływ rozdzielczo ci dyskretyzacji w dziedzinie warto ci
Nale y zmienia
warto
rozdzielczo
przetwornika (do 32 bitów - 232), odczyta
skuteczn bł du, zapozna si z wykresem bł du)
Wykre li zale no
warto ci skutecznej bł du od rozdzielczo ci przetwornika
wyra onej w bitach.
3.2 Wpływ cz stotliwo ci dyskretyzacji w dziedzinie czasu
Nale y zmienia cz stotliwo
cz stotliwo
próbkowania w zakresie 0.7 do 50×f gdzie f -
przebiegu przetwarzanego - oceni
jako ciowo dokładno
odtwarzania sygnału, dla cz stotliwo ci próbkowania z zakresu 3 do 50×f
wykre li zale no
bł du od cz stotliwo ci próbkowania.