МЕРЕЊА ВО ТЕЛЕКОМУНИКАЦИИТЕ УЛОГА НА...

CVETAN GAVROVSKI: MEREWA VO TELEKOMUNIKACII

1

МЕРЕЊА ВО ТЕЛЕКОМУНИКАЦИИТЕ I. УЛОГА НА МЕРЕЊАТА ВО КОНТРОЛАТА НА КВАЛИТЕТОТ И НАДЕЖНОСТА НА ТЕЛЕКОМУНИКАЦИСКА ОПРЕМА Фазите на еден производен процес од идеја до реализиран производ кој треба да се појави на пазарот се прикажани на сл. 1.

Сл. 1. Фази на производен процес ПРЕТХОДНИ ПРОУЧУВАЊА Како резултат на претходни проучувања се раѓа идеја за одреден производ и се задава задача за разработка. Задачата за разработка вклучува експлотациски карактеристики на производот определени со производот. Тие карактеристики се дефинираат со оглед на:

Конкурентската способност на производот (однос квалитет-цена); Можностите на користените технологии

Мерењата во оваа фаза имаат за цел:

Проверка на определени параметри на други слични производи кој постојат на пазарот; Проверка на можностите и технолошките ресурси потребни за реализација на производот

PRODA@BA

NOVI TEHNOLOGII POZNATI TEHNOLOGII

PRETHODNI PROU^UVAWA

MEREWA I

MEREWA II

MEREWA III

MEREWA IV

MEREWA V

ANALIZA

PROEKTIRAWE

PROBNI PROIZVODI

REDOVNO PROIZVODSTVO

ZAVR[NA KONTROLA

NAU^NI ISTRA@UVAWA

KOREKCIJA

DOKUMENTACIJA

KORIGIRANA DOKUMENTACIJA


2

НАУЧНИ ИСТРАЖУВАЊА Научните истражувања се потребни при создавање на нови технолошки производи. Мерењата во оваа фаза се најразнообразни и студиозни. За оваа цел често се потребни специјализирани мерни уреди и мерни постапки. ПРОЕКТИРАЊЕ Во оваа фаза се создава техничка документација потребна за производство на производот. Техничката документација треба да се состои од:

Електрична Конструктивна Технолошка

Електричната и конструктивната документација покажуваат како да се направи производот. Со технолошката документација се определува и контролата: методи и апаратура за проверка на параметрите на производот, Мерењата завземаат особен дел во фазата на проектирање. При современите методи на автоматизирано проектирање врз основа на мерења се составуваат шеми и модели на производот. Мерењата врз пробните производи треба да се во состојба да обезбедат сигурна проверка на параметрите зацртани во документацијата. ПРОИЗВОДСТВО Од сл. 1. се гледа дека производството е разделено на две фази – производство на пробни примероци и редовно производство. Пробните примероци задолжително треба да бидат предмет на детални мерења и испитувања. Анализата на резултатите се користат за повратна врска во две насоки – корекција во техничката документација, што треба да се одрази на параметрите на производот и корекција во технологијата за производство. Редовното производство се остварува во согласност со корегираната техничка документација. Во оваа фаза се проверуваат сите параметри кои фигурираат во техничката документација за производот, но само врз статистички примерок од производниот опфат. Се спроведуваат испитувања при кои се проверува однесувањето на производот на климатски, механички, радијациски и други дејствија кои имаат смисла за конкретниот производ. ЗАВРШНА КОНТРОЛА Завршната контрола претставува проверка на важните параметри на производот врз целата продукција. Контролни прашања:

1. Посочете критериуми кои ќе ви помогнат да решите дали даден производ заслужува да биде разработен ?

2. Какви групи на параметри ќе ве водат при оценка на квалитетот на еден електронски производ ?

3. Како го сваќате интегрирањето на тестирањето со автоматизираното проектирање? 4. Какви видови техничка документација се потребни за еден производ? 5. Каква е улогата на мерењата:

при производство на пробни примероци


3

во редовно производство II. КЛАСИФИКАЦИЈА НА ЕЛЕКТРОНСКИТЕ МЕРНИ УРЕДИ ЗА МЕРЕЊА И КОНТРОЛИ Класификација во зависност од основната функција На сл. 2 даден е преглед на опремата за тестирање на телекомуникациски уреди. По правило учествуваат три вида уреди:

генератори на електрични сигнали мерни инструменти уреди за напојување

Сл. 2. Класификација на уредите за тестирање

III. КЛАСИФИКАЦИЈА НА МЕРНАТА ОПРЕМА СПОРЕД ВИДОТ НА ИНДИКАЦИЈАТА И ФУНКЦИОНАЛНИТЕ ОСОБИНИ

Сл. 3. Класификација на мерните уреди

GENERATORI NA SIGNALI

UREDI ZA TESTIRAWE

MERNI UREDI

IZVORI ZA NAPOJUVAWE

RLC METRI ANALIZATORI KALIBRATORI

MERNI VELI^INI -NAPON -STRUJA -FREKVENCIJA -FAZA -MO]NOST

SIGNALI -EDNONASO^NI -SINUSNI -IMPULSNI -FUNKCIONALNI -VOBEL

MERNI INSTRUMENTI

ANALOGNI

DIGITALNI

Programa-bilni

Hardverska logika

Sistemski

Ne sistemski

Avtonomni

Ne avtonomni

IEEE488

IEEE488


4

Според видот на индикација, мерните уреди може да бидат аналогни дигитални

Дигиталните може да бидат

со хардверска логика програмабилни

Програмабилните може да бидат од следниве типови:

системски несистемски

Системските се со меѓународно прифатен инструментациски интерфејс. Автономните може да работат без компјутер, додека за неавтономните потребен е контролер за управување кој се вградува во компјутер, а со чија што помош се управува мерниот процес. Контролни прашања:

1. Која е разликата меѓу поимите: мерења и контрола? 2. Какви основни услови треба да исполнуваат апаратите за тестирање? 3. Направете класификација на мерните уреди? 4. Што е програмабилен, системски и несистемски уред? 5. Какви принципи на градба на компјутерски мерни системи познавате?

IV. МЕРЕЊАТА КАКО ПРЕТПОСТАВКА ЗА НАДЕЖНОСТ И КВАЛИТЕТ НА ТЕЛЕКОМУНИКАЦИСКА ОПРЕМА Еден од клучните проблеми во производството, експлоатацијата и сервисирањето на телекомуникациските уреди е мерењето на нивните параметри. За компетентни мерења неопходно е да се обезбеди точност на мерењата и елиминирање на субјективните фактори за оценка на квалитетот. При големи, комплексни уреди и телекомуникациски системи мерењето е сложена постапка. Телекомуникациските уреди и системи се комплексни. Содржат аналогни и дигитални склопови. Аналогните може да бидат од најразлична природа: засилувачи за еднонасочен напон, NF, VF, UKV засилувачи, генератори, нелинеарни блокови и филтри итн. Современите комуникациски системи се управуваат од дигитални блокови, најчесто со микроконтролери или со моќни компјутерски системи. Мерењето на параметрите на такви комплексни системи наложува да се познаваат сложени мерни уреди, но и сериозни познавања на функционирањето на испитуваните уреди, односно системи. Современата комуникациска техника и технологии и апаратура потребна за мерење се на високо рамниште. Од една страна прецизните професионални компоненти и сложен хардвер на аналогните склопови овозможуваат мерења со висока точност. Од друга страна микрокомпјутерската техника создаде услови за значителна, па дури и целосна автоматизација на мерниот процес. Тој е поврзан со управување на мерниот канал, обработка на информацијата, доаѓање до индиректна дополнителна информација и статистичка обработка на резултатите од мерењата, откривање на корелациски врски, закони на распределба итн. Основни параметри на телекомуникациските уреди и технолошки процеси Телекомуникациските уреди се карактеризираат со голема разновидност и спаѓаат во групата на електронски производи. Современата концепција на изработка на електронски уреди е модуларна. Телекомуникациската опрема и уреди чинат широка гама од технологии. Суштествен дел кој директно влијае на квалитетот на телекомуникациските уреди се мерењата. Тие се факторот кој придонесува за точна контрола на параметрите на произведените уреди и на технолошките процеси.


5

Независно од постоењето на широка палета од разновидни уреди, може да ги класифицираме во категории за кои може да се воведат јасни стандарди и норми во областа на мерењата. Тенденции во развојот на мерењата во телекомуникациите Разработката на прецизни мерни уреди со микропроцесорско управување наметна потреба од градба на специјални интегрирани кола како основни елементи на еден склоп. Се зголеми степенот на интеграција, точноста на преобразбата, стабилноста на параметрите, можноста за управување и компатибилност со стандардите за поврзување. Мерењата се специфична научна област која се развива по сопствени принципи независно што е директно сврзана со електрониката, комуникациската техника и технологии. Научноистражувачката дејност се развива во следните насоки:

Математички модели, алгоритми и структури; Методи за анализа на резултатите; Основи за проектирање; Интелигентни мерни уреди; Локални мерни комплекси; Мерно-информациски системи; Виртуални мерни системи; Истражување на взаемното влијание со средината на опкружување

Функциските можности на уредите исто така се развиваат благодарение на современата микроелектроника и компјутеризација. Условите за ефикасност на мерната инструментација како од страна на производителите, така и од страна на корисниците е достапноста до уредите и блоковите кои треба да се градат на принципите илустрирани на сл. 4.

Сл. 4. Основни принципи за градба на мерна апаратура

КОМПЛЕКСНОСТ – Блоковска структура неопходна за градба на систем ЕДИНСТВО – унифицираност на командни, контролни и информациски сигнали ФЛЕКСИБИЛНОСТ – возможност за создавање различни структури на системите од едни

исти блокови кои во врска со тоа треба да бидат градени на модуларни принципи и да одговараат на барањата за механичка унификација

МОДУЛАРНОСТ – можност за една функција во еден модул. На пр. U, f, итн. НАДЕЖНОСТ - искажана како средно време на безотказност. Се настојува надежноста да

биде иста за сите склопови УНИФИЦИРАНОСТ – се постигнува благодарение на модуларниот принцип на решенијата.

Ова овозможува да се продаваат одделни блокови како самостојни производи.

KOMPLEKSNOST

EDINSTVO

MODULARNOST

NADE@NOST

FLEKSIBILNOST UNIFICIRANOST

OP[TI PRINCIPI ZA GRADBA NA

MERNA APARATURA


6

Системите изградени на овие принципи создаваат можност за:

Добивање голем број резултати од мерењата. Овие можности Се независни од можностите на корисничкиот персонал;

Мерење на голем број параметри, доколку брзината на работа на системот го дозволува тоа.

