14. fejezet - Analóg bemenetek

A kimeneti vezetékek és a föld között mérhető impedanciák nagysága különböző.

Az egyik kimeneti vezeték földelt!

A két kimeneti vezeték a földfüggetlen (például ilyen egy 1.5 Voltos ceruzaelem).

Az egyik kimeneti vezeték a folyamat oldalon leföldelhető.

A kimeneti vezeték és a föld között különböző impedanciák mérhetők.

A kimeneti vezetékek nem földelhetők!

A kimeneti pontok között mérhető impedanciák azonosak.

A kimeneti vezetékek nem földelhetők!

A kimeneti pontok között mérhető impedanciák azonosak.

Az egyik kimeneti vezeték a folyamat oldalon leföldelhető.

A kimeneti pontok között mérhető impedanciák nagysága megegyezik.

A kimeneti vezetékek nem földelhetők!

A bemeneti vezetékek és a föld között mérhető impedanciák nagysága különböző. Az egyik bemeneti és a kimeneti vezeték valamint a külső ház földelt.

A bemenetek és a föld között mérhető impedanciák nagysága azonos.

Az impedanciák kivezetett közös pontja, az egyik kimeneti vezeték és a külső ház földelt .

A bemeneti vezetékek a földtől, a külső háztól és a kimeneti vezetékektől szigeteltek.

Az egyik bemeneti vezeték a földfüggetlen árnyékolásra kapcsolódik. Az egyik kimeneti vezeték és a külső ház földelt .

Ha az egyik bemeneti vezetéket leföldeljük a bemenetek és a föld között mérhető impedanciák nagysága különböző lesz.

A bemeneti vezetékek és a védőárnyékoláshoz kapcsolódó közös vezeték között mérhető szórási impedanciák megegyeznek, csak a külső ház és az egyik kimeneti vezeték földelt.

Ha a védőárnyékolás kivezetését az egyik bemeneti vezetékkel összekötik a jelvevő aszimmetrikus földfüggetlen lesz.

A melegpont (high) a földhöz képest nagy szórási impedanciájú pont.

A hidegpont (low) a földhöz képest kis impedanciájú.

A védőárnyékolás (guard) pedig a jelvevő földfüggetlen lebegő bemeneti pontja.

Megjegyzés:

A jelforrások és jelvevők egyes típusainak megkülönböztetése azért lényeges, mert a számítógép és a folyamat összekapcsolásában egy adott típusú jelforrás csak megfelelő jelvevővel kapcsolható össze.

HA AZ ILLESZTÉSI SZABÁLYOK NEM TARTJUK BE AZ MEGENGEDHETETLEN JELTORZULÁSOKHOZ VEZET!

Az illesztésekkel kapcsolatos problémák csak a zavarjelek hatásmechanizmusának tanulmányozásával érthetők meg.

Ezek csak a leggyakoribb zavarjel típusok és csatolások. Ezen kívül még számos zajforrás fajta jelenhet meg, ilyen például akusztikus csatolás és zavarjel.

A zajforrás keletkezésének megakadályozása, a zajforrás megszüntetése .

A zajforrás és a hasznos jelet szolgáltató áramkör közötti csatolás megszüntetése .

A zavarjel kiszűrése a torzult jelből.

Egyenfeszültségű zavarjel:  a zavarjel időben állandó értékkel jellemezhető.

Váltakozó feszültségű zavarjel:  adott frekvenciájú és amplitúdójú zavarjel.

Tranziens zavarjel:  adott lefutási idejű végül teljesen megszűnő zavarjel.

Ellenfázisú zavarjel (normal mode interference): a jelforrás által szolgáltatott hasznos jellel sorosan kapcsolódik, a jelvevő bemeneti pontjait ellenfázisban vezérli.

Ezt a jelet még szokás soros vagy tranzverzális zavarjelnek is nevezni.

Azonos fázisú zavarjel (common mode interference): a hasznos jelet szállító két jelvezeték közös pontja és valamilyen referencia pont – rendszerint a jelvevő föld pontja – között lép fel, a jelvevő bemeneti pontjait azonos fázisban vezérli.

A két zavarjel típus általánosan együttesen jelentkezik, illetve az azonos fázisú zavarjelből belső ellenfázisú zavarjel keletkezhet.

Ha a rendszerben a jelforrás és a jelvevő is aszimmetrikus földelt típusú.

