Rozdzielczość Filtracji Mierzalna Definicja
- Szczegóły
W wielu aplikacjach pomiarów parametrów środowiskowych lub strukturalnych, takich jak temperatura czy natężenie wibracji, stosuje się dedykowane sensory tych własności. Sensory te z kolei wymagają różnego rodzaju kondycjonowania sygnałów analogowych, zanim możliwe jest podłączenie ich do układów akwizycji danych, pozwalających na efektywny i precyzyjny pomiar sygnału.
Kondycjonowanie Sygnałów Analogowych
Kondycjonowanie sygnału jest niezwykle istotnym elementem toru analogowego, umożliwiającym digitalizację sygnału analogowego. Bez analogowej optymalizacji rzeczywistych sygnałów, systemy cyfrowe nie osiągałyby wymaganej od nich precyzji pomiaru. Większość sygnałów analogowych wymaga przed digitalizacją jakiegoś rodzaju obróbki analogowej.
Kondycjonowanie sygnałów wymaga szerokiego zakresu funkcjonalności, zależnych od rodzaju wykorzystywanego sensora, zatem nie może istnieć uniwersalny układ do kondycjonowania sensorów analogowych. Na przykład termopara - wymaga linearyzacji i wzmocnienia niewielkiego sygnału napięciowego, jaki generuje. Z kolei sensory takie jak tensometry czy akcelerometry wymagają źródła sygnału wzbudzającego. Inne sygnały wymagać mogą innych zabiegów w torze analogowym.
Przykłady kondycjonowania sygnałów:
- Wzmocnienie
- Tłumienie
- Filtrowanie
- Izolacja Galwaniczna
- Sygnały Wzbudzające
- Linearyzacja
- Kompensacja Zimnego Złącza (CJC)
- Kompletowanie Mostków Sensorowych
- Multipleksowanie
Funkcje Kondycjonowania Sygnałów
Wzmacnianie
Wzmacniacze służą do zwiększenia napięcia do poziomu który pozwala na lepsze dopasowanie go do zakresu napięć wejściowych konwertera analogowo-cyfrowego (ADC) w systemie. Przekłada się to na zwiększenie rozdzielczości i czułości układu pomiarowego.
Tłumienie
Tłumienie, przeciwnie do wzmacniaczy, konieczne jest gdy napięcie którego wartość ma być digitalizowana jest większe niż maksymalne napięcie wejściowe przetwornika ADC. Tego rodzaju kondycjonowanie sygnału zmniejsza amplitudę napięcia z sensora do zakresu, który pozwala na połączenie go z przetwornikiem.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
Filtrowanie
Filtry to układy pozwalające na usuwanie szumu w pewnym, zdefiniowanym zakresie częstotliwości. Bardzo często stosuje się filtry dolnoprzepustowe do filtracji szumu w systemach pomiarowych - na przykład zakłóceń o częstotliwości równej 50 Hz, pochodzących z sieci energetycznej.
Innym, bardzo popularnym zastosowaniem dla filtrów analogowych jest zapobieganie aliasingu sygnałów o wysokiej częstotliwości na przetworniku ADC. Wykorzystuje się do tego tak zwany filtr anty-aliasingowy, który tłumi sygnały powyżej tak zwanej częstotliwości Nyquista, zależnej od częstotliwości próbkowania układu ADC. Filtry anty-aliasingowe i inne stosuje się najczęściej z sensorami, których pomiary analizuje się w przestrzeni częstotliwości - są to mikrofony i akcelerometry - w aplikacjach do pomiaru dźwięku lub np.
Izolacja Galwaniczna
Sygnały napięciowe znajdujące się sporo poza zakresem wejściowym układów odpowiedzialnych za digitalizację sygnału mogą uszkodzić system pomiarowy lub być niebezpieczne dla użytkownika. Z uwagi na ten fakt, systemy tłumienia wysokich napięć często wykorzystuje się w układach, zapewniających izolację galwaniczną. Zabezpiecza to układ i osobę go obsługującą przed wysokim napięciem.
Systemy izolacji wykorzystuje się także, gdy sensor znajduje się na potencjale innej masy niż masa systemu pomiarowego.
Sygnały Wzbudzające
Sygnały wzbudzające wymagane są przez wiele rodzajów przetworników do poprawnej pracy. Przykładem tego mogą być tensometry, akcelerometry czy termistory, które wymagają wzbudzenia w postaci stałego prądu o znanej wartości. Pomiary z wykorzystaniem termistora realizuje się dzięki temu, że przy stałym prądzie, zmienny opór tego elementu przekłada się na mierzalną zmianę napięcia.
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
Akcelerometry bardzo często mają wbudowany wzmacniacz, który wymaga wzbudzenia prądem w celu poprawnej pracy.
Linearyzacja
Linearyzacja to proces, który jest wymagany, jeśli dany sensor nie generuje sygnału napięciowego o napięciu proporcjonalnym do fizycznej wartości, która jest w ten sposób mierzona.
Kompensacja Zimnego Złącza (CJC)
Kompensacja zimnego złącza (CJC) to zabieg wymagany do poprawnej pracy termopary. Tego rodzaju sensor mierzy różnicę napięć pomiędzy dwoma różnymi metalami. To samo zjawisko powoduje, iż pomiędzy drucikami termopary, a terminalami systemu pomiarowego tworzy się inne napięcie. Procedura kompensacji zimnego złącza polega na pomiarze temperatury terminali, co pozwala na wprowadzenie odpowiednich poprawek do zmierzonej temperatury.
Kompletowanie Mostków Sensorowych
W przypadku korzystania z ćwierć- i półmostków sensorowych, konieczne jest ich kompletowanie w celu przeprowadzenia pomiaru w takim samym trybie jak w czteroelementowym mostku Wheatstona. Dedykowane do kompletowania mostków układy zawierają w sobie precyzyjne rezystory oraz inne potrzebne elementy aktywne. Rezystory kompletujące mostek pozwalają na detekcję bardzo niewielkich zmian napięcia na sensorach.
Multipleksowanie
Zazwyczaj w cyfrowych systemach pomiarowych, najdroższym elementem jest system akwizycji danych. Wykorzystanie multipleksowania pozwala w istotny sposób zmniejszyć efektywne koszty poprzez efektywne, sekwencyjne kierowanie różnych sygnałów do pojedynczego układ digitalizującego, co pozwala zwiększyć liczbę kanałów pomiarowych przy jednoczesnym zachowaniu kosztów.
Przeczytaj także: Optymalne rozcieńczenie bimbru
tags: #rozdzielczość #filtracji #mierzalna #definicja