Зголемување на точноста на мерењата со можноста на опремата за воведување на корекциони фактори и автоматско коригирање на грешките.

Споредување на граничните вредности на мерената величина и сигнализација за избрани критични точки.

Основни параметри и карактеристики на мерните уреди и системи Преглед на основните параметри и карактеристики на мерните уреди се дадени во приказот на сл. 5.

Сл. 5. Параметри и карактеристики на мерните уреди

МЕРНО ПОДРАЧЈЕ – гранични вредности во кои уредот мери или произведува сигнал со гарантирани параметри

ТОЧНОСТ – оценка за веродостојноста на добиената информација која е гарантирана во рамките на дозволената грешка

ВРЕМЕ НА МЕРЕЊЕ – времето од пристап на сигналот (информацијата) на влез од уредот до добивање на резултат на излез од уредот (дисплеј, интерфејс и др.)

ИНТЕЛИГЕНТНОСТ – способност на уредот да извршува логички или математички операции ОТПОРНОСТ НА ШУМ – способност на уредот да работи во областа на декларираните

параметри при присуство на надворешни влијателни фактори СТАБИЛНОСТ – се определува од промената на параметрите при измена на условите на

експлоатација ТЕМПЕРАТУРНО ПОДРАЧЈЕ – температурен интервал во кој уредот ги задржува

декларираните параметри НАПОЈУВАЊЕ – вклучува напон, фреквенција, консумација и дозволени граници на измени ЦЕНА

Овие параметри се основни фактори при избор на мерна апаратура. Стремежот на конструкторите е да создадат уред со најдобро можни параметри за дадена категорија, а на корисниците, да најдат оптимални параметри за своите конкретни потреби за прифатлива цена. Контролни прашања:

1. Кои се насоките на развој на мерењата? 2. Зошто современото производство на телекомуникациска опрема бара софистицирана мерна

опрема? 3. Какви се современите тенденции за развој мерењата во телекомуникациите? 4. Кои се основните принципи за градба на мерна опрема? 5. Кои се основните параметри и карактеристики на мерните уреди и системи?

MERNO PODRA^JE

VREME NA MEREWE

OSNOVNI PARAMETRI I

KARAKTERISTIKI NA MERNI UREDI

INTELIGENTNOST

TEMPERATURNO PODRA^JE

NAPOJUVAWE

CENA

TO^NOST

STABILNOST

OTPORNOST NA [UM


7

V. ПРОГРАМАБИЛНИ МЕРНИ УРЕДИ Три генерации мерни инструменти се достапни до корисниците. Тоа се аналогните, дигиталните и програмабилните. Аналогните мерни инстру-менти традиционално се најдолго во употреба. Аналогниот приказ на резултатите во извесни случаи се уште се смета за одредена предност. Дигиталните мерни инструменти се продукт на развојот на полуспроводничката технологија и нараснатите потреби условени со развој на техниката воопшто, а на електрониката и телекомуникациите посебно. Дигиталните мерни инструменти брзо ги покажаа предностите над аналогните. Повеќето дигитални инструменти се хибридни. Тие користат и аналогни и дигитални степени. Со решавање на проблемот со надворешно далечинско управување се доби нова генерација на дигитални мерни инструменти кои може да се програмираат. Со технолошкиот развој на интегрираните кола се поголем број производители на мерна опрема преоѓаше на дигиталната техника, па како последица на тоа дојде до реализација на целосно дигитални инструменти, чија задача беше тестирање и калибрација на нови серии комерцијални дигитални инструменти. Овој проблем беше решен со појавата на микропроцесорите со кои се отворија нови широки можности за конструкција на софистицирани интелигентни мерни уреди. Практички со микропроцесорите отпочна развојот на една нова генерација програм-мабилни мерни инструменти познати како микропроцесорски програма-билни инструменти. На сл. 6 прикажана е структура на класичен дигитален инструмент

Сл. 6. Структура на класичен дигитален инструмент Со дигиталниот приказ на резултатот од мерењата во потполност е елиминирана субјективната грешка. Освен тоа, мерните податоци конвертирани во бинарен коден формат потребни за приказ на дигитален дисплеј може директно од декодерот на дислејот да се доведат на дигиталниот излез на инструментот со што е овозможено резултатите од мерењето да се пренесуваат како дигитален сигнал. Величината X која е предмет на мерење со влезниот преобразувач PI се преобразува во сигнал кој е пропорционален со мерената величина, потоа во блокот за аналогна обработка на сигналот (AOS) се обработува за да може најцелисходно да се искористи информацискиот параметар на сигналот. Овој сигнал нормиран се доведува на влезот од AD конверторот каде што се преобразува во дигитален, се проследува и прикажува на дигитален дисплеј. Со елементите за управување со мерниот инструмент (прекинувачи, преклопки, потенциометри) поставени на предната страна на инструментот, рачно се вклучува инструментот, се одбира мерно подрачје и сл. Со развој на дигиталната технологија битно се подобруваат дигиталните решенија на мерни уреди. Се зголеми резолуцијата на инструментите, а нивното производство поевтини. Промените во развојот на дигиталната техника доведоа до создавање на една нова генерација мерни уреди позната како програмабилни мерни инструменти. Првите програмабилни инструменти имаја можност за програмирање само на основните функции, како на пример: автоматско избирање на мерно подрачје или пак избор на основни параметри (дифолт) од мерниот уред доколку се работи за сигнал генератори. Подоцна, со создавањето на стандардот за IEC интерфејс во исто време практички се конструираат и инструменти со вграден микропроцесор. Ваквите решенија го добиваат атрибутот интелигентни мерни инструменти Денес, се познати како микропроцесорски програмабилни мерни инструменти.

X Pi AOS ADC DISPLEJ

BCD IZLEZ

KOMANDI NA ^ELNATA STRANA OD INSTRUMENTOT


8

Со комбинација од две различни функции, управување и пресметки, микропроцесорот врши обработка на резултатот без интервенција на операторот и донесува одлуки врз основа на меѓурезултатите во текот на мерењето. Така, микропроцесорот ја презеде улогата за управување над сите потребни операции од почетокот на мерењето до печатење на мерните резултати. Примената на микропроцесори во мерната технологија не е ограничена само на аритметичките задачи, туку и на задачите поврзани со управување со мерниот процес. Ова се остварува со целосна замена на хардверската логика. Основата на програмното управување се состои од фактот што сигналите потребни за оваа задача наместо од хардверската логика се генерираат од соодветни содржини на ROM единиците кои се поврзани со микропроцесорот. На сл. 7. е прикажана општа блок структура на микропроцесорски програмабилен инструмент. За разлика од блок структурата на класичниот дигитален инструмент, овде AD конверзијата е на влезот од инструментот. Командите на челната страна од инструментот не се користат за управување со работата на инструментот, туку за комуникација со микропроцесорот. Дисплејот на инструментот не се користи само за приказ на резултатите туку и за алфанумерички пораки.

Сл. 7. Блок-структура на микропроцесорски програмабилен

мерен инструмент

Со микропроцесорот значително се подобруваат метролошките карактеристики споредено со ист инструмент без микропроцесор. Со микропроцесор се овозможува централно управување со изборот на функциите и работата на инструментот, а битно се поедноставува и ракувањето. Со микропроцесорот се зголемува и точноста на мерниот инструмент како последица на оптимирање на командите на инструментот, зголемување на бројот на мерни точки, примена на корекции и со самокалибрацијата. Самокалибрацијата и дијагностиката се две основни и нови можности благодарение исто така на микропроцесорот. Самокалибрацијата е автоматска постапка при која микропроцесорот со помош на вградени референтни единици (еталони на основните електрични величини) ја проверува работата на главните работни функции на инструментот по сите подрачја и тоа без да се вклучува надворешен еталон. Самокалибрацијата се извршува автоматски, при вклучување на мерниот инструмент или пак по потреба со посебна команда. На сл. 8. дадена е илустрација на постапката за самокалибрација. На сл. 8а е дадена конфигурација на мерен инструмент во тек на постапка на мерење, а на сл. 8б е дадена конфигурација во тек на фазата од самокалибрација. Тогаш микропроцесорот приклучува референтна еиница на влезот од инструментот истовремено прекинувајќи ги врските со рачните команди и дисплејот. Проценка на коректноста на постапката се реализира со споредување на измерените вредности со вредност од меморијата на инструментот. Ако измерените вредности се надвор од предвидени граници се појавува порака за грешка.

Pi

X ADC DISPLEJ TASTATURA

I/O

ROM RAM

MIKRO PROCESOR

IEC


9

Сл. 8а. Мерен уред во постапка на мерење

Сл. 8а. Мерен уред во постапка на самокалибрација

Микропроцесорските програмабилни мерни инструменти лесно се поврзуваат со други програмабилни мерни уреди со кои се формира авто-матизиран мерен систем. Со микропроцесорско програмабилните мерни инструменти се овозможува:

Промена на брзината на отчитување на резултатите Меморирање на измерените вредности Примена на гранични вредности на секој отчитан резултат и приказ на ситуацијата на

дисплеј како констатација: пониска вредност; повисока вредност; вредност во границите. Покрај приказ на отчитаната вредност, приказ и на максималната; средната и минималната

вредност. Примена на статистички функции, на пример: аритметичка средина; стандардна

девијација; варијанса. Мерење температура со термодвојки со автоматска линеаризација и отчитување на

резултатите во различни единици. Отчитување во dB Директно отчитување на процентуално отстапување од однапред зададена референтна или

гранична вредност. Можност за самокалибрација и проверка исправноста на сите блокови од инструментот

Контролни прашања:

1. Наведете ги трите генерации мерни инструменти и накусо појаснете ги разликите меѓу нив?

2. Нацртајте блок-структура на класичен дигитален мерен инструмент и појаснете ја улогата на употребените блокови?

3. Нацртајте блок-структура на микропроцесорски програмабилен мерен инструмент и појаснете ја улогата на употребените блокови?

4. Нацртајте блок-структура на мерен уред во постапка на мерење? 5. Нацртајте блок-структура на мерен уред во постапка на самокалибрација? 6. Наведете ги можностите на микропроцесорско програмабилните мерни инструменти

VLEZNO KOLO

ADC

REFERENTNA EDINICA

MIKROPROCESOR MEMORIJA

DISPLEJ

RA^NI KOMANDI

X

VLEZNO KOLO

ADC

REFERENTNA EDINICA

MIKROPROCESOR MEMORIJA

DISPLEJ

RA^NI KOMANDI

X


10

VI. МЕРНИ СИСТЕМИ Мерни инструменти и друга опрема потребна за извршување на дефинирани мерења претставуваат мерен систем. Работата на еден мерен систем може да биде управуван рачно или автоматски. На сл. 9. даден е приказ на рачно организиран мерен систем.