Tehát az áramkör két pontján van földelve! (Ami alapvető hiba) Ekkor a következő kapcsolás valósul meg:

RF (Rendszer Föld) és a FF (Folyamat Föld) potenciálja nem azonos, így egy váltakozó és egyenfeszültségű komponenseket tartalmazó zavarjel jelenik meg.

A vizsgálathoz tételezzük fel, hogy U_k=0 (szuperpozició alkalmazása!)

Az ellenállásviszonyok: r < R_H < R_BE

ahol

A fenti ellenállás viszonyok figyelembevételével:

Tehát ilyen jelforrás jelvevő összekapcsolásnál a zavarjel teljes egészében átkerül a hasznos jelet erősítő áramkörbe.

Adott nagyságú azonos fázisú jelből létrejövő ellenfázisú zavarjel nagysága az úgynevezett azonos fázisú zavarjel elnyomással jellemezhető.

A műveleti erősítő erősítése:

ahol

Az azonos fázisú zavarjel elnyomás (közös jel elnyomás)

(CMR = Common Mode Rejection) valamely adott azonos fázisú zavarjel és e zavarjelből keletkező ellenfázisú zavarjel abszolút értékének a hányadosa dB-ben kifejezve:

Az ideális közös jel elnyomás értéke végtelen .

A gyakorlatban ez maximálisan ~100 dB nagyságrendű elnyomást jelenthet.

ahol

Adott kapcsolás CMR értékét a bemutatott eljárás segítségével lehet meghatározni!

A vizsgálatok eredménye, hogy a hálózati aszimmetria viszonyok jelentősen csökkentik a CMR értékét.

Aszimmetrikus földelt jelforrás -

Szimmetrikus földeletlen jelvevő összekapcsolása

A gyakorlatban (50 Hz hálózati frekvenciánál):

Az összefüggés szemléletessé tétele érdekében a következő feltételezéseket tesszük:

Ahol a z azonos fázisú bemeneti impedancia, Δz pedig a két információs vezeték villamos impedanciái közötti eltérés aszimmetria impedancia.

A CMR növelésére a következő lehetőségek vannak:

Szimmetrikus áramkör kialakítása: ahol:

Az azonos fázisú bemeneti impedancia növelése : adott frekvenciánál (50 Hz) a szórt kapacitások határozzák meg a z értékét. Adott frekvencián ezek tehát meghatározott értékű CMR-t biztosítanak.

Védőárnyékolás alkalmazása : A védőárnyékolás (guard) a jelvevő bemeneti áramköreit magába foglaló, a külső földelt háztól villamosan elszigetelt fémdoboz.

ahol

A védőárnyékoló fém ház alkalmazása nélkül a C ₁₁ és C ₂₂ kapacitások a jeltovábbító vezetékek és a berendezést tartalmazó fémdoboz (külső ház) között jönnek létre.

A z azonos fázisú bemeneti impedanciát itt úgy növeljük meg, hogy a teljes erősítő/fogadó áramkört elhelyezzük egy másik fém dobozban (árnyékoló ház), amely a berendezés fém dobozától (külső ház) el van szigetelve. A külső ház és az árnyékoló ház között létrejövő kapacitás C ₃ sorba kapcsolódik a C ₁₁ -el illetve a másik vezetékhez tartozó C ₂₂ -vel így mind a két vezeték külső házhoz mérhető kapacitását csökkent. A kapacitív impedancia, amelyet 14.18 egyenlet szerint határozunk meg csökkenő C _exx esetén impedancia növekedést eredményez.

A villamos berendezések környezetében levő fémből, vagy nem szigetelő anyagból készült üzemszerűen feszültségmentes alkatrészekhez (műszer doboza, fém szekrény) csatlakozó vezeték.

Életvédelmi szerepe van , mivel megakadályozza, hogy az ember közelébe kerülhető szerkezeti elemek valamilyen meghibásodás következtében feszültség alá kerüljenek és balesetet okozzanak.

A védelmi földvezetéket egyéb (áramvezetési) feladatra tilos használni!

Az egyenáramú tápfeszültség et szolgáltató hálózat közös vezetéke.

Áramvezetés a feladata! A számítógépes mérőrendszerekben ez az +5 V-os tápellátás föld vezetéke.

Az információhordozó analóg jelek referencia pontjaiként szolgáló vezeték.

Az információt hordozó digitális jelek referencia pontjaiként szolgáló vezeték.

