Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych

Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych
Problemy teoretyczne:
 Pomiar parametrów napięciowych sygnałów za pomocą karty kontrolno pomiarowej
oraz programu LabVIEW (prawo Shanona – Kotielnikowa). Obsługa interfejsów
komunikacyjnych w środowisku LabVIEW.
 Definicje podstawowych parametrów napięciowych (wartość średnia, wartość średnia
wyprostowana, wartość skuteczna, współczynnik szczytu (ks), i współczynnik kształtu
(kk)).
 Budowa prostych przyrządów wirtualnych, jako składnika komputerowych systemów
pomiarowych. Budowa wirtualnego oscyloskopu cyfrowego.
Program ćwiczenia:
1. Uruchomić mikrokomputer PC – system operacyjny WINDOWS XP – i zalogować się
w systemie, jako użytkownik student (bez hasła).
2. W folderze C:\PWFwE\ założyć unikalny folder dla grupy laboratoryjnej (tylko w tym
folderze można dokonywać zapisów i modyfikacji własnych plików).
3. Po wysłuchaniu wprowadzenia teoretycznego z godnie z poleceniami prowadzącego
wykonać zadane ćwiczenia w środowisku LabVIEW. Napisać program do obsługi karty
pomiarowej. Karta pomiarowa, którą podłączamy do komputera kablem USB.
4. Na wejście karty pomiarowej podłączamy generator. Teraz włączamy program
LABVIEW (pojawią się dwa okna Front Panel i Block Diagram) przechodzimy do Block
Diagram i klikamy prawym klawiszem, uaktywni się okno Function Palet wchodzimy w
ikonę Ekspres a następnie Input i wybieramy DAQ Assistant jak niżej:
Następnie pojawi się kolejne okno:
Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych
-1-
Sygnał
wejściowy
Sygnał
wyjściowy
wybór rodzaju wejść –
analogowe
wypieramy Analog Input
wybór wielkości wejściowej
– napięcie
wybieramy Voltage
Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych
-2-
RSE – sposób
podłączenia
sygnału do karty
wybór liczby próbek
oraz częstotliwości
próbkowania fs
Do podłączenia czujników jednak wykorzystywane są tylko dwa tryby omówione poniżej.
Tryb Differential (różnicowy) pozwala na zmierzenia różnicy potencjałów w odniesieniu do
różnych mas (znajdujących się na różnych potencjałach). W tym trybie ilość wejść wynosi 8,
ponieważ każdy z zacisków podłącza się do dwóch wejść karty (na wejście plusa i minusa
wzmacniacza).
Podłączenie modułu w trybie Differential
W trybie RSE jest do dyspozycji 16 wejść. Każde z nich porównywane jest
z masą karty pomiarowej, taką samą dla wszystkich wejść analogowych.
Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych
-3-
Podłączenie modułu w trybie RSE
WYBIERAMY TRYB RSE!
5. Podłączmy do bloku DAQ Assistant dwie kontrolki (dane we), które będą odpowiedzialne
za ustalenie częstotliwość próbkowania i ilość próbek. Klikając prawy klawiszem myszy
na we rate wybieramy Create/Control, nazywamy to wejście częstotliwość próbkowania.
Powtarzamy czynność dla drugiego we number of sample, klikamy prawym klawiszem
na wejściu i wybieramy opcję Create/Control, nazywamy to wejście liczba próbek.
Częstotliwość
próbkowania
Ilość próbek
Wyjście
dane
dynamiczne
6. Klikamy prawym klawiszem myszy na wy data wyjścia danych i wybieramy
Create/Graph Indicato. Następnie należy wyznaczyć obliczyć wartość średnią. Do tego
celu służy blok Mean. Szukamy bloku Mean (prawy klawisz na Block Diagramie,
pojawia się okno Function Palette, w górnym rogu znajduje się zakładka Serach,
wybierając ją można znaleźć poszukiwany obiekt). Blok Mean łączymy go z wyjściem
danych. Otrzymana wartość jest składową stałą analizowanego przebiegu (U DC).
Create/Indicator
Pojawi nam się nam przed tym blokiem blok konwertujący dane dynamiczne.
.
Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych
-4-
UWAGA!!!
Przy zaznaczonym dowolnym bloku, klikając w znak zapytania, znajdujący się