Сл. 9. Неавтоматизиран мерен систем

Во рамките на ваков мерен систем операторот раководи со мерната постапка. Тој ги поставува параметрите на сигналот од сигнал генераторот, врши избор на мерно подрачје на мерниот инструмент, врши избор на мерни точки, ги отчитува резултатите и врши нивна обработка.

На сл. 10. дадена е структура на автоматски мерен систем. Во автома-тизираните системи улогата на оператор ја превзема електронскиот склоп - контролер. Контролерот може да биде секвенцијален, т.е. да работи со фиксна програма (хардверска логика); но, може да биде микрокомпјутер, односно мини компјутер или пак компјутер. Ваквите контролери работат со програмабилна логика. Контролерот управува со сигнал генераторот и со мерниот инструмент, го одредува чекорот на мерења, меморирањето, како и со обработката на мерните податоци.

SIGNAL GENERATOR

URED KOJ SE ISPITUVA

MEREN INSTRUMENT

OPERATOR

RA^NO POSTAVUVAWE

IZBOR NA MERNI TO^KI

RA^NO POSTAVUVAWE

OT^ITUVAWE NA REZULTATI

OBRABOTKA NA REZULTATITE


11

Сл. 10. Автоматизиран мерен систем

Пренос на информации кај автоматизираните мерни системи Работата на автоматизираните мерни системи се остварува со пренос на информации меѓу составните склопови на системот. Со информациите се остварува:

управување пренос на податоци

Со управувањето се врши избор и поставување на потребни команди, зависно од мерената величина. За сигнал генераторите управувањето се состои од избор на бранов облик на излезниот сигнал и од поставување параметри на сигналот. На пример, избор на сигнал со правоаголен бранов облик, нагоден со параметрите: фреквенција, амплитуда на импулсите, однос времетраење и пауза на импулсите. За мерните инструменти оваа операција се состои од избор на функција, мерно подрачје и поставување на ограничувања. На пример, за мерен инструмент мултиметар, под избор на функција се подразбира AC или DC режим, мерење напон, струја, отпорност, температура…, а под поставување ограничувања би било поставување на одредена вредност која доколку при мерењата се пречекори да се добие соодветна информација од системот за пречекорување на оваа зададена гранична вредност. Преносот на информации може да биде на различни начини (сл. 11):

SIGNAL GENERATOR

URED KOJ SE ISPITUVA

MEREN INSTRUMENT

ELEKTRONSKO POSTAVUVAWE

IZBOR NA MERNI TO^KI

ELEKTRONSKO POSTAVUVAWE

REZULTATI VO DIGITALEN FORMAT

AVTOMATSKA OBRABOTKA NA REZULTATITE

KONTROLER

INTERFEJS

PROGRAM


12

паралелен бајт по бајт бит по бит

Кај паралелниот начин на пренос на податоци сите сигнали се пренесуваат едновремено. Предност на ваквиот начин на пренос може да се смета брзината, но на сметка на тоа потребни се повеќе кабли за врска со конектори. Кај преносот бајт по бајт информацијата се пренесува секвенцијално во осум битни бајтови. Овој начин претставува компромис меѓу чисто паралелен и чисто сериски пренос во однос на брзината и цената. Кај преносот бит по бит (сериски пренос на податоци) потребна е само една линија за сигналот. Преносот е секвенцијален. Овој метод е побавен, но едноставен и евтин. Се користи при поврзување на инструменти кои работат со ниски брзини. При преносите бајт по бајт и бит по бит потребно е да се користи меѓумемориска единица кај блокот приемник. Количината на информации која ја пренесуваме зависи од типот на мерните блокови од кои е формиран мерниот систем. На пример, за дигитален фреквенцметар со девет цифри потребен е пренос на 36 бита, односно потребни се 36 водови во случај на паралелен начин на пренос на податоците.

Сл. 11а. Паралелен пренос на податоци

BAJT

1

BAJT

2

BAJT

3

MEREN BLOK KOJ PREDAVA PODATOCI

PREDAVATEL

PRIEMNIK

MEREN BLOK KOJ PRIMA PODATOCI


13

Сл. 11б. Пренос бајт по бајт

Сл. 11в. Пренос бит по бит


1. Што е тоа мерен систем, зошто служи и кои се неговите предности? 2. Нацртајте блок-структура на неавтоматизиран мерен систем?

3. Нацртајте блок-структура на автоматизиран мерен систем?

4. Наведете ги предностите на автоматизираните мерни системи споредено со

неавтоматизираните?

5. Какви начини на пренос на информации се користат во автоматизираните мерни системи?

6. Наведете ги основните карактеристики на различните начини на пренос на податоци?

VII. КЛАСИФИЦИРАЊЕ НА МЕРНИ СИСТЕМИ Според намената постојат мерни системи за:

општа и специјална намена.

BAJT

1

BAJT

2

BAJT

3


PREDAVATEL

PRIEMNIK


ME|UMEMORIJA


PREDAVATEL

PRIEMNIK


ME|UMEMORIJA

BAJT 3

BAJT 2

BAJT 1


14

Инструменти од различни производители кои се употребуваат самостојно, поврзани во една целина чинат мерен систем за општа намена. Ваквите системи најчесто се употребуваат за различни истражувања и развој. За посебни намени во индустријата се користат мерни системи од инструменти и контролер специфицирани да работат со големи брзини, висока доверливост и точност. Најчесто сите компоненти на ваквите системи се од ист производител. Инструментите се наменети за конкретен систем, не се користат самостојно, а и мерниот систем е со непроменлива конфигурација.

Мерните блокови-инструменти и контролер може да бидат поврзани на различни начини:

радијално редно магистрално

Сл. 12 а. Радијално поврзување на инструменти во мерен систем

Сл. 12 б. Редно поврзување на инструменти во мерен систем

Сл. 12 г. Поврзување на инструменти во мерен систем преку заедничка магистрала

Кај радијалниот начин на поврзување се користат посебни поединечни врски на секој од употребените инструменти со контролерот. Ваквииот начин е едноставен, но проширување на

KONTROLER

INSTRUMENT 1

INSTRUMENT 2

INSTRUMENT i

INSTRUMENT n

KONTROLER

INSTRUMENT 1 INSTRUMENT 1

KONTROLER

INSTRUMENT 1 INSTRUMENT 1


15

мерниот систем е отежнато и бара реконструкција на контролерот. Бидејќи врската од контролерот до секој инструмент е двосмерна, потребни се голем број повеќежични кабли што може да се одрази на доверливоста на системот. Редното поврзување на инструментите споредено со радијалниот начин е поедноставен. Недостаток претставува брзината со која се пренесуваат информациите. Магистралното поврзување е најчесто употребуван начин на поврзување. Заедничката магистрала ги поврзува сите уреди кои го сочинуваат мерниот систем. Ова поврзување овозможува едноставно модифицирање и проширување на системот. Според начинот на управување мерните системи се со:

внатрешно управување надворешно управување

Мерните системи со внатрешно управување имаат програм складиран во меморијата на контролерот. Како контролер редовно се користи персонален компјутер. Програмот може да биде изработен на програмски јазик од повисоко ниво како на пример BASIC, FORTRAN или PASCAL. Програмите се флексибилни бидејќи лесно може да се модифицираат или менуваат. Системот може да биде со брз компјутер и бавни периферии организирани со начин на работа познат во стручната терминологија како time-sharing (поделба на времето). Недостаток на ваквите системи може да биде високата цена. Мерните системи со надворешно управување се со секвенцијални контролери кои работат со фиксни програми. Програмното управување е фиксно и тешко изменливо. Контролерот користи инструкции кои се складирани во полуспроводнички мемории или записи на магнетни ленти наместо полуспроводнички мемории кај постарите решенија.

VIII. МИКРОПРОЦЕСОРИ Микропроцесорот е електронски склоп кој исполнува логички и аритме-тички функции. Се поврзува со други електронски кола и заедно со нив формира микропроцесорски систем. Еден микропроцесорски систем може да се разгледува како склоп составен од следниве основни блокови: микропроцесор; трајна меморија, позната како ROM (Read Only Memory), меморија во која се меморираат инструкции и константи; RAM (Random Access Memory), меморија која служи за читање и запис на информации (резултати, инструкции, константи – во процесот на меѓуобработка на податоци) и влезно-излезен блок. На сл. 13 дадена е блок структура на општ микропроцесорски систем.

Сл. 13. Блок-структура на микропроцесорска конфигурација

VLEZEN BLOK

IZLEZEN BLOK

ROM RAM

INFORMACISKA MAGISTRALA

ADRESNA MAGISTRALA

UPRAVUVAWE

MIKRO PROCESOR


16

Карактеристика за повеќето поширокораспространети микропроцесори е последователноста во времето на исполнување на операциите при решавање на задачите. Тактниот сигнал кој е потребен за работа на микропроцесорот и кој ја одредува неговата брзина на работа е со фреквенција од редот на големина од 1 до 6 MHz. Ако микропроцесорот треба да учествува директно во обработката на аналоген сигнал, а не само да ги оптимизира режимите на работа на системот, често во практиката се покажува дека се потребни повисоки брзини на работа. Затоа, со технолошкиот развој се оди на производство на микропроцесори кои работат на се повисоки тактни фреквенции. Современата технологија овозможува да се произведува микропроцесрски систем во еден чип, познат како микрокомпјутер. Најчесто употребуваните микрокомпјутери, зависно од потребите може да бидат со 4, 8 или 16 битни процесори. За обработка на аналогни сигнали во реално време се создадени специјални микропроцесори. Обично се бара параметарот на сигналот кој е носител на информацијата со соодветни последувателни преобразби да се преобрази на најрационален начин потребен за негова дигитална обработка. Блок-структурата на една основна (минимална) микропроцесорска конфигурација - микропроцесорски систем (сл. 12) ни покажува дека микропроцесорот со информациската магистрала е поврзан со другите блокови кои припаѓаат на системот. Адресната магистрала дозволува да се овозможи достап до секоја ќелија на мемориските блокови. Преку неа се адресираат и влезно-излезните блокови. При n-битна адресна магистрала можат да се адресираат 2