A felsorolt földvezetékek többnyire egymástól független vezetékek, amelyek egy pontban, az úgynevezett fő rendszer ponthoz csatlakoznak.

A teljesítmény föld, az analóg és a digitális jelföld vezetéke összevonható, de ezt a lehetőséget

figyelembevételével egyedileg kell minden esetben megvizsgálni.

Kis jelszintű analóg rendszereknél ajánlatos a föld vezetékeket szétválasztani!

A számítógépes mérő rendszerekben szokás megkülönböztetni a földelést aszerint is, hogy a technológia oldali földről (Felhasználói Föld), vagy a számítógéprendszer oldali földről (Rendszer Föld)van szó.

Fontos szempont, hogy a földvezetéknek is van impedanciája, így helytelen földelés esetén a létrejövő feszültségesések miatt a készülékek eltérő potenciálra kerülnek. Ezért a soros földelés helyett sugaras földelést alkalmazunk.

A helytelen földelés következtében két helyen történő földeléssel a földelési pontok között egy zárlati áramkör jön létre a földelési potenciálkülönbségek miatt. Ez több Volt nagyságrendű egyen és- és váltakozó áramú jel lehet.

A rendszer földelése esetén földeletlen jelvevőt, míg földelt jelvevő esetén földeletlen jelgenerátort kell alkalmaznunk. Ha nem tudjuk ezeket a feltételeket teljesíteni, akkor galvanikus le(el)választást alkalmazzunk, hogy megszüntessük a mérési elrendezés helytelen működését eredményező „földhurkot!

A galvanikus leválasztás megakadályozza a földáramkörök kialakulását. Galvanikus leválasztással például földelt jelforrás, és földelt jelvevő is összekapcsolható anélkül, hogy föld potenciálkülönbségből származó azonos fázisú zavarjel átalakulna ellenfázisú zavarjellé.

Valamilyen fizikai mérési elv felhasználásával a mérendő mennyiség változásával arányos kimenő jelet szolgáltatnak. Nem villamos jelből villamos jelet állítanak elő. A lehetséges kimenetek közül a legjobb a feszültség kimenet, de az áram és ellenállás kimenet is elfogadható és feszültséggé átalakítható. Az az ideális, ha az érzékelő statikus karakterisztikája lineáris tulajdonságú , de a környezeti hatások miatt ez a valóságos statikus karakterisztika általában nemlineáris . A számítógépes mérésnél a későbbi feldolgozás miatt előnyben részesülnek a mechanikai mozgás mentes, karbantartást nem igénylő érzékelési megoldások.

Szimmetrikus két tárolós aluláteresztő szűrő áramköri kapcsolása.

Ha az áramkörbe a jelfeldolgozás előtt egy időzített integráló egység et iktatunk be, az integrálás időzítésétől függően bizonyos frekvenciájú váltakozó feszültségű jeleket elvileg teljesen kiszűr. (Például T_i = k.20ms os időzítéssel az 50 Hz-es hálózati zavarfeszültségeket ki lehet szűrni.)

Az integráló tag a zajfeszülség pozitív és negatív amplitúdójú részének területeit előjelhelyesen összegzi, így ha az integrálási időtartam megegyezik a periódus idővel, akkor egy teljes periódus alatt a zajfeszültségből keletkezett integrál érték nulla lesz. Az egyéb frekvenciájú jelet pedig csak meghatározott mértékben csökkenti.

A bemeneti áram típusú jelet feszültség típusú jellé alakítja át.

Áram távadó kimenetű érzékelőnél a 4-20 mA tartományt 1-5 V tartományra alakítja át (R_i = 250 Ohm ellenállás szükséges hozzá).

A áram távadó jelének fogadását megvalósíthatjuk műveleti erősítős megoldással is, amelynél a 250 ohmos ellenállással visszacsatoljuk a műveleti erősítő kimenetét az invertáló bemenetéhez. Ekkor a differenciális bementek értékét cca. 0 V-al közelítve a bementi áram a műveleti erősítő kimeneti feszültségeként hozza létre a 250 ohm-os ellenálláson létrejött feszültség értéket.

A bemeneti nagyobb feszültség tartományú jelet az átalakító mérési tartományának megfelelő nagyságú jellé alakítja át.

Szimmetrikus egytárolós aluláteresztő szűrő áramköri kapcsolása.

