DAQ phkkhanh c2 tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực kinh tế, kin...
Tài liệu DAQ Chương Chương XỬ LÝ TÍN HIỆU NGÕ VÀO CHO HỆ DAQ (SIGNAL CONDITIONING) Giới thiệu Tín hiệu điện ngõ chuyển đổi / cảm biến cần biến đổi cho phù hợp với ngõ vào phần cứng DAQ Ngoài ra, số chuyển đổi / cảm biến cần nguồn kích thích cầu Wheaston tuyến tính hóa để tín hiệu đo xác Hầu hết hệ DAQ bao gồm khâu xử lý tín hiệu hình thức Các hình thức mà khâu xử lý tín hiệu thực là: - Khuếch đại Cách ly Lọc Kích thích Tuyến tính hóa Khâu xử lý tín hiệu hệ DAQ phải thực nhiệm vụ cách thức thực phụ thuộc vào số lượng loại chuyển đổi / cảm biến, yêu cầu nguồn kích thích nối đất cho cảm biến, đồng thời không phần quan trọng khoảng cách từ cảm biến tới máy chủ trung tâm Các kiểu xử lý tín hiệu 2.1 Khuếch đại Là nhiệm vụ yếu khâu xử lý tín hiệu nhằm: - Tăng độ phân giải cho phép đo (nhiệm vụ chính) Tăng tỷ số tín hiệu/nhiễu (SNR) Tăng độ phân giải: Ví dụ: Xét tín hiệu ngõ cảm biến 0-10mV đưa trực tiếp vào ADC 12bit với full-scale 10V ADC 12 bit có tất 212 = 4096 mức điện áp khác Điện áp ngõ vào ADC từ 0V – 12V độ phân giải 10V/4096 = 2,44 mV Ngõ cảm biến từ – 10 mV phân biệt mức điện áp: 0V; 2,44 mV; 4,88 mV; 7,32 mV 9,76 mV Nếu thực khuếch đại tín hiệu ngõ cảm biến 10 lần: điện áp đưa vào ADC nằm khoảng – 100 mV phân biệt 41 mức điện áp khác Tăng SNR: Tín hiệu nhỏ ngõ cảm biến cách xa phần cứng DAQ truyền môi trường nhiễu bị ảnh hưởng lớn nhiễu Nếu tín hiệu nhỏ (bị nhiễu) khuếch đại phần cứng DAQ sau truyền qua mơi trường nhiễu Trang GV: Phạm Hùng Kim Khánh Tài liệu DAQ Chương nhiễu tín hiệu khuếch đại tín hiệu cần đo Nếu nhiễu so sánh với tín hiệu cần đo (SNR thấp) dẫn đến sai số lớn cho phép đo phép đo vô nghĩa Tăng SNR cách khuếch đại tín hiệu nhỏ đầu cảm biến trước truyền Ví dụ: Cặp nhiệt loại J có độ nhạy 50uV/0C Nếu tín hiệu đầu cặp nhiệt truyền môi trường có nhiễu lớn với khoảng cách 10m, nhiễu đặt lên tín hiệu cặp nhiệt lên đến 200uV dẫn đến sai số đến 4oC Nếu khuếch đại tín hiệu đầu cặp nhiệt lên 500 lần độ nhạy lúc 25mV/0C, sai số đo nhiễu lúc (hàng uV) nhỏ 2.2 Cách ly Cách ly dùng Opto : thường dùng cho tín hiệu số Cách ly phương pháp từ trường/điện trường: dùng cho tín hiệu tương tự, thực cách điều chế tín hiệu điện áp thành tần số, sau truyền tín hiệu tần số biến đổi tần số thành điện áp đầu Cách ly biến áp: Cách ly giúp bảo vệ thiết bị phần cứng DAQ, PC người vận hành khỏi điện áp cao trình độ, sét hay tĩnh điện hỏng hóc thiết bị cao áp Các bảo vệ áp đặt đầu vào khâu xử lý tín hiệu để bảo vệ khâu Cách ly nhằm đảm bảo vòng nối đất khơng ảnh hưởng đến tín hiệu đo Trang 10 GV: Phạm Hùng Kim Khánh Tài liệu DAQ Chương 2.3 Mạch lọc Mạch lọc thực nhiệm vụ loại bỏ nhiễu khỏi tín hiệu cần đo trước tín hiệu khuếch đại đưa vào ADC Q trình lọc thực phần cứng phần mềm Lọc phần mềm: đọc tín hiệu đo nhiều lần cần thiết lấy trung bình Phương pháp loại bỏ nhiễu tuần hồn hồn tồn mẫu trung bình hóa chu kỳ nhiễu Lọc phần cứng: mạch lọc tương tự rẻ nhất, bao gồm mạch lọc thụ động (dùng phần tử thụ động RLC) tích cực (dùng khuếch đại thuật tốn – OpAmp) Các thơng số thơng dụng mạch lọc: - Tần số cắt Roll-off: độ dốc đường cong biên độ theo tần số (biểu đồ Bode) tần số cắt Hệ số phẩm chất: định độ lợi mạch lọc tần số cộng hưởng roll-off 2.4 Tuyến tính hóa Thơng thường, quan hệ ngõ cảm biến tín hiệu đầu vào cần đo phi tuyến Phần mềm hệ DAQ thường thực chức tuyến tính hóa Tuy nhiên, mối quan hệ phi tuyến dự đoán có tính lặp lại tuyến tính hóa phần cứng Phân loại khâu xử lý tín hiệu 3.1 Các mạch xử lý tín hiệu cắm vào PC - Mạch xử lý tín hiệu nằm phần cứng DAQ cắm vào máy chủ hình - Mỗi mạch xử lý tín hiệu cho loại cảm biến - Sử dụng cho ứng dụng nhỏ với số lượng cảm biến nằm gần máy chủ 3.2 Các phát dây nối trực tiếp Bộ phát dây module xử lý tín hiệu cửa: nhận tín hiệu cần xử lý đầu vào xuất tín hiệu xử lý đầu Mỗi module cần loại cảm biến Các phát thiết bị thông minh ADC mạch Trang 11 GV: Phạm Hùng Kim Khánh Tài liệu DAQ Chương Tín hiệu xử lý truyền phần cứng hệ DAQ máy chủ dây, tín hiệu truyền điện áp mạch vòng dòng điện (4-20 mA) Tín hiệu truyền điện áp (± 10V 0-10V) tương thích với hầu hết với đầu vào mạch DAQ cho phép giao tiếp dễ dàng với board DAQ đại Tuy nhiên hạn chế tín hiệu sụt áp dây truyền khoảng cách xa nên dùng phương pháp truyền điện áp đường truyền ngắn Tín hiệu dòng điện có khả miễn nhiễm với nhiễu cao truyền với khoảng cách hàng trăm m (lên đến 1000m) Bộ thu chuyển dòng sang áp để đưa vào ADC Bộ thu thường điện trở khoảng 500 / 10V (dòng 20 mA) Mỗi cặp cáp truyền cho cảm biến riêng lẻ nhiều cáp kết nối đến máy chủ Nguồn cung cấp (15-40V) cần đủ công suất cung cấp dòng cho modules theo yêu cầu Sơ đồ khối phát dây trực tiếp hình Trang 12 GV: Phạm Hùng Kim Khánh Tài liệu DAQ Chương 3.3 Vào/ra phân tán - phát số Mạch xử lý tín hiệu vào/ra phân tán sử dụng phát số Mạch xử lý tín hiệu vào/ra phân tán sử dụng phát số riêng biệt Trang 13 GV: Phạm Hùng Kim Khánh Tài liệu DAQ Chương Nhiễu ảnh hưởng nhiễu 4.1 Khái niệm Nhiễu: tín hiệu điện khơng mong muốn mạch Khơng thể triệt nhiễu hồn tồn mà giảm biên độ nhiễu biên độ khơng gây ảnh hưởng lên tín hiệu đo 4.2 Nguồn nhiễu phân loại nhiễu Có thành phần tham gia trình sinh nhiễu: Trang 14 GV: Phạm Hùng Kim Khánh Tài liệu DAQ Chương Các hình thức gây nhiễu thường gặp hệ DAQ - Ghép nối hỗ cảm (inductive coupling) Ghép nối điện dung (capacitive coupling) Ghép nối điện trở (conductive coupling) Ghép nối điện trở: Ghép nối điện dung: Trang 15 GV: Phạm Hùng Kim Khánh Tài liệu DAQ Chương Ghép nối hỗ cảm: Trang 16 GV: Phạm Hùng Kim Khánh Tài liệu DAQ Chương 4.3 Chống nhiễu Dùng cáp có vỏ bọc nối đất vỏ bọc : giảm nhiễu tương hỗ điện dung gây Vn = jω RS C2S VNS Nối đất vỏ cáp: Trang 17 GV: Phạm Hùng Kim Khánh Tài liệu DAQ Chương Dùng cáp có vỏ bọc xoắn đơi Dùng cáp xoắn đôi Dùng cáp đồng trục Trang 18 GV: Phạm Hùng Kim Khánh ... Tài liệu DAQ Chương Ghép nối hỗ cảm: Trang 16 GV: Phạm Hùng Kim Khánh Tài liệu DAQ Chương 4.3 Chống nhiễu Dùng cáp có vỏ bọc nối đất vỏ bọc : giảm nhiễu tương hỗ điện dung gây Vn = jω RS C2S VNS... hiệu truyền điện áp (± 10V 0-10V) tương thích với hầu hết với đầu vào mạch DAQ cho phép giao tiếp dễ dàng với board DAQ đại Tuy nhiên hạn chế tín hiệu sụt áp dây truyền khoảng cách xa nên dùng... phần tham gia trình sinh nhiễu: Trang 14 GV: Phạm Hùng Kim Khánh Tài liệu DAQ Chương Các hình thức gây nhiễu thường gặp hệ DAQ - Ghép nối hỗ cảm (inductive coupling) Ghép nối điện dung (capacitive