n мемориски ќелии. Микропроцесорот е дигитален склоп, реализиран во еден или повеќе интегрални кола (чипови) со висок степен на интеграција. Микропроцесорот се состои од следниве основни блокови: аритметичко-логичка единица (ALU), регистри за општа намена, регистри со специјална намена, акумулатори, регистер на флагови (знаменца), програмен бројач (бројач на инструкции) и блок за управување. Освен овие блокови некои микропроцесори имаат RAM меморија и влезно-излезни канали, како и влезни и излезни мултиплексери, AD и DA конвертори и аналогни мемории. Во микропроцесорските системи размената на информација меѓу одделните блокови и микропроцесорот се извршува со инструкција од микропроцесорот. Секој микропроцесор има свој систем од инструкции. При осумбитните инструкции нивниот максимален број е 28 =256. Влезните податоци, претставени во бинарен код се достапни во влезните блокови преку тастатура, AD конвертор и др. По инструкција од микропроцесорот, инструкцијата преку информациската магистрала ги праќа влезните податоци кои од самиот процесор одтаму во RAM. Програмата за обработка на податоците обично е запишана во ROM. После исполнување на програмата податоците се проследуваат од RAM во излезните блокови. Излезните блокови најчесто се AD конвертори, индикатори, магнетен запис на различни носители или други извршни склопови. Мемориските блокови со произволен достап RAM (познати како оперативна меморија) се карактеризираат со тоа што складираната информација во нив исчезнува кога ќе се исклучи напојувањето. По структура овие блокови се статични и динамични. При статични мемории за меморирање на еден бит информација се користи тригер, изграден со транзистори. Овие склопови служат за времено меморирање на информацијата до исклучување на напојувањето. Кај динамичните мемории за меморирање на информацијата се користат кондензатори, кои при логичка 1 и логичка 0 имаат различно количество електрицитет. Поради самопразнење на кондензаторите потребно е складираното количество електрицитет периодично да се регенерира. Тој процесс е познат како освежување на меморијата и обично се извршува на секои 2 ms. Споредено со статичните, динамичните мемории дозволуваат поголем степен на интеграција имаат повисока брзина на работа, помала потрошувачка и се поефтини. Но, за нивна работа потребни се додатни надворешни кола за управување на освежувањето на меморијата. Кај 64 Кбајтните мемории обично се употребува статична меморија, а за повисоки мемориски капацитети се користат динамични. Трајната меморија, позната и како програмна најчесто се реализира со MOS или TTL технологија. Постојат мемории со должина на дигитални зборови од 4, 8 и 16 бита. Во зависност од тоа како се програмираат и дали се програмираат еднократно или повеќекратно, постојат неколку вида трајни мемории. Најчесто се користат мемории од типот на ROM, PROM, EPROM. Мемориите ROM се програмираат еднократно од производителот. Мемориите PROM (Программабле ROM) најчесто се произведуваат во TTL технологија и се програмираат еднократно од страна на корисникот. Мемориите EPROM (Erasable PROM) се трајни мемории чијашто содржина може да се брише многукратно со ултравиолетови зраци и повторно да се програмира со електрични импулси, генерирани од специјален уред – програматор. Траните мемории ги задржуваат меморираните податоци и тогаш кога мемориското коло е исклучено од напојување или пак сосема извадено од подножјето. Ултрвиолетовата светлина може да предизвика оштетување на податоците во ваквите


17

мемории. За спречување на несакана изложеност на ултравиолетова светлина, прозорчето на интегралното коло кое служи за контролирано бришење на податоците се заштитува со заштитан лепенка. Покрај параметрите: брзина на работа, број на инструкции, регистри, капацитет на меморија, можност за директен достап до меморијата, дисипација, не помалку важни се и програмските можности на микропроцесорот. Процесот на програмирање значително се поедноставува ако се користат програмските јазици од типот на PL/M и FORTRAN. Тоа наложува употреба на компилатори за преведување на програмите на машински јазик. За поимот микропроцесорски систем се повеќе се користи терминот микрокомпјутер. Всушност еден микрокомпјутер ги вклучува сите компоненти на еден микропроцесорски систем. Со денешната технологија микрокомпјутерите се изработуваат во еден чип. Едночипните микрокомпјутери сочинуваат целина од микропроцесор, меморија и влезно-излезни степени. Повеќето современи решенија на мерни инструменти се незамисливи без микрокомпјутери во нивната структура. IX. ПОВРЗУВАЊЕ НА МЕРНИ УРЕДИ ВО МЕРНИТЕ СИСТЕМИ

Поврзувањето на мерни уреди во мерните системи зависи од оддалеченоста на мерните места. Во случај на мали растојанија најчесто се користи стандардот IEEE 488-1975 (IEEE Standard Digital

Interface for Programmable Instrumentation), познат уште и како IEC интерфејс. Поврзувањето подразбира користење на дигитални програмабилни мерни инструменти, дигитално управувани напонски извори, сигнал генератори, осцилоскопи, принтери и друга програмабилна опрема. На сл. 14 како пример дадено е едно вакво поврзување на уреди и мерни инструменти во автоматизиран мерен систем управуван со компјутер.

Сл. 14. Поврзување на мерни уреди во мерен систем

Мерниот објект се побудува со програмабилен генератор на сигнали од кој зависно од видот на потребните испитувања на мерниот објект се генерира одредено напон со соодветен бранов облик на сигналот. Параметрите на излезните напони се мерат со дигиталниот мултиметар и со осцилоскопот. Мерната постапка се одвива според софтвер изработен за конкретните испитувања на мерниот објект. Резултатите од испитувањата се пресметуваат со компјутерот и се печатат со принтерот кој е составен дел на системот.

8-@I^NA MAGISTRALA ZA PRENOS NA PODATOCI I ADRESI

5-@I^NA MAGISTRALA ZA UPRAVUVAWE

3- @I^NA MAGISTRALA ZA SINHRONIZACIJA

PC SIGNAL GENERATOR

MULTIMETAR osciloskop PRINTER

MEREN OBJEKT

ICL

DI01-DI08

ATN

SRQ

REN

EOI

DAV

NRFD

NDAC

KONTROLER PREDAVATEL PRIEMNIK PRIMOPREDAVATEL PRIEMNIK


18

Поврзувањето на компонентите во системот е со IEC интерфејсот. Сите припадни компоненти се поврзуваат паралелно со 16-то жична врска. Секоја од припадните компоненти има стандардни 16-то пински конектор. Врските се остваруваат со соодветни 16-жични кабли кои на двата краја имаат конектори за врска со компонентите на мерниот систем. За да се обезбеди непречена работа на паралелно поврзаните компоненти, компјутерот преку соодветна адреса во одреден момент активира само една од компонентите. На тој начин активираната компонента ги испраќа своите податоци. Компјутерот истовремено може да активира една или повеќе компоненти кои ќе ги примат тие податоци. Од 16-то жичната врска осум служат за двосмерен пренос на податоци и адреси меѓу компонентите на системот, а другите осум врски служат за пренос на контролните сигнали кои ја одредуваат моменталната состојба на преносот на информацијата. Секој проводник од паралелната врска меѓу компонентите може да има состојба на логичка нула или логичка единица. Од осумте линии една се користи за контрола на преносот, што значи дека со другите седум линии може да се остварат 27=128 комбинации. Значењето на овие комбинации е стандардизирано. За да може да се врши размена на информација системот треба да има уред кој функционира како приемник, уред кој функционира како предавател и контролер-уред за управување. Контролерите овозможуваат предавање на адреси и универзални команди кон уредите вклучени во системот. Повеќето контролери се програмабилни микрокомпјутери. Од контролерот, преку единствените адреси, приемниците ги примаат командите од другите уреди. Приемникот ги исполнува добиените команди, но обратно не испраќа податоци. Предавателите реагираат на командите испратени од контролерот и ги враќаат неопходните податоци кон контролерот по магистралата за податоци. Примопредавателите се уреди кои добиваат команди од другите уреди, најчесто од контролерот, ги исполнуваат и ги враќаат неопходните податоци по магистралата за податоци. DIO магистралата е двонасочна 8-битна магистрала за податоци која што служи за предавање интерфејсни соопштенија и соопштенија за одделните уреди, меѓу контролерот, предавателите и приемниците. Трите сигнални линии од магистралата за синхронизација: DAV (data valid), NRFD (not ready for

data) и NDAC (not data accepted) определуваат:

DAV - податоците се валидни и достапни на магистралата за податоци. NRFD - покажува на контролерот дали адресниот уред е во состојба да прима податоци. NDAC - покажува на контролерот дали адресниот уред ги примил испратените податоци.

По магистралата за управување податоци потребно е да се координира работата на системот и да се обезбеди правилна размена на податоци. Тоа се овозможува со следниве сигнали: IFC (interface

clear), ATN (attention), SRQ (service request), REN (remote enable) и EOI (end or identify). Со овие сигнали се извршуваат следниве функции:

IFC - го доведува интерфејсот и сите уреди во системот во почетна состојба, предавањето на информации по магистралата за податоци се прекинува.

ATN – информација на сите уреди во системот дека на магистралата за податоци се наоѓа адресна или информација за управување.

SRQ – се користи од сите уреди во системот за да сигнализираат на контролерот дека има потреба од опслужување

EOI – се користи од предавателите за да се сигнализира крај на пренос на податоците REN - се активира по вклучување на системот и со овој сигнал се дава дозвола за

далечинско управување.

X. СЕРИСКИ ИНТЕРФЕЈСИ Серискиот интерфејс RS 232 се употребува за релативно бавен пренос на податоци меѓу еден предавател (контролер, компјутер) и приемник (мерен инструмент). Кај овој интерфејс логичката нула е претставена со напон од +5 V до +15 V, а за логичка единица од –5 V до –15 V. Основната преднос на овој интерфејс е тоа што тој е компатибилен за сите компјутери. Со серискиот интерфејс, за пренос на податоци и некои сигнали за управување се користи стандардот ASCII (American Standard Code for Information Interchange). За наједноставна билатерална врска потребни се две линии. Врската меѓу компјутер и друг уред се остварува со коаксијален кабел со две линии и оклоп за заземјување. Едната линија (спроводник) служи за предавање, а втората линија за прием на податоци.


19

Серискиот интерфејс RS 232 е ограничен на поединечен пренос на битови. Тоа значи дека секој мерен инструмент треба да биде поврзан со компјутерот. Брзината на пренос на податоци е до 20

kbit/s. Постојат и верзии на овој стандард: RS 422, RS 423 и RS 485. Со овие верзии преносот на податоци е поотпорен на пречки (шум), се овозможува повисоки брзини на пренос кои изнесуваат до 2 Mbit/s, а и комуникацијата е можна на значително поголеми растојанија. RS 422 се употребува за компјутерите Apple Macintosh. Овој стандард работи со диференцијален предавател со еднополарни сигнали од +2 V до +5 V. Диференцијалната размена на информации користи две линии. Едната линија е за прием, а втората за предавање. Со ова се зголемува отпорноста на шум, а и се зголемува брзината на размена на податоци. Стандардот RS 485 суштествено се разликува од RS 232. Со RS 485 може да се вклучат 32 коресподенти во една линија. Со ова се овозможува да се градат системи за контрола и управување на технолошки процеси. Овој интерфејс често се употребува за индустриски цели. На сл. 15 е прикажан интерфејсот RS 485.