A kapcsolás Bode amplitúdó jelleggörbéje:

ahol T = 2·R₁·C

(Száraz és higany érintkezős relé)

Reed relay (reed relé)

Néhány technikai adat:

R_zárt=200 mOhm (milliOhm)

R_nyitott= 10¹⁰ Ohm

Kapcsolási idő = 1-2 ms

Kapcsolási szám ≈10⁹ (illetve véges érték)

Jó rázásállóság

A relés méréspont váltókat modulokba kapcsolva kötik össze, amelynek az az oka, hogy így nem kapcsolódik párhuzamosan az összes bemenet.

Galvanikus elválasztásra használható a repülőkondenzátoros megoldás.

Néhány technikai adat:

R_zárt = 20 Ohm

R_nyitott = 10⁹ Ohm

R_szigetelési = 10¹² Ohm (a kapcsoló és vezérlő elektródák között)

Kapcsolási idő = 0,1 μs

Élettartam = ∞

A blokkkapcsolásra vonatkozó alapelvek itt is érvényesek. A probléma az, hogy a félvezetős méréspont váltók a felhasználói földpontokat sem egymástól sem a rendszer földtől nem választják el .

Ezért földfüggetlen jeladók szükségesek, vagy a jelfogadó oldalon kell megoldani a galvanikus leválasztást.

(Counter type A/D converter)

Mérés elve: az U_x mérendő feszültséget egy D/A átalakító kimeneti feszültségével hasonlítják össze, melyet egy számláló vezérel.

A mérés időtartama az órajel nagyságától és a bemeneti jel nagyságától függ.

10MHz órajel 10 bit felbontás ~ 100 μs mérési időt jelent. Pillanatértéket mér, ezért méréskor a hasznos jellel együtt a zavarjelet is méri.

Gyors, bár a mérési időtartam a mérendő jel nagyságától függ, mert az első beállás után követi a jel „lassú” változását.

(Successive approximation A/D converter)

A mérés elve: kettő különböző hatványainak megfelelő feszültség értékek („súlyok”) be illetve kikapcsolásával egy kiegyenlítési stratégia segítségével határozza meg, hogy az adott bemeneti jelhez milyen bináris jel kombináció illeszkedik.

Pillanatértékeket mér (a zaj értékét együtt méri a hasznos jellel)

A mérés ideje alatt a feszültségnek állandó értékűnek kell lennie (jeltartás!)

Pontosságát a D/A átalakító, a referencia feszültség és a komparátor pontossága határozza meg.

A mérések időtartama állandó!

(Multi comparator A/D converter)

A mérés elve: A mérendő jelet egy időben több komparátorral hasonlítjuk össze, melyeknek különböző a referencia feszültsége . A komparátorok akkor adnak kimenő jelet, ha a pozitív bemenetre kapcsolt U_x feszültség nagyobb, mint a negatív bemenetre kapcsolt referencia feszültség, vagy azzal egyenlő.

Mivel a mérés egy lépésben történik az átalakító nagy sebességű analóg/digitál átalakítást képes megvalósítani. (Ezért szimultán A/D átalakítónak is nevezik.)

(Dual-ramp, dual-slope A/D converter)

Mérési elv: a mérendő feszültséget egy integrátor kapcsolás bemenetére vezetik, és rögzített Ti ideig (meghatározott órajel impulzus) integrálják . Ezután bekapcsolják az ellenkező előjelű referencia feszültséget és „visszaintegrálnak” a nulla kimeneti feszültség értékig. Az integrátorban lévő kondenzátor kisülése alatt óraimpulzusokkal mérik az eltelt időt, ameddig a 0 (nulla) komparálási értéket el nem érik.

Az integrátor kisülésének időtartama arányos a bemeneti jel átlagértékével!

ahol       

ahol

Előnyei:

(Voltage to frequency A/D converter)

Működési elve: A bemeneti jelet integráljuk, addig, amíg el nem érünk egy komparálási szintet, azután az átalakító egy ellenkező polaritású komparáló feszültséget kapcsol ΔT ideig az integrátorra, amely azt részben kisüti. A folyamat ezután ismétlődik, és a kimenő jel frekvenciája a bemeneti feszültség nagyságával lesz arányos.

Ha az RC szorzat kicsiny a időhöz képest, akkor a második tag elhanyagolható, így:

ahol

Ha a állandó, akkor az és között egyenes arányosság van.