w prawym górnym rogu ekranu, można uzyskać informację, o tym jak działa wybrany
blok (Contex Help/ Detailed Help). Proszę zapoznać się z działaniem bloku Mean. Do
sprawozdania wpisać wzór, według, którego wyznaczona została wartość średnia.
7. Od tablicy z danymi wyjściowymi odejmujemy składową stałą (centrowanie sygnału).
8. Wartość skuteczną sygnału (zarówno sygnału zmiennego jak i składowej stałej) można
wyznaczyć za pomocą bloku RMS. Do sprawozdania proszę wpisać wzór, według
którego została wyznaczona wartość skuteczna.
9. Aby wyznaczyć wartość skuteczna sygnału zmiennego (RMS) i wartość maksymalną
(Array Max &Min), należy poszukiwane bloki dołączyć do wycentrowanych danych
(danych wejściowych bez składowej stałej).
Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych
-5-
Create/Indicator
10. Wartość średnią wyprostowaną można obliczyć wyznaczając wartość średnią z modułu
sygnału wejściowego po wycentrowaniu. Do tego celu trzeba wstawić blok Absolute
Value (Function Pallete, Programming, Numeric), a następnie obliczyć wartość średnią,
korzystając z bloku Mean.
Create/Indicator
11. Aby wyznaczyć współczynniki szczytu i kształtu należy odpowiednie wartości podzielić
przez siebie tak (patrz tabelka wyżej kk i ks)
Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych
-6-
Odpowiednie parametry należy podzielić przez siebie za pomocą bloku Divide (Function
Pallete, Programming, Numeric)
Create/Indicator
12. Ostatecznie program powinien wyglądać tak:
13. Zrealizować pełną wersję programu. Skomentować poszczególne etapy tworzenia
programu.
14. Określić częstotliwość próbkowania i liczbę rejestrowanych próbek. Skomentować wybór.
15. Zweryfikować podłączenie układu pomiarowego. W odpowiedniej kolejności:
 włączyć zasilanie oscyloskopu
 włączyć zasilanie generatora/częstościomierza
 ustawić
zadane
parametry
testowanego
sygnału
(rodzaj
sygnału:
sinusoida/trójkąt/prostokąt, częstotliwość fx, amplitudę Ax, składową stałą UDC)
(proponowane wartości: sinus, fx=1kHz, Ax=1V, UDC=0.5V – zadane wartości
koniecznie zweryfikować na ekranie oscyloskopu !)
 podłączyć sygnał testowy fx do wejścia AI0..7 karty akwizycji USB 6009 wybiera
prowadzący).
16. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów dokonać oceny podstawowych parametrów
mierzonych sygnałów (amplituda, wartość średnia, wartość skuteczna ze składową stałą,
wartość skuteczna sygnału zmiennego, wartość maksymalna, czas obserwacji,
współczynnik szczytu oraz kształtu) dla trzech kształtów przebiegów (sinus, trójkąt,
prostokąt). Opracować wyniki pomiarów.
Zagadnienia do omówienia na zakończenie zajęć:
1. Omów tryb podłączenia sygnałów do modułu USB-6009 (RSE, Differential)
2. Jaka jest rozdzielczość modułu USB-6009, z jaką dokładnością otrzymano wyniki
pomiarów?
3. Porównaj wartości teoretyczne i praktyczne współczynników kształtu i szczytu.
4. Podaj obliczone parametry napięciowe i czasowe badanych sygnałów.
Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych
-7-
Parametry sygnałów okresowych
Nazwa parametru
Wzór definicyjny
Uwagi
Wartość średnia
1
1 n 1
X   x( t ) dt   X i
T 0
n i 0
Wartość średnia sygnału
wyprostowanego
X 
T
Wartość maksymalna
1
1 n1
x
(
t
)
dt

 Xi
T
n i 0
1 2
1 n 1 2
X 
x
(
t
)
dt

 Xi
T 0
n i 0
ks 
Współczynnik szczytu
Współczynnik kształtu
x( t ) - wartość bezwzględna
sygnału
X m  max x( t )
T
Wartość skuteczna
x(t)–przebieg czasowy sygnału;
T – okres zmienności sygnału
n – liczba próbek na T lub kT
kk 
X
X
Xi – wartość skuteczna i-tej
harmonicznej
Xm
X
kk ~ 
X
X
kk~ - dla sygnałów z zerową
wartością średnią
Przykładowe wartości parametry sygnałów okresowych
Podstawy budowy wirtualnych przyrządów pomiarowych
-8-