Сл. 15. Интерфејс RS 485

Во Табелата 1 е даден преглед на параметри на сериски интерфејси. Т 1. RS 232 RS 422 RS 485

РЕЖИМ НЕСИМЕТРИЧЕН ДИФЕРЕНЦИЈАЛЕН ДИФЕРЕНЦИЈАЛЕН МАКСИМАЛЕН БРОЈ ПРЕДАВАТЕЛИ

1

1

32

МАКСИМАЛЕН БРОЈ ПРИЕМНИЦИ

1

10

32

МАКСИМАЛНА ДОЛЖИНА НА КАБЕЛ

15,2 m

1,2 km

1,2 km

МАКСИМАЛНА БРЗИНА 20 kb/s

10 Mb/s

10 Mb/s

НИВО НА СИГНАЛОТ

од V5± до V15±

Минимум V2±

Минимум V5,1±

ИМПЕДАНСА НА ТОВАР

3-7 Ω

100 Ω

60 Ω

МАКСИМАЛНА ИЗЛЕЗНА СТРУЈА

500 mA

150 mA

150 mA

+5V

TTL IZLEZ

TTL VLEZ

A B

+5V

TTL IZLEZ

TTL VLEZ

A B

+5V

TTL IZLEZ

TTL VLEZ

A B

i 32 1


20


1. Какви начини на поврзување се употребуваат меѓу контролерот и мерните уреди? Која е разликата меѓу нив?

2. Опишете што е тоа микропроцесор и микропроцесорски систем, Зошто служат? Која е разликата меѓу микропроцесор и микро-компјутер?

3. Нацртајте блок-структура на микропроцесорска конфигурација? 4. Кои видови мемории се користат во микропроцесорските системи и што е разликата меѓу

нив? 5. Што е тоа освежување на меморија и зошто е тоа потребно? 6. Која е намената и суштината на инструментацискиот интерфејс IEEE 488? 7. Каква е структурата на интерфејсниот систем според IEEE 488? 8. Наведете ги основните карактеристики на сериските интерфејси RS 232, RS 422, RS485?

XI. ПРОЕКТИРАЊЕ АВТОМАТИЗИРАНИ МЕРНИ СИСТЕМИ На сл. 16 даден е блок – приказ на циклус на постапката на проектирање на еден автоматизиран мерен систем.

Сл. 16. Циклус на процес на проектирање автоматизиран мерен систем

Со спецификација на мерниот систем се дефинираат барањата и реалните можности за нивна реализација. Потоа се проектира хардверот и софтверот. Давање предност на хардверското, односно софтверско решение за реализација на поставените задачи зависи од повеќе фактори. Често се дава предност на софтверско решение пред се поради неговата флексибилност со која може да се намали цената на хардверскиот дел од системот. Предност на хардверското решение се дава кога од системот се бара голема брзина на работа. Оптимално проектирање најчесто е хибриден оптимален пристап. По проектирањето на хардверот и софтверот се прави нивен развој, се конструира системот по што следи задолжително тестирање со цел да се отстранат евентуалните недостатоци. Проектирањето на мерните системи се поедноставува со употребата на стандардизирани интерфејси. Јасно е дека причината за тоа е дека со стандардизиран интерфејс се решава прашањето за компатибилност на системот. Проектирањето на хардверот се сведува на избор на најсоодветни мерни инструменти за предвидената намена како и на обезбедување на рационален начин за нивно меѓусебно поврзување. Грешките на мерењата се најважната метролошка карактеристика на еден мерен систем. Грешките се одредени со метролошките карактеристики на инструментите кои го сочинуваат системот. Не помалку значајна е и брзината и едноставноста со ракувањетосо мерниот систем. Ова е одредено од параметрите на контролерот. При избор на контролер треба да се знае:

SPECIFIKACIJA NA SISTEMOT

KONSTRUKCIJA NA SISTEMOT

PROEKTIRAWE NA HARDVER

RAZVOJ NA HARDVER

PROEKTIRAWE NA SOFTVER

RAZVOJ NA SOFTVER

TESTIRAWE


21

Оперативна брзина на контролерот во однос на употребениот интерфејс. Дали постои директен пристап до меморијата Дали капацитетот на главната меморија е доволен за предвидените програми и мерните

податоци Дали контролерот може да биде програмиран во соодветен програмски јазик кој е близок

до корисниците на системот Дали вградените периферии во контролерот се соодветни за предвидените задачи.

Рационалното проектирање на еден систем треба да биде во склад со задачите за кои е наменет. Така на пример во наједноставните мерни системи кои користат IEC интерфејс предавателот и приемникот може да бидат поврзани и без контролер. Во една ваква конфигурација предавател на пример е волтметар, а приемник принтер (сл. 17).

Сл. 17. Наједноставен IEC мерен систем

Ваквиот мерен систем може да работи без контролер. Податоците од предавателот автоматски се проследуваат и примаат од приемникот без какво било адресирање. Бидејќи нема контролер времето на повторно мерење е одредено со брзината на работа на побавниот уред во системот. Ако мерниот систем содржи повеќе уреди потребно е и управување со системот. Наједноставен облик на IEC контролер е секвенцијалниот контролер кој ги адресира предавателите еден по еден по однапред одреден редослед. Предавателите секвенцијално ги предаваат мерните податоци на принтерот (сл. 18). Податоците за програмирање на уредите не се предаваат на магистралата, затоа што уредите претходно се нагодени мануелно.

Сл. 18. Мерен систем со секвенцијален контролер

Ако мерниот систем треба да биде програмабилен преку интерфејсот може да се употреби контролер со фиксна програма кој содржи ROM, магнетен диск или лента (сл. 19). Во ваквите конфигурации контролерот може да управува програмирани задачи и да го насочува сообраќајот од мерни податоци со лоцирање на предавателите и приемниците.

IEC MAGISTRALA

VOLTMETAR PRINTER

IEC FUNKCIJA: PREDAVATEL PRIEMNIK FUNKCIJA: MEREWE NAPON PE^ATEWE REZULTATI

IEC MAGISTRALA

V-METAR W-METAR Hz-METAR PRINTER KONTROLER

PREDAVATEL PREDAVATEL PREDAVATEL PRIEMNIK PRIEMNIK MERI NAPON MERI MO]NOST MERI FREKVENCIJA PE^ATI REZULT. ADRESIRA


22

Сл. 19. IEC мерен систем со контролер со фиксна програма

На сл. 20 е даден приказ на IEC мерен систем со интелигентен контролер. Во ваквата конфигурација контролерот може да биде програмабилен калкулатор, миникомпјутер или микрокомпјутер. Ваквите мерни системи може да вршат автоматизирана обработка на податоците. Тие имаат можност за одлучување и овозможуваат меѓусебно посредување со корисникот на системот.

Сл. 20. IEC мерен систем со интелигентен контролер

Со работата на еден мерен систем управува програма. Програмата го одредува видот на мерењето и временскиот распоред на мерните постапки, обликот и временскиот распоред на мерните податоци како и видот на математичките операции кои ги извршува контролерот пред визуелниот приказ на резултатите. Корисничките програми кои се употребуваат во IEC мерните системи се состојат од:

Услужна програма и Апликативна програма

Услужната програма се состои од рутини (подпрограми, процедури, библиотеки) кои се однесуваат на програмирањето и на сообраќајот на податоци на уредите во мерниот систем. Производителите на мерните инструменти ги изготвуваат програмските рутини потребни за програмирање на мерните инструменти. Значи, производителот за инструментите приложува со инструментите детални податоци потребни за програмирање.

IEC MAGISTRALA

V-METAR W-METAR Hz-METAR PRINTER KONTROLER

PREDAVATEL PREDAVATEL PREDAVATEL PRIEMNIK PREDAVATEL PRIEMNIK PRIEMNIK PRIEMNIK ADRESIRA MERI NAPON MERI MO]NOST MERI FREKVENCIJA PE^ATI REZULT. STARTIRA

IEC MAGISTRALA

IZVOR ZA NAOPOJUVAWE

GENERATOR V-METAR PRINTER KONTROLER

PRIEMNIK PRIEMNIK PREDAVATEL PRIEMNIK PREDAVATEL OBEZBEDUVA GENERIRA PRIEMNIK PRIEMNIK NAPOJUVAWE MEREN SIGNAL MERI NAPON PE^ATI REZULT.

MEREN OBJEKT


23

При изработка на услужна програма потребно е да се нацрта дијаграм на текот на одвивање на процесот. Дијаграмот опфаќа одредени чекори по логичен редослед. Апликативната програма е дел од корисничката програма кој го опишува оперативниот процес на системот и алгоритмот на мерниот циклус. Апликативната програма го одредува стартот на мерниот процес, редоследот на мерните циклуси, бројот на мерења во еден мерен циклус и насочувањето на мерните податоци. Пред пишување на апликативната програма треба да се доделат адресите за употребените уреди во мерниот систем. Адресите се состојат од 7-битен бинарен код. Првите два бита го одредуваат карактерот на адресата. Карактерот на адресата со двата бита: 1 и 0 е за предавател, а со двата бита: 0 и 1 е за приемник. Другите 5-бита ја одредуваат адресата на инструментот. На пример, ако еден програмабилен мултиметар треба да работи и како предавател и како приемник треба да има две адреси. Преку адресата за приемник мултиметарот прима програмски податоци, а преку адресата за предавател, мултиметарот е поврзан да предава мерни податоци. Принтер вклучен во системот со кој се печатат мерните резултати треба да има една адреса, адреса на приемник, затоа што принтерот само прима податоци за печатење. Доделувањето на адресите се врши со поставување во соодветни положби: 0 или 1, на преклопките кои обично се наоѓаат на задната страна на инструментот. Пример за адреси на еден ист инструмент кој треба да работи и како предавател и како приемник: Предавател: 1 0 1 0 0 0 0 Приемник: 0 1 1 0 0 0 0 Пример за адреса на инструмент кој треба да работи само како приемник: Приемник: 0 1 0 1 1 1 0 Пример за изработка на корисничка програма: Нека е потребно е да се реализира мерен систем потребен за одредување на електрична должина или диелектрична константа на високофреквен-тни (VF) кабли. Принципот на мерење се базира на пропагација на еден електричен импулс низ VF кабел кој се испитува. За ваков мерен систем е потребно: импулсен генератор, фреквенцметар, високофреквентна електронска преклопка и контролер. Импулс од генераторот треба да се проследи низ испитуваниот VF кабел кој на другиот крај е отворен. Импулсот патува низ кабелот до неговиот крај, потоа се рефлектира од отворениот крај и се враќа на влезот (почетокот на кабелот). Јасно е дека рефлектираниот импулс ќе биде со помала амплитуда поради загубите во кабелот. Временската разлика меѓу растечкиот раб на влезниот импулс и растечкиот раб на рефлектираниот импулс е еднаква на двојната вредност од времето на доцнење на VF кабелот. Таа зависи од брзината на простирање на сигналот и од должината на кабелот. Брзината на простирање на електричниот сигнал е одредена со изразот:

rr

CV

µε= (1)

каде што r

ε е диелектричната константа на кабелот, r

µ е магнетната пермеабилност, а C е

брзина на светлината.