Ha a számláló kapuidejét 20 msec-ra változtatjuk, az átalakító kiszűri az 50 Hz-es zavarjeleket.

Átalakítási ideje: ~25msec (valamivel gyorsabb, mint a kettős integráló A/D)

A zajelnyomási tulajdonsága olyan jó, hogy ipari perifériákban gyakran alkalmazzák.

A mérés-adatgyűjtő rendszerek alapvető feladata a valós világ fizikai jeleinek mérése illetve ilyen jelek létrehozása. Mielőtt egy számítógép alapú rendszer megmérne egy fizikai jelet, egy érzékelővel át kell alakítani a fizikai jelet villamos jellé, amely lehet áram vagy feszültség.

A számítógéphez illeszthető mérés-adatgyűjtő kártyát rendszerint úgy tekintik, mint a teljes mérés-adatgyűjtő rendszert, bár a kártya csak a rendszer egyik komponense.

A számítógéppel megvalósított automatikus műszerek mindegyike eltérő működésű és néha nem kapcsolhatjuk közvetlenül a fizikai jelet a mérés-adatgyűjtő kártya bemeneteihez. Egy jelszűrő és szint-illesztő áramkörbe (berendezésbe) kell a mérendő jelet az átalakítás előtt belevezetni, majd ezután kell elvégezni az átalakítást digitális információvá. A mérés-adatgyűjtő rendszerben programmal gyűjtjük össze a mérési adatokat, programmal analizáljuk őket és programmal jelenítjük meg a számítási eredményeket.

Amikor analóg jeleket mérünk egy mérés-adatgyűjtő kártya segítségével a következő tényezőket kell figyelembe venni a digitalizált jel minősítésénél: milyen az alkalmazott mérési mód (egyszeres kimenetű és a differencia típusú mérés), milyen nagyságú a jel felbontása, (elő)erősítése, a mintavételezés sebessége és a zajok elnyomásának mértéke.

Az egy kimenetű jelek mindegyike ugyanarra a közös föld pontra kapcsolódik. Ezeket a bemenet típusokat akkor használjuk, ha a bemeneti jel szintje magas (nagyobb, mint 1 Volt), a jelforrástól az analóg bemenetekhez rövid összekötő huzallal (kevesebb, mint 5 méter) vezetünk minden jelet, valamint a jelek mindegyike egy közös referencia föld pontot alkalmaz. Ha a mérendő jel nem teljesíti ezeket a feltételeket, akkor különbségi (differencia) bemeneteket kell alkalmaznunk.

A különbségi bemenetek megengedik, hogy minden bemenetnek különböző feszültség értéke legyen, amely a földhöz képest jelenik meg. A különbségi bemenetek csökkentik a mérési zajt, mivel a vezetékekről "felvett" közös módusú zajt a bemenetek kivonják egymásból.

A felbontás a bitek száma, amelyet a mérés-adatgyűjtő analóg/digitális átalakító (ADC= Analog to Digital Converter) használ, hogy az analóg jelet ábrázolja. Nagyobb felbontással nagyobb az adott mérési határok közötti felosztások száma és ezért kisebb az érzékelhető legkisebb feszültségváltozás nagysága.

Vegyünk például egy szinusz hullámot és a hozzá tartozó digitális értékeket, amelyeket egy 3 bites ADC (Analog to Digital Converter = Analóg digitális átalakító) hozott létre (ilyen átalakítót ritkán alkalmazunk, de a példát nagyon szemléletessé teszi) és a mérési határt 2³ azaz 8 részre osztja. Egy 000 és 111 közötti bináris számmal írjuk le az átalakító különböző értékeit. Más szóval ez a digitális jel nem megfelelő ábrázolása az eredeti jelnek, mivel nagyon sok információt veszítünk el az átalakításnál. A felbontást megnövelve 16 bitre az ADC lehetséges állapotainak számát 8-ról 65536-ra (2¹⁶) növeljük és az analóg jel rendkívül pontos ábrázolását kapjuk.

A mérési határok azok a minimális és maximális feszültség szintek, amelyek között az ADC (Analog to Digital Converter = Analóg digitális átalakító) a jel átalakítást végzi. A mérés-adatgyűjtő kártyák változtatható méréshatárokat (tipikusan 0-tól 10 Volt-ig; vagy -10 Volt-tól +10 Volt-ig) kínálnak, melyek közül megtalálhatjuk azokat a mérés határokat, amelyekkel adott felbontás mellett a legpontosabban mérhetjük meg a jelet.

