Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Metal Work Pneumatic
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Przewodnik po kondycjonowaniu sygnałów analogowych z sensorów, część 3

ghost666 30 Kwi 2015 15:34 1089 0
  • Kluczowe aspekty projektowania i budowy systemu kondycjonowania sygnałów pomiarowych

    Podczas projektowania dowolnego systemu kondycjonowania sygnałów pomiarowych, koniecznie pamiętać trzeba, iż niektóre ze zmiennych, które mają wpływ na poprawne działanie systemu wynikają z systemów kondycjonowania, które opisano w https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3021392.html poprzedniej części artykułu, a inne są bardziej związane z samą implementacją systemu i sposobem jego konstrukcji. Przeoczenie tych związków może mieć negatywny wpływ na czas projektowania i prototypowania systemu, a także koszt całego procesu.

    Integracja

    Możliwość łatwej integracji systemów kondycjonowania sygnałów analogowych z resztą projektowanego systemu pomiarowego jest niezwykle istotne. Zrozumienie interakcji pomiędzy różnymi komponentami toru pomiarowego pozwala na lepsze określenie jakie będą spodziewane rezultaty działania i jak radzić sobie z tymi mniej spodziewanymi. Rozpoczynając od sensora, poprzez wszystkie elementy toru analogowego, do przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC) i dalej, poprzez system cyfrowy do procesora - każdy element toru ma istotne znaczenie dla poprawnego działania systemu i może być źródłem błędów pomiarowych czy ogólnego obniżenia parametrów pomiaru. Za każdym razem, gdy tylko to możliwe, należy dążyć do integracji systemów pomiarowych w pojedynczy moduł, co pozwala na zmniejszenie wzajemnego wpływu innych elementów na tor pomiarowy i przekłada się na zmniejszenie ryzyka występowania niepożądanych zachowań projektowanego układu. Przykładem takiego rozwiązania jest integracja w jeden moduł systemów kondycjonowania sygnału analogowego i przetwornika ADC.

    Połączenia

    Podłączanie sygnałów do modułu kondycjonującego może być istotnym problemem, jeśli nie rozważy się tej kwestii wcześniej. Z jednej strony, pamiętać należy, że system powinien zapewniać szeroki zakres typów złącz używanych do podłączania sensorów. Typowo używa się wielu konektorów, zależnie od aplikacji - dedykowane złącza do termopar, konektory śrubowe, złącza BNC - jednakże ostatnio do tej listy dołączyło wiele nowych, mniej popularnych w tej aplikacji standardów, takich jak złącza D-SUB, RJ45/50, mini-XLR czy złącza LEMO. Zaprojektowanie urządzenia, które umożliwia podłączanie różnych sensorów, zapewnia prostą integrację systemu z różnymi sensorami, a także zmniejsza późniejsze koszty związane z utrzymaniem układu czy jego modernizacją.

    Rozbudowa

    Poprzez stworzenie modułowej architektury projektowanego systemu, możliwe jest elastyczne zarządzanie rodzajem kanałów pomiarowych i ich ilością w urządzeniu. Architektura oparta na zaimplementowaniu od razu nadmiarowych funkcjonalności może wymagać ogromnego nakładu środków, jeśli konieczne będzie wprowadzenie nawet drobnych zmian do projektu.





    Rozważmy to na przykładzie systemu zbierania danych odnośnie temperatury. Początkowo zaimplementujemy w nim termoparę, z uwagi na jej szeroki zakres pomiarowy, jednakże po jakimś czasie pracy systemu okazać się może, że potrzebny jest sensor o wyższej dokładności, zatem konieczna jest zmiana termopary na inny sensor, na przykład półprzewodnikowy RTD, tak aby docelowy pomiar wykazywał się wyższą dokładnością. Oznacza to, że konieczne jest dodanie do systemu układu wzbudzającego sensor określonym prądem. Jeśli nasz układ jest modułowy, wystarczy podmienić moduł termoparowy na inny, odpowiedni do nowego rodzaju sensora. Jednakże jeśli w układzie zaimplementujemy na stałe tory analogowe, odpowiednie do współpracy z termoparami, to jedyne co nam pozostaje to wykorzystywać tylko sensory tego rodzaju, albo przebudować gruntownie cały układ, co wiąże się ze zwiększonym nakładem finansowym.

    Izolacja

    Gdy mierzony sygnał analogowy jest albo w postaci wysokiego napięcia, albo mogą pojawiać się w nim takie impulsy, koniecznie zastosować trzeba izolację galwaniczną pomiędzy sygnałami wejściowymi, a resztą systemu. Niedostateczna izolacja w urządzeniu może narazić na uraz operatora układu, albo spowodować jego uszkodzenie, bądź niepoprawne odczyty całego systemu akwizycji danych.

    Podczas oceny jaki system izolacji zastosowany musi być w urządzeniu, konieczna jest dokładna wiedza na temat napięć występujących na wejściu układu oraz zakres napięć bezpiecznych dla układów scalonych w torze analogowym układu. Producenci modułowych systemów pomiarowych zazwyczaj dołączają do swojego układu informacje na temat zakresu bezpiecznych napięć wejściowych i wystawiają stosowne certyfikaty, informujące, że ich produkt spełnia standardy przemysłowe dotyczące izolacji układu. Jeśli rozumie się dokładnie wymagania układu oraz opisywane standardy, bez problemu zaprojektować można izolowany system pomiarowy.