Бидејќи t

lV = , следи:

C

lt

rrµε

= (2)

Со замена на вредностите за брзината на светлината 8103 ⋅=C m/s и 1=r

µ во изразот (2),

добиваме:

8103 ⋅=

rl

tε

(3)

Изразот (3) е релација меѓу времето на пропагација и должината на кабелот при позната диелектрична константа на кабелот, односно меѓу времето на пропагација и диелектричната константа на кабелот ако е позната неговата должина.


24

На сл. 21 дадена е структура на мерен систем за мерење електрична должина односно диелектрична константа на VF кабли.

Сл. 21. Мерен систем замерење електрична должина односно диелектрична константа

Сигналот од импулсниот генератор преку споен кабел се води на влезот од фреквенцметарот со кој што се мери временскиот интервал. Временскиот интервал преку VF преклопката се мери и на референтниот и на мерениот кабел. VF преклопката треба прво да биде поставена во позиција во која прво се поврзува референтниот кабел во мерниот систем, а потоа мерениот кабел. На сл. 22 даден е приказ при мерењето на времето на пропагација на референтниот и на мерениот кабел.

Сл. 22а. време на пропагација на референтниот кабел

Сл. 22б. време на пропагација на мерениот кабел

Контролерот со кој се управува со мерниот систем е поврзан со IEC магистрала. На употребените инструменти во мерниот систем им доделуваме адреси за комуникација. Поставувањето на адресите се врши пред приклучување на интерфејсните кабли.

t

t+τ

IMPULSEN GENERATOR

VF PREKLOPKA Hz METAR

KONTROLER

REFERENTEN KABEL

ISPITUVAN KABEL

IEC MAGISTRALA


25

Дијаграмот на токот на мерниот систем е прикажан на сл. 23. при изработка на програмата мора да се внимава програмот да биде подеднакво погоден и за одредување на должина и за одредување на вредноста на диелектрична константа на кабел.

Сл. 23. Дијаграм на ток на мерењата параметри на VF кабли

MEREWE DOL@INA ?

NE DA

START

εr l

MEREWA NA REFERENTEN KABEL

MEREWA NA MERENIOT KABEL

PRESMETKI i PRIKAZ NA REZULTATITE

KRAJ


26


1. Наведете што е потребно да се знае при избор на контролер? 2. Нацртајте општа блок структура на мерен систем со секвенцијален контролер и кусо

појаснете го овој систем? 3. Нацртајте блок-структура на мерен систем со контролер со фиксна програма и IEC

магистрала и појаснете го системот? 4. Нацртајте блок-структура на мерен систем со интелигентен контролер и IEC магистрала и

појаснете ја разликата со мерните системи со фиксна програма? 5. Што се тоа услужна и апликативна програма? 6. Што се тоа адреси на мерни уреди и зошто служат? Појаснете како изгледа адреса и која е

разликата меѓу адреса на предавател и адреса на приемник?

XII. АКВИЗИЦИЈА НА МЕРНИ ПОДАТОЦИ Мерењета често пати треба да се реализираат со многу инструменти поставени на мерни места кои се оддалечени меѓу себе. Најчесто е потребно да се собираат многу мерни податоци во куси временски интервали. Ова наложува мерните уреди да бидат поврзани во еден мерен систем. Собраните податоци треба да се обработат, потоа истите да се визуелизираат (прикажат) или пак да се меморираат, односно да се пренесат. За оваа цел потребнен е систем за прибирање (аквизиција) на мерните податоци. На сл. 24 даден е приказ на општ систем за аквизиција и пренос на мерни податоци. На сликата е прикажан систем за една мерена величина X. Ваквиот систем е познат како едноканален.

Сл. 24. Систем за прибирање и пренос на мерни податоци

Влезниот степен се состои од мерен преобразувач потребен за преобразба на мерената величина која е предмет на мерење. Влезно коло го конвертира излезниот сигнал од влезниот преобразувач во напонски сигнал. Со колото за прилагодување на сигналот (атенуатор, засилувач, филтер) се овозможува да се добие сигнал со стандардизирани параметри за да може да се проследи до степенот за конверзија. Во степенот за конверзија се врши пренос, прием и обработка на податоците. Степенот за конверзија се состои од AD конвертор. Излезниот степен служи за приказ на податоците и нивно меморирање. Овој степен вклучува и кола потребни за прилагодување на податоците во зависност од уредите на кои треба да се прикажат резултатите (принтер, дигитални инструменти, осцилоскопи, уреди за меморирање…). Системите за аквизиција на мерни податоци обично служат за прибирање на мерни податоци од повеќе различни мерни места. Тоа значи дека ваквите системи треба да бидат повеќеканални, односно да се состојат од толку канали колку што е бројот на мерните места. Од рационални

MEREN PREOBRAZUVA^

VLEZNO KOLO KOLO ZA

PRILAGODUVAWE PRENOS NA PODATOCI

OBRABOTKA NA PODATOCI

PRIKAZ/ MEMORIRAWE

X VLEZEN STEPEN STEPEN ZA KONVERZIJA

IZLEZEN STEPEN


27

причини повеќеканалните системи наместо да се состојат од потребен број едноканални системи се реализираат со технички решенија со кои се овозможува преносот на податоците да се остварува со заеднички склоп. Системот за собирање мерни податоци се состои од потребен број мерни преобразувачи со исто толкав број кола за прилагодување на сигналот, потоа блок за мултиплексирање, AD конверзија на податоците, обработка на податоците, ракување со нив, блок за пренос, меморирање и прикажување на податоците. Собирањето на мерните податоци е со цел да се процесираат влезните аналогни мерни сигнали со потребна брзина и точност, нивна преобразба во дигитален облик за да може мерните податоци да се обработуваат, пренесуваат, прикажуваат и меморираат. Општа структура на систем за прибирање мерни податоци е прикажан на сл. 25.

Сл. 25. Систем за аквизиција на мерни податоци Влезните степени во системот се мерни преобразувачи кои ја трансформираат мерената величина Xi во соодветна електрична величина. Со соодветни засилувачи излезниот сигнал од секој преобразувач се нагодува на унифицирана вредност на напонски сигнал во стандардизирано подрачје компатибилно со влезните нива на напон на AD конверторите. Исто така со овие кола се врши и прилагодување на импедансите. Со мултиплексерот по одреден редослед се проследува секој влезен канал кон AD конверторот. Со цел да се обезбеди потребна доверливост на преобразба на информацијата, обично се додава коло за одбирање и задршка S-H (semple and

hold). Фактори кои влијаат на избор на конфигурација на системите за аквизиција се:

Врста на мерни величини кои се аквизираат Точност и резолуција на системот Број на потребни канали Брзина на аквизиција по канал Потреба од прилагодување на сигналот за секој канал

Брзината на аквизиција по канал и бројот на каналите се параметри според кои се одредува вкупната брзина на пренос на AD конверторите употребени во системот. Ако n е број на канали кои треба да имаат по k отчитувања на мерени вредности во секунда и тоа во кој и да било канал, брзината на пренос на AD конверторот треба да биде:

Pkn ⋅⋅⋅3 bit/s

овде P е бараната резолуција на отчитување во битови.

X1

X2

Xn

Xi

P1

P2

Pi

Pn

MULTIPLEKSER ADC

ANALOGNI PODATOCI


28

Јасно е дека со зголемување на резолуцијата во битови се зголемува вкупната брзина на AD конверторот. Зависно од потребите, секој од каналите во системите за аквизиција може да биде различно конфигуриран. Значи, може да се реализираат канали со:

Директна конверзија Засилување и конверзија S-H кола и конверзија Засилување, S-H кола и конверзија

Во некои случаи се поставуваат посебни барања за мерењата, како на пример, собирање на мерни податоци во еквидистантни временски интервали или пак собирање на мерни податоци во специфицирани временски комбинации. Системите за аквизиција може овие барања да ги реализираат автоматски со вклучување на CLOK тактен сигнал од кварцно контролиран осцилатор кој ќе ја синхронизира работата на мултиплексерот и AD конверторот. На сл. 26 даден е приказ на едноканален систем за аквизиција.

Сл. 26. Едноканален систем за аквизиција.

Величината X се преобразува со преобразувачот P во пропорционална електрична величина. Со колото за прилагодување на сигналот (атенуатор, засилувач) се овозможува од излезниот сигнал на преобразувачот да се добие сигнал со стандардизирани параметри за да може да се проследи до степенот за конверзија. AD конверторот со меѓумеморијата врши повторливи конверзии со интерно одредена брзина. Излезниот сигнал од меѓумеморијата е во облик на дигитален збор и тој се проследува кон уредите за обработка, анализа, меморирање или печатење. Обично AD конверторите кои се употребуваат во системите за аквизиција имаат можност да бидат управувани. За еднонасочни и нискофреквентни сигнали се употребуваат AD конвертори со преобразба на напон во време (конвертори со двоструко интегрирање). Овие конвертори работат со брзина од 20 до 30 конверзии/s. За резолуција од 0,1 % од целосниот опсег кој изнесува 10 V и период на интегрирање од 20 ms, максималната брзина на промена на влезниот напон изнесува:

sVdt

dV/5,0

1020

10001,03

=⋅

⋅=

−

За побрзи влезни промени се користат конвертори со сукцесивна апроксимација на напон. Тие имаат поголема оперативна брзина, а и поголема резолуција. За резолуција од 0,1 % од целосниот опсег кој изнесува 10 V и време на конверзија 10 µs, максималната брзина на промена на напонот на влезот во конверторот е 1 V/ms. Повеќеканален аналоген систем за аквизиција на мерни податоци. На сл. 27 прикажана е блок-структура на повеќеканален аналоген мултиплексен систем за аквизиција на мерни податоци.