Az erősítés a mérendő jel bármilyen felerősítése vagy leosztása, amely a jel digitalizálása előtt történik. Az erősítés alkalmazásával jelentősen lecsökkenthetjük az ADC (Analog to Digital Converter = Analóg digitális átalakító) bemeneti mérési határait, így biztosítjuk, hogy az ADC a lehető legtöbb digitális osztást alkalmazza a jel ábrázolásához. Például, alkalmazzunk egy három bites ADC-t és a mérési határokat 0 és +10 Volt-ra állítsuk be, vizsgáljuk az erősítés hatását egy olyan jel esetén, amely 0 és +5 Volt között váltakozik.

Erősítés nélkül, vagy más szóval egyszeres erősítéssel az ADC csak négy osztást használ a nyolc lehetségesből az átalakításkor. A digitalizálás előtt felerősítve a jelet egy kétszeres erősítéssel az ADC most használni tudja mind a nyolc osztást és a digitális ábrázolás sokkal pontosabb. Ebben az esetben a kártya tényleges bemeneti mérési határai 0 és +5 Volt lettek, mivel bármilyen +5 Volt-nál nagyobb jel kétszeres erősítéssel az ADC bemenetén +10 Volt-nál nagyobb jelet eredményez.

A DAQ kártyán lehetséges mérési határok, a felbontás és az erősítés meghatározzák a legkisebb érzékelhető bemeneti feszültség nagyságát. Ez a feszültség az átalakított digitális érték legkisebb helyiértékű bit-jén (LSB = Less Significant Bit) ábrázolt érték Volt-ban, amelyet gyakran kód szélességnek is neveznek. A legkisebb érzékelhető feszültségváltozást () a következő képlettel lehet meghatározni:

Például egy 12 bites DAQ kártya 0-tól +10 Volt-ig terjedő bemeneti mérési határokkal egyszeres erősítéssel 2.4 mVolt változást még érzékel, ugyanez a kártya -10 Volt-tól +10 Volt-ig terjedő bemeneti mérési határokkal csak 4.8 mVolt változást képes érzékelni.

A mintavételezés időköze (h [sec]) megadja, hogy egy analóg-digitális átalakítás milyen gyakran történik. Nagyobb mintavételezési sebesség mellett adott idő alatt több mérési pontot gyűjthetünk össze, és ezért jobb ábrázolást valósíthatunk meg, mint kisebb mintavételi sebesség mellett. Minden bemeneti jelből a lehetséges legnagyobb mintavételi sebességgel kell mintát vennünk, hogy a legpontosabban jeleníthessük meg az analóg jelet a számítógépben. A kis sebességű mintavételezés az analóg jel egy nagyon gyenge minőségű mintavételes (digitális) megjelenését eredményezi.

A következő ábrán a felső hullámot megfelelően mintavételeztük. Az alsó hullámnál az alul-mintavételezés eredménye egy rosszul mintavételezett ( aliased = látszólagos ) jel.

A Shannon-féle mintavételezési elv szerint a bejövő jelből a teljes visszaállíthatósághoz legalább olyan frekvenciával kell mintát venni, amely (minimálisan) kétszer nagyobb, mint a bejövő jel legmagasabb frekvenciájú komponense.

Például, ha hangfrekvenciás jeleket alakítunk át villamos jellé a bemeneti jel legmagasabb frekvenciájú komponense 20 kHz nagyságú is lehet, ezért egy olyan mérésadatgyűjtő kártyára van szükség, amely 40 kHz-nél nagyobb mintavételi sebességgel képes mintákat venni, ahhoz hogy a jelet megfelelően mintavételezzük.

A hőmérséklet átalakítók rendszerint nem kívánnak nagy mintavételi sebességet, mivel a hőmérséklet a legtöbb alkalmazásban nem változik olyan gyorsan. Ezért egy kisebb mintavételi sebességű kártya megfelelően tudja gyűjteni a hőmérsékleti adatokat.

A nem kívánt zaj torzítja azt az analóg jelet, amelyet digitális jellé akarunk átalakítani. A zajforrás lehet külső zaj vagy a számítógépen belül keletkező zaj. A külső zajt megfelelően korlátozhatjuk elő-szűrő áramkör alkalmazásával. Szintén csökkenthetjük a zaj hatását, ha a szükségesnél nagyobb mintavételi frekvenciát alkalmazunk és átlagoljuk a mintavételi pontokat (digitális szűrés).