    Pasmo przenoszenia

    Podczas projektowania czy specyfikowania parametrów systemu akwizycji danych, koniecznie trzeba upewnić się, że pasmo opisywanego systemu jest dostatecznie szerokie, aby zapewnić odpowiednią przepustowość dla wszystkich kanałów pomiarowych, włącznie z tymi, które będzie można dodać do układu w późniejszym czasie. Pasmo systemu zazwyczaj opisuje się w ilości próbek na sekundę (czyli w hercach). Aby obliczyć, jakie jest wymagane pasmo wystarczy przemnożyć przez siebie maksymalną ilość kanałów w urządzeniu przez wymaganą prędkość próbkowania każdego z kanałów.

    Projektując czy specyfikując systemy do kondycjonowania sygnałów analogowych, konieczne jest także uwzględnienie dodatkowych czynników mających wpływ na pasmo systemu. Na przykład w przypadku sensora ciśnienia, na wyjściu którego wartości napięcia są dosyć wysokie nie wymaga wzmacniacza, jednakże wysoka impedancja wyjściowa tego rodzaju sensora powoduje, że czas ustalania się napięcia wyjściowego jest dosyć duży, co przekłada się na spowolnienie całego systemu. Jeśli nie uwzględni się tego zjawiska, może powodować to niepoprawne odczyty, jeśli sygnał próbkowany będzie zbyt szybko, ponieważ kondensator w układzie nie zdąży się naładować i rozładować do wymaganego napięcia. Aby uniknąć takich problemów można w torze analogowym tego rodzaju sensora wbudować bufor (wtórnik napięciowy), który pozwoli na zmniejszenie impedancji widzianej przez tor analogowy i umożliwi uzyskanie wymaganej prędkości próbkowania.

    Oprogramowanie

    Dużą częścią kosztów systemu pomiarowego jest opracowanie odpowiedniej aplikacji. Możliwe jest zminimalizowanie tych kosztów, poprzez opracowanie jej w ramach dedykowanego do tego celu środowiska, co znacznie upraszcza i przyspiesza proces tworzenia oprogramowania. Dodatkowo, na przykład w przypadku sensorów naprężenia, można procedury takie jak zerowanie pomiaru zawrzeć w oprogramowaniu, co znacznie uprości konstrukcję toru analogowego i zmniejszy koszty systemu. Środowiska programistyczne, takie jak LabVIEW, są dedykowane do tworzenia tego rodzaju aplikacji. Dzięki ich optymalizacji pozwalają na szybkie tworzenie potrzebnych programów, co pozwala na redukcję kosztów całego systemu.

    Konfiguracja i instalacja

    Wszystkie systemy kondycjonowania sygnałów analogowych powinny być proste do implementacji. Nie powinno się marnować czasu na systemy wymagające dużo czasu na instalację czy konfigurację urządzenia. Idealny system kondycjonowania sensorów, powinien automatycznie rozpoznawać podłączone sensory, sprawdzać jakie moduły są zainstalowane i zapewniać odpowiednie oprogramowanie, pozwalające na zdalną konfigurację. Oprogramowanie to powinno także umożliwiać skalowanie i konfigurację poszczególnych kanałów.

    Kalibracja

    Aby umożliwić maksymalizację dokładności pomiaru konieczne jest okresowe kalibrowanie całego systemu akwizycji danych. Większość systemów kalibrowana jest podczas produkcji, jednakże ich dokładność zmniejsza się z czasem na skutek starzenia się układów i dryftu wartości elementów. Większość dostępnych komercyjnie układów posiada wbudowane precyzyjne źródła napięcia odniesienia, co umożliwia precyzyjną kompensację zmian w układzie. To idealne rozwiązanie jeśli chodzi o krótkoczasowe zmiany - metoda ta stosowana jest do regularnego sprawdzania poprawności działania urządzenia. Pamiętać jednakże trzeba, że nawet te precyzyjne źródła napięciowe dryfują z czasem, zatem nie może to zastąpić zewnętrznej okresowej kalibracji układu, zapewniającej powtarzalność działania rok po roku.

    Jeśli dostępne jest dedykowane laboratorium metrologiczne, to łatwo można zrealizować opisaną w dokumentacji układu procedurę kalibracyjną. Jednakże jeśli placówka taka albo dokumentacja nie jest dostępna lub inżynier który zaprojektował system nie jest obecny, kalibracja układu może być kosztowna i problematyczna. Dobry system kondycjonowania danych musi mieć aktualną i dostępną specyfikację procedury kalibracji, co pozwoli uniknąć późniejszych problemów.

    Utrzymanie

    Po sfinalizowaniu projektu systemu kondycjonowania sygnałów sensorów, konieczne jest złożenie wszystkich informacji w jeden dokument. Naprawy, rozbudowa czy powielanie systemu byłoby niemożliwe, bez tej dokumentacji. Firma musi być przygotowana na przykład na wypadek, gdyby inżynier projektujący ten system zmienił miejsce pracy lub projekt którym się zajmuje. Opracowanie odpowiedniej dokumentacji także pozwala na opracowanie i opisanie odpowiednich procedur, co pozwoli na minimalizację czasu i nakładu środków, potrzebnych na bieżące naprawy i modyfikacje układu pomiarowego. Jakkolwiek większość firm dostarczających scalone, modułowe rozwiązania systemów kondycjonowania sygnałów pomiarowych dostarczają tego rodzaju dokumentację, to konieczne jest zawsze sprawdzenie czy jest ona kompletna i czy zawiera wszystkie informacje odnośnie sposobu połączenia modułów itp.

    Źródło:

    http://download.ni.com/evaluation/signal_cond...ing/20712_Benefits_of_Integrated_SC_WP_HL.pdf


    Fajne! Ranking DIY
  • Metal Work Pneumatic
  Szukaj w 5mln produktów