X

P AD ME\UMEMORIJA

KOMPJUTER

PRINTER

MEMORIJA

UPRAVUVAWE


29

Сл. 27. Повеќеканален аналоген систем за аквизиција

Мерените величини со преобразувачите P1, P2,…Pi,…Pn се преобразуваат во електрични. Со соодветни засилувачи излезниот сигнал од секој преобразувач се нагодува на унифицирана вредност на напонски сигнал во стандардизирано подрачје компатибилно со влезните напонски нивои на мултиплексерот. Исто така со овие кола се врши и прилагодување на импедансите. Аналогниот сигнал од мултиплексерот се води во колото за одбирање и задршка (S/H). Со ова коло се овозможува со примена на функцијата задршка, краткотрајно меморирање на информацијата со што се овозможува мултиплексерот во тој момент да прифати нов влезен сигнал. Од S/H колото аналогниот сигнал се проследува во AD конверторот. Кога конверзијата е комплетна, статусната линија од AD конверторот преку логичкиот блок овозможува S/H колото да го прифати (преку мултиплексерот) сигналот од следниот канал. Со контролна команда по завршување на процесот за прифаќање на сигналот S/H колото се префрлува на функцијата задршка. Во тој циклус мултиплексерот е слободен за прифат на следниот канал додека истовремено од него се проследува сигнал во AD конверторот за понатамошна претворба. Повеќеканален систем за аквизиција со мултиплексирање на излезите од S/H кола. На сл. 28 прикажана е блок-структура на повеќеканален аналоген мултиплексен систем за аквизиција на мерни податоци со мултиплексирање на сигналите од излезите на кола за одбирање и задршка (S/H). При ваквата постапка во каналот на секоја од мерените величини има S/H коло, а сите кола синхронизирано се контролираат со тактни импулси од временскиот блок за синхронизација.

X1

X2

Xn

Xi

P1

P2

Pi

Pn

MULTIPLEKSER

ADC

LOGI^KI BLOK

S/H

ME\UMEMORIJA OBRABOTKA

PRENOS


30

Сл. 28. Повеќеканален мултиплексен систем за аквизиција

со мултиплексирање на сигналите од (S/H) кола

Со мултиплексерот се овозможува секвенцијално да се проследуваат сигналите во AD конверторот. Дигиталните репрезенти од ADC преку интерфејсот се проследуваат за пренос односно за понатамошна обработка. Ваквите решенија се употребуваат кога се аквизираат податоци истовремено од голем број мерни места, а притоа не се бараат големи брзини на работа. Повеќеканален дигитален мултиплексен систем за аквизиција. На сл. 29. дадена е блок структура на повеќеканален систем за аквизиција на мерни податоци со мултиплексирање после AD конверзијата.

Сл. 29. Дигитален мултиплексен систем за аквизиција Повеќеканалниот дигитален мултиплексен систем работи со паралелна конверзија. Со ова се овозможува поголема брзина на работа на системот. Системот за секој мерен канал има посебен ADC. По обработката на дигиталниот сигнал во колата за процесирање сигналите се водат во

X1

X2

Xn

Xi

P1

P2

Pi

Pn

MULTIPLEKSER ADC

S/H

OBRABOTKA

PRENOS

S/H

S/H

S/H

interf

ejs

taktni impulsi

X1

X2

Xn

Xi

P1

P2

Pi

Pn

S/H

S/H

S/H

S/H

ADC

ADC

ADC

ADC

PROCESOR

PROCESOR

PROCESOR

PROCESOR

MM

MM

MM

MM

DIGI

TALEN M

ULTIPLEKSER


31

меѓумемориските блокови (MM), се мултиплексираат во дигиталниот мултиплексер и од излезот на мултиплексерот се проследуваат за меморирање или евентуална понатамошна обработка. Во ваквите системи аналогните сигнали се преобразуваат во дигитални кај самиот објект на мерење. Дигиталниот пренос на податоци од мерното место до компјутерскиот центар овозможува поголема отпорност на пречки предизвикани од мрежното напојување или од други паразитни сигнали. Со процесорите се овозможува да се генерираат дигитални зборови кои соодветствуваат на функциите на влезните податоци (на пример, брзина на промена или средна вредност на мерената величина). Влезовите во ваквите системи може да содржат и аналоген мултиплексер. На ваков начин од група на мерни места може да се пренесуваат мерните податоци по еден канал. Јасно е дека ова може да се користи за бавнопроменливи мерни податоци, бидејќи на ваков начин не доаѓа до израз основната одлика на дигиталните мултиплексни системи-нивната оперативна брзина. На сл. 30 даден е блок-приказ на комбинирана аквизиција.

Сл. 30. Комбиниран систем за аквизиција Повеќеканален микропроцесорски систем за аквизиција. На сл. 31 дадена е структура на повеќеканален систем за аквизиција на мерни податоци со микропроцсор. Со микропроцесорот се подобруваат карактеристиките на мерниот систем. Микропроцесорот преку блокот за контрола и синхронизација ја синхронизира работата на мултиплексерот, S/H колото и AD конверторот и го одреува почетокот и крајот на нивната работа. Исто така микропроцесорот ја врши потребната обработка на мерените сигнали, како на пример линеаризација на статичните карактеристики на влезните преобразувачи.

XA

PA

S/H ADC PROCESOR MM

DIGI

TALEN M

ULTIPLEKSER

XB

PB

XC

PC

XD

PD

ANALOGE

N M

ULTIPLEKSER

S/H ADC PROCESOR MM

X1

P1

S/H ADC PROCESOR MM

X2

P2

S/H ADC PROCESOR MM

Xn

Pn


32

Сл. 31. Повеќеканален микропроцесорски систем Покрај линеаризацијата на статичните карактеристики на мерните преобразувачи употребени во мерниот систем, со микропроцесорот може да се меморираат мерните податоци и подоцна истите да се репродуцираат. Ова е важно, пред се при мерење многу брзи појави, како на пример преодни процеси при динамичните мерења, затоа што може веќе меморираните мрни податоци да се анализираат со нивно повторно репродуцирање. Контролни прашања:

1. Што е тоа систем за аквизиција на мерни податоци и зошто е потребен? 2. Нацртајте структура на систем за аквизиција со аналоген мултиплексер и дајте кусо

појаснување за работата на системот. 3. Наведете ги основните фактори потребни за избор на конфигурација на системите за

аквизиција и појаснете го нивното значење. 4. Нацртајте структура на едноканален систем за аквизиција со тактен сигнал за

синхронизација на АДЦ и мултиплексерот. Зошто е потребна синхронизацијата? 5. Нацртајте структура на повеќеканален аналоген систем за аквизицијав со мултиплексер.

С/Х коло, логички блок, АДЦ и меѓумеморија. 6. Нацртајте повеќеканален систем за аквизиција со мултиплексирање наизлезните сигнали

од С/Х кола. 7. Нацртајте структура на повеќеканален дигитален мултиплексен систем за аквизиција. 8. Нацртајте структура на повеќеканален микропроцесорски систем за аквизиција и наведете

ги предностите споредено со системите без микропроцесор.

XIII. ГЕНЕРАТОРИ НА СИГНАЛИ

Ггенераторите на сигнали се мерни инструменти со кои не мериме, тие служат за генерирање на потребен сигнал со кој се стимулира коло, елемент или уред кој се тестира. На тестираниот склоп побуден со познат сигнал со други мерни инструменти се мерат одредени електрични параметри од интерес и врз основа на резултатите се одредуваат параметрите на тестираниот уред. Општ модел на сигнал генератор. Внатрешната структура на изворот на сигнали може да биде комплексена. Но, независно од тоа неговите оперативни карактеристики може да бидат моделирани со Тевениновото коло (сл. 32). Со US е означен напонот на отворено коло на изворот, а RS е внатрешната отпорност, US може да биде напон со различен бранов облик: синусен, правоаголен, триаголен, импулсна поворка, модулирани сигнали. Внатрешната отпорност на ваквите генератори имаат една од следниве типични вредности: 50, 75 и 600 Ω.

XA

PA

XB

PB

XC

PC

XD

PD

ANALOGE

N M

ULTIPLEKSER

S/H ADC

KONTROLA SINHRONIZACIJA

TASTATURA

µµµµP


33

Сл. 32. Модел на извор на сигнал, напонски генератор со внатрешна отпорност

За правилна работа со сигнал генераторите потребно е да се познаваат нивните карактеристики и параметри. Врз основа на параметрите може да се пресмета моќноста на генераторот за познато оптоварување приклучено на неговиот излез. Оваа пресметана вредност треба да биде помала од максималната моќност декларирана со техничките карактеристики на генераторот. Покрај моќноста, напонот на неоптоварен генератор, внатрешна отпорност и фреквенцијата на сигналот се важни параметри. Наведените параметри на сигнал генераторите, зависно од потребите на корисниците, може да се нагодуваат. Определување на важни експлотациони параметри на еден сигнал генератор се илустрирани со следниов пример.

Пример: Мерен генератор на сигнал со синусен бранов облик со внатрешна отпорност од 50 Ω треба да обезбеди напон од 3 V (RMS) на оптоварување од 50 Ω. Колку изнесува моќноста ако оптоварувањето со отпиорност од 50 Ω се замени со вредност од 75 Ω? Ако генераторот на сигнал претставен на сл. 32 го оптовариме со отпорник од 50 Ω, тогаш напонот на терминалите A, B ќе биде:

5050

50

+=

SABUU (4)

Од изразот (4) може да ја определиме вредноста на напонот US:

VUUABS

62 == (5)

Ако наместо оптоварување од 50 Ω генераторот се оптовари со 75 Ω, тогаш:

VUAB

6,35075

756 =

+= (6)

па во овој случај моќноста ќе биде:

WR

UP

AB 173,075

6,3 22

=== (7)

Моќноста може да ја изразиме во dBm:

dBmP 4,12001,0

173,0log == (8)

~ US

+

_

RS

A

B

SIGNAL GENERATOR


34

Излезниот сигнал од сигналниот генератор може да биде заземјен (сл. 33а) или лебдечки (сл. 33б). Ако излезот е лебдечки, тогаш нуту еден од двата терминала не е споен со шасијатѕа на инструментот. Ако излезот е заземјен, тогаш еден од двата излезни терминали е споен со шасијата на инструментот, па преку мрежниот приклучок заземјениот терминал е споен со заземјувањето на мрежата. Некои инструменти имаат можност со прекинувач или краткоспојник да бидат поставени во лебдечки или заземјен мод. Лебдечките излези може да бидат сложени решенија особено кај генераторите за високи фреквенции. Многу решенија се со еден постојано заземјен терминал. Но, постојат случаи во практиката каде што е неопходно излезот да биде незаземјен. На пример, кога изворот напојува коло кај кое двата краја се на напон од неколку волти према заземјувањето. Ако во ваков случај се заземји еден крај од генераторот, тогаш работата на колото ќе биде оневозможена. а. б.