A zaj szintje átlagolás után a következő képlet szerinti csökken:

Például, ha 100 pont átlagát vesszük, a zaj hatását a jelben 1/10-ed részére csökkentjük.

A méréselméletben rendszerint megkülönböztetik a zajt és a zavart ! A zavar determinisztikus , de nehéz meghatározni, korrigálni. A zavar torzítja a mérést! (Pl. a hálózati frekvenciás elektromágneses zavar.) A zaj sztochasztikus , szűréssel csökkenthető, de nem kiküszöbölhető. A zaj bizonytalanná teszi a mérést!

A Data Acquisition (Mérés-adatgyűjtés) alpalettán lévő Analog Input (Analóg bemenet) alpaletta tartalmazza azokat a VI-ket, amelyek végrehajtják az analóg-digitális (A/D) átalakítást. (LabVIEW program)

A mérés-adatgyűjtő kártya egyik bemeneti pontjáról lemérhetjük a feszültség értékét az "AI Sample Channel " (Analóg bemenet csatorna mintavétele­zés) eljárás alkalmazásával.

Ez az eljárás megméri a mérés-adatgyűjtő kártya megadott bemeneti csatornájához kapcsolt feszültségjel nagyságát és visszaadja a mért értéket.

Az " AI Sample Channel " (Analóg bemenet csatorna mintavételezés) eljárásnak a következő bemenetei és kimenetei vannak:

Ha hiba történik az "AI Sample Channel" (Analóg bemenet csatorna mintavételezés) VI működése közben, egy dialógus ablakba írt szöveggel megkapjuk a hiba okát, ezután választási lehetőségünk van, hogy befejezzük a programot, vagy folytatjuk a végrehajtást.

Sok alkalmazásban egy mérési pont megadott időben történő mintavételezése nem elegendően gyors. Mindezekhez még hozzájárul, hogy nehéz megvalósítani egy állandó mintavételi időközt minden mérési pont között, mivel az időköz számos tényező függvénye, amelyek a következők: a ciklusutasítás végrehajtási sebessége, a hívó program időszükséglete és további technikai tényezők. Meghatározott VI-kkel több mérési pontról végezhetünk adatgyűjtést nagyobb sebességgel, mint amit az "AI Sample Channel" (Analóg bemenet csatorna mintavételezés) VI elérhet. Mindemellett, ez a VI elfogadja a felhasználó által megadott mintavételi sebességet. Erre egy mintapélda az "AI Acquire Waveform.llb".

Az "Analóg input hullámforma adatgyűjtő" VI meghatározott számú minta gyűjtését végzi el meghatározott mintavételi sebességgel egy bemeneti csatornáról és visszaadja a mintavételezés eredményét, mint egy tömböt.

Az " AI Acquire Waveform " (Analóg input hullámforma adatgyűjtő) VI-nek a következő bemenetei és kimenetei vannak:

Az adat tárolót a kettős pufferelésű bemeneti műveletekhez úgy konfiguráljuk, mint egy ciklikusan tárolót. További információ, hogy az operációs rendszer fizikailag felosztja a tárolót két egyenlő részre. A tároló felosztásával az operációs rendszer képes irányítani a tárolóhoz történő felhasználói hozzáférést a mérésadatgyűjtés kezelő programjának segítségével. Az irányítási séma nagyon egyszerű – az operációs rendszer átmásolja az adatokat a ciklikus tárolóból egy átmeneti (sorrendi) tárolóba, amelyből a kiolvasás valóságban megtörténik. Az átmeneti tárolóban műveletet végezhetünk az adatokkal, vagy csak tároljuk őket.