Сл. 33. Заземјен и лебдечки излез на сигнал генератор Генератор на синусен бранов сигнал (Sine Wave Sources). Тоа е сигнал генератор на напон со синусен бранов облик. Обично се градат за фреквентно подрачје од неколку Hz па се до околу 1 MHz. Во внатрешната градба содржат осцилатор чија што фреквенција може да се нагодува, засилувач и атенуатор. Со атенуаторот се нагодува излезниот напон. Обично на челната страна на инструментот се наоѓа OFF-ON преклопката за вклучување/исклучување на напојувањето на генераторот, Преклопка со повеќе позиции за скоковита промена на излезниот напон, потенциометар за фино нагодување на излезниот напон, преклопка со повеќе положби за скоковит избор на фреквентно подрачје и копче со кое се врши фино нагодување на фреквенцијата на излезниот сигнал во избраното подрачје. На сл. 34 дадена е едноставна блок-структура на ваков генератор.

Сл. 34. Поедноставена блок-структура на сигнал генератор за синусен сигнал

Недостатоци на сигнал генераторите за синусни сигнали. Генераторите на синусен сигнал не произведуваат апсолутно совршен, неизобличен сигнал. Различни примени бараат различни нивои од перформанси на сигналните генератори. Корисникот на овие инструменти потребно е да ги познава нивните несовршености и како тие се реперкуираат на мерењата. Сосема чист, недеформиран синусен сигнал во фреквентен домен е прикажан на сл. 35. Нагодената фреквенција и нагодениот напон на ваквиот сигнал е со непроменлива амплитуда и непроменлива фреквенција. Сигналот не содржи хармоници.

~ US

+

_

RS

A

B

SIGNAL GENERATOR

~ US

+

_

RS

A

B

SIGNAL GENERATOR

OSC


35

FREKVENCIJA

NAPON

f

FREKVENCIJA

NAPON

f

FREKVENCIJA

NAPON

f

AMPLITUDNA GRE[KA

FREKVENCISKA GRE[KA

f+GRE[KA

PREDVIDENA f

AKTUELNA f

^IST SINUSEN SIGNAL

a.

b.

g.

PRODOL@UVA


36

Сл. 35. Карактеристики на сигнал во фреквентен домен

a. чисто синусен сигнал-единствена фреквентна компонента b. фреквентна грешка-поместување по хоризонталната оска v. амплитудна грешка-промена на висината на спектралната линија г. хармоници-компоненти со фреквенции мултипли од основната c. лажни одѕиви-несакани компоненти со нехармонични фрекв. d. блиску во страничниот опсег може да има резидуален сигнал од амплитудна, фазна

или фреквентна модулација Фреквенциска точност на сигналот е одредена со прецизноста колку актуелната фреквенција се совпаѓа со нагодената. Обично фреквенциската точност се специфицира во проценти. Фреквенциската грешка во фреквентен домен се прикажува како хоризонтално поместување од вертикалата која го репрезентира нагодениот синусен сигнал (сл. 35б). Фреквенциска стабилност. Нагодената фреквенција на сигналот од сигналниот генератор може да варира. Ова варирање резултира во фреквенциска грешка, која може да биде временски променлива. Во фреквентен домен фреквенциската нестабилност е сигнал кој се поместува (шета) напред, назад по фреквентната оска. Најчесто ова поместување е бавно. Во екстремни случаи нестабилноста на фреквенцијата може да резултира во сигнал кој е фреквентно модулиран. Обично, спорите фреквенциски промени (помали од 1Hz) се класифицирани како фреквенциска нестабилност, а брзите промени се како резидуална фреквентна модулација. Фреквенциската стабилност често се специфицира во проценти или како дел од милион (ppm).

FREKVENCIJA

NAPON

f

FREKVENCIJA

NAPON

f

FREKVENCIJA

NAPON

f

STRANI^NI OPSEZI

d.

|.

e.

2f 3f

HARMONICI

2-RI 3-TI

LA@NI ODYIVI


37

Иако постои поврзаност, сепак треба да се прави разлика меѓу фреквенциската стабилност и фреквенциската точност. Еден извор може да има совршена фреквенциска стабилност но лоша фреквенциска точност. Фреквенцијата на сигналот може да биде константна но не и точна. Неточната фреквенција од таков извор може да биде компензирана со нагодување на генераторот на потребната фреквенција, користејќи надворешен точен инструмент, како на пример фреквенцметар. Од друга страна пак со извор со лоша фреквенциска стабилност не може да се постигне добра фреквенциска точност. Еднаш точно нагодената фреквенција во тек на време ќе се промени. Амплитудна точност се специфицира со совпаѓањето на нагодената амплитуда на сигналот со означените вредности на командите на сигнал генераторот кои служат за нагодување на амплитудата. Амплитудната грешка во фреквентен домен се претставува со вертикална линија на вистинската фреквенција, но со амплитуда различна од нагодената (сл. 35ц) Во техничките спецификации на некои инструменти амплитудната точност се специфицира како максимален износ на промените на амплитудата во специфицирано фреквентно подрачје. Еднаш нагодената амплитуда (може да се контролира и со надворешен инструмент) ќе остане во декларираните граници со спецификациите на уредот. При промени на фреквенцијата секогаш е потребно повторно да се контролира (нагоди) амплитудата. Дисторзија. Сигналот може да биде со точна фреквенција и со точна амплитуда, но да има изобличување (дисторзија). Дисторзијата е мерка за несовршеност на брановиот облик на сигналот од сигналгенераторот споредено со идеален бранов облик. Во случај на синусен бранов облик на сигналот, дисторзијата во фреквентен домен се прикажува со постоење на несакани хармоници. Хармонска дисторзија е прикажана на сл. 35д.-линијата на основната фреквенција f е чист синусен сигнал, а линиите на фреквенциите 2f и 3f се хармониците кои придонесуваат за дисторзијата. Максималната амплитуда од хармониците се специфицира како процентуален износ од основниот сигнал или пак како релативен однос во однос на оосновниот сигнал во dB. Сите хармоници кои постојат во сигналот изразени како процентуална вредност од основниот се дефинирани како тотална хармонска дисторзија (THD). Лажни одѕиви. Изворот на сигнал може да продуцира ниско фреквентни компоненти кои не се хармоници (хармониците се компоненти со фреквенции цел број пати од фреквенцијата на основниот сигнал). Овие компоненти се познати како лажни одѕиви (Spurious Responses). Лажните одѕиви може да бидат предизвикани од паразитни сигнали генерирани од несовршеноста на хардверот на сигнал-генераторот или пак се резултат на инфлуентни влијанија од надворешни AC извори. Лажните одѕиви може да се појават на различни фреквенции кои може да варираат кога со сигнал-генераторот ќе се промени фреквенцијата на сигналот. На сл. 35ѓ е прикажан ефект од лажни одѕиви во фреквентен домен. Максималната вредност од ваков вид одѕиви најчесто се специфицира како апсолутно ниво или пак во релативен сооднос со основниот сигнал во dB. Намалување на страничните опсзи (Close-in Sidebands). Еден апсолутно чист (идеален) синусуидаленн сигнал во фреквентен домен има бесконечно тенка спектрална линија со што се покажува дека целата енергија на сигналот е точно со една фреквенција. Во реалноста спектралната линија е “проширена” во одреден опсег, како што е прикажано на сл. 35е. Оваа несовршеност обично се појавува како шум со странични опсези блиски до фреквенцијата на основниот сигнал. Во спецификациите се специфицира на различен начин. На пример, како резидуална модулација (AM или FM), или пак како феномен на фазен шум. Функциски генератори ( Function Generators) Во мерната практика функциските генератори се нашироко употребувани уреди кои се користат како извори на сигнали со различни бранови облици: синусни, правоаголни, триаголни… На сл. 36 даден е приказ на сигнали со различни бранови облици, типични за функциските генератори. Сигналите од функциските генератори служат за тестирање на мерни уреди, аудио уреди, испитување на својствата на засилувачи, испитување на одредени кола и како сигнали потребни за одредени експерименти.


38

Сл. 36. Бранови облици на сигнали од стандарден функциски генератор

На сл. 37 е дадена упростена блок-структура на функциски генератор со осцилатор кој генерира сигнал со триаголен бранов облик, компаратор за да се добие правоаголен бранов облик, конвертор за да се добие синусен сигнал, преклопка за избор на бранов облик, засилувач и атенуатор за нагодување на нивото на излезниот сигнал.

Сл. 37. Блок-структура на функциски генератор Функциските генератори обично имаат можност за нагодување на DC offset нивото на излезниот сигнал. На сл. 38 даден е приказ на регулирање на DC offset нивото на сигнал со правоаголен бранов облик.

NAPON

NAPON

NAPON

VREME

VREME

VREME

OSC


39

Сл. 38. Сигнал со правоаголен бранов облик добиен на излез од функциски генератор со менување на DC offset нивото

NAPON

NAPON

NAPON

VREME

VREME

VREME

DC

DC


40

ПРЕКИНУВАЧКИ БЛОК ВО АВТОМАТИЗИРАНИТЕ МЕРНИ СИСТЕМИ Блокот составен од прекинувачи (switches) е витална компонента од автоматизираните мерни системи. Типична конфигурација на тест системите е составена од компјутер, софтвер за тестирање, инструментациски хардвер, блок на прекинувачи и линија за комуникација (интерфејс). На сл. 23 прикажан е една таква типична конфигурација. Блокот со прекинувачи е блок кој се поставува меѓу тест системот и уредот кој е предмет на тестирање. Прекинувачкиот блок ги насочува тест сигналите, напојувањето и потребните контролни команди кон уредот кој се тестира.

Сл. 23. Структура на мерен систем

Блокот со прекинувачи овозможува поголема флексибилност на мерниот систем. Со блокот прекинувачи сигналите може автоматски да се пренасочуваат кон различни мерни инструменти

PC

SOFTVER

INSTRUMENTI &

NAPOJUVAWE

BLOK PREKINUVA^I

TEST OBJEKT

МЕРЕЊА ВО ТЕЛЕКОМУНИКАЦИИТЕ УЛОГА НА...

Documents