A kettős pufferelésű bemeneti művelet azzal kezdődik, hogy a mérésadatgyűjtő berendezés először a ciklikus puffer első felébe kezdi el írni az adatokat (14.92. ábra a. ábra). Miután a berendezés elkezdi a ciklikus puffer második felét írni, az operációs rendszer átmásolja a ciklikus puffer első felének tartalmát az átmeneti tárolóba (14.92. ábra b. ábra). Ezután az átmeneti tárolóban lévő adatokat kiolvashatjuk és tárolhatjuk háttértárolón vagy feldolgozhatjuk őket egy alkalmazásban. Miután a bemeneti berendezés feltöltötte a ciklikus tároló második felét is visszatér a ciklikus tároló első feléhez és felülírja az ott található adatokat az új bejövő adatokkal. Az operációs rendszer ekkor átmásolhatja a ciklikus puffer második felének tartalmát az átmeneti tárolóba (14.92. ábra c. ábra). Az átmeneti tárolóban lévő adat ismét az alkalmazás rendelkezésére áll. Az eljárás végtelen ideig ismétlődhet, hogy folytonos adatfolyamot biztosítson az alkalmazás számára. Megjegyezzük, hogy a 14.92. ábra d. ábra megegyezik a 14.92. ábra b. ábrán bemutatott lépéssel és így a két lépéses ciklus kezdetévé válik.

A kettős pufferelés egyes műveletei esetenként hibásan is működhetnek. Az alkalmazásokban alapvetően a következő két hibás működési szituáció fordulhat elő:

A mérésadatgyűjtő berendezés felülírja a ciklikus pufferben lévő korábbi adatokat, mielőtt azokat az átmeneti tárolóba másoltuk volna. (14.93. ábra ábra )

A 14.93. ábra b. ábra alapján látható, hogy az operációs rendszer lekéste azt a lehetőséget, hogy átmásolja az adatokat a ciklikus puffer első feléből az átmeneti pufferbe, mialatt a mérésadatgyűjtő berendezés az adatokat a ciklikus tároló második felébe írta. Ennek eredményeként a mérésadatgyűjtő berendezés elkezdi a ciklikus tároló első felében lévő adatok felülírását, mielőtt azokat az operációs rendszer átmásolta volna az átmeneti tárolóba (14.93. ábra c. ábra ). Ahhoz, hogy az adatok hibamentes átmásolását megvalósítsuk, az operációs rendszernek várnia kell az átmásolással addig, ameddig a berendezés befejezi az adat-felülírást a ciklikus tároló első felében. Amikor a berendezés elkezdi a ciklikus tároló második felét írni, az operációs rendszer átmásolja az adatokat a ciklikus tároló első feléből az átmeneti tárolóba (14.93. ábra d. ábra ).

Az előzőleg bemutatott szituáció esetén az operációs rendszer egy felülírási hibával tér vissza a kezelő programból ( overWrite Error = felülírási hiba ). Ez a figyelmeztetés azt jelzi, hogy az átmeneti tárolóban lévő tartalom érvényes, de néhány korábbi adat elveszett. A későbbi átvitelek nem térnek vissza figyelmeztetéssel addig, ameddig a mérésadatgyűjtő berendezés az átviteli sebességet megtartja, ahogy az a (14.92. ábra) ábrán látható.

A másik lehetséges probléma akkor jelenik meg, amikor egy bemeneti berendezés felülírja az adatokat, mialatt az operációs rendszer párhuzamosan másolja azokat az átmeneti tárolóba.

Az operációs rendszer ilyenkor egy felülírási hibával tér vissza a kezelő programból (Overwrite Error = felülírási hiba ). A szituáció a (14.94. ábra) ábrán látható.

A (14.94. ábra) b. ábrán az operációs rendszer elkezdi az adatok átmásolását a ciklikus tároló első feléből az átmeneti tárolóba. Azonban az operációs rendszer képtelen átmásolni a teljes fél tárolót (a ciklikus tároló első felét), mielőtt a mérésadatgyűjtő berendezés elkezdi felülírni a ciklikus puffer területét (14.94. ábra c. ábra). Következésképpen azok az adatok, amelyeket az átmeneti tárolóba másoltunk nem helyes értékek és együtt tartalmazzák a megelőző, és az újonnan felülírt adatokat. Ha a további átvitelek normálisan zajlanak le, akkor az előbb leírt probléma nem jelentkezik.

A leggyakoribb probléma a folytonos mérésadatgyűjtésnél az, hogy a program elvéti az adatok gyors kiolvasását és nem képes olyan gyorsan olvasni, mint ahogy a hardware küldi azokat. Hogy megelőzzük ezt, optimalizáljuk a program hurkot, amely az adatokat gyűjti. Lehetőség szerint távolítsunk el minden, a feldolgozáshoz nem feltétlenül szükséges eljárást az adatgyűjtő hurokból. Ha ez nem lehetséges, akkor a mérésadatgyűjtés sebességét kell csökkentenünk.