13. OSCILOSKOPY, DALŠÍ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE A SENZORY

Transkript

1 13. OSCILOSKOPY, DALŠÍ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE A SENZORY analogový osciloskop (základní paramery, blokové schéma, spoušěná časová základna princip synchronizace, pasivní sonda k osciloskopu, dvoukanálový osciloskop blokové schéma, dva režimy činnosi a jejich použií) osciloskop s číslicovou paměí (princip, blokové schéma, způsob zobrazení, sroboskopická meoda, možnosi spoušění) Spekrální analyzáory Nízkofrekvenční generáory měřicích signálů generáory harmonických signálů, funkční generáory, generáory programovaelných průběhů Opoelekrické senzory inkremenální čidla, kódové koouče, CCD a PSD snímače A1B38EMA P13 1

2 Y u 1 DC AC u 2 PZ VZ GND EXT. INT. EXT. TRIG. AUTO u 5 Analogový osciloskop u 1 u 2 u 3 Spoušěcí úr. X GSP u 3 ČZ u 4 ČZ X HZ x 10 u 4 u 5 Spousěná časová základna nasavení spoušěcího bodu: - úroveň - hrana (vzesupná, sesupná) - zdroj spoušění: vniřní, vnější, siť; - vazba spoušěcího signálu (ss, sř,) Režim HOLD OFF A1B38EMA P13 2

3 Dvoukanálový analogový osciloskop Y1 Y2 u 1 u 1 DC DC AC AC PZ1 GND PZ2 GND u 2,1 VZ u 2,2 u 3 Al Chop AM u 6 Přepínání ČZ (Al) u 2,1 u 2,2 u 4 EXT. TRIG. EXT. CH1 CH2 Přepínání AM (Chop) u 2,1 u 5 u 2,2 GSP u 3 u 4 ČZ ČZ X HZ u 6 X AUTO Čas. lupa x 10 A1B38EMA P13 3

4 Pasivní sonda 1:10 a) ekvivalenní obvod, b) ekvivalenní obvod překreslený jako frekvenčně kompenzovaný odporový dělič napěí SONDA OSCILOSKOP HROT SONDY R 1 R 1 C 1 C 1 C K kapacia kabelu C K a) R i C i b) R i C i + C K Kalibrace sondy (nasavení kapaciy C 1 ) pomocí periodického obdélníkového průběhu u u a) R 1 C 1 < R i (C K +C i ) b) R 1 C 1 = R i (C K +C i ) c) R 1 C 1 > R i (C K +C i ) (správná kompenzace) u A1B38EMA P13 4

5 VSTUP (2) VSTUP (1) Ex. TRIG Osciloskop s číslicovou paměí (číslicový osciloskop) Vsup. zesil. KANÁL 2 (VZ, VZP, AČP, ČP) Gen. spoušěcího pulsu AČP ČASOVAČ FIFO HODINY Videoprocesor Způsob ukládání vzorků do paměi: Paměi v jednolivých kanálech ypu FIFO (firs in firs ou) po zapnuí rvale plněny vzorky signálu; Po generování spoušěcího pulsu zasavení plnění paměi a) okamžiě (záporného zpoždění pre-rigger) b) po zpoždění, keré odpovídá době naplnění paměi FIFO ( normální ) c) po zpoždění delším než odpovídá době naplnění paměi FIFO (zpožděný - delay) Mikropočíač Vzorkovač RAM Sandard. rozhraní IEEE 488 RS-232 USB A1B38EMA P13 5

6 d) Režim pre-rigger (záporné zpoždění) a režim delay (zpoždění) SB spoušěcí (u číslicových osciloskopů přesněji zasavovací ) bod FIFO paměť: šířka n biů (obvykle 8), délka k vzorků a) pre-rigger (záporné zpoždění): zobrazeno l vzorků před SB a k - l vzorků po SB (zápis do paměi se zasaví po zapsání k - l vzorků po generování spoušěcího pulsu) SB spoušěcí k-l úroveň k b) normální režim: zobrazeny vzorky následující po SB odpovídá zobrazení analog. osc. (zápis do paměi se zasaví po zapsání k vzorků po generování spoušěcího pulsu) SB k spoušěcí úroveň c) delay (zpoždění): zobrazeny vzorky následující d vzorků po SB (zápis do paměi se zasaví po zapsání k + d vzorků po generování spoušěcího pulsu) SB spoušěcí. d úroveň k k+d A1B38EMA P13 6

7 Druhy vzorkování signálu u číslicového osciloskopu 1. V REÁLNÉM ČASE 4 až 10 vzorků na periodu nejvyšší frekvenční složky umožňuje pre-rigger mode umožňuje záznam přechodných dějů 2. SEKVENČNÍ V EKVIVALENTNÍM ČASE (STROBOSKOPICKÉ) jen pro periodické průběhy v každé periodě jen jeden vzorek posunuý o ekvivalenní vzorkovací frekvence f VZ.EKV. =1/( ) T T+ T+ 3. NÁHODNÉ V EKVIVALENTNÍM ČASE jen pro periodické průběhy po spušění se vzorkuje s maximální vzorkovací frekvencí (několik vzorků na periodu nejvyšší frekvenční složky signálu) každá sada vzorků zpožděna o náhodnou ale známou dobu rychlejší rekonsrukce než dle bodu 2) A1B38EMA P13 7

8 Spekrální analyzáor Neharmonický periodický signál souče harmonických složek (Fourierova řada) Harmonické složky - posloupnos komplex. čísel frekvenční spekrum periodického signálu Ampliudové frekvenční spekrum: absoluní hodnoy harmonických Fázové frekvenční spekrum: fáze harmonických složek MĚŘENÍ AMPLITUDOVÉHO SPEKTRA: SELEKTIVNÍ VOLTMETR (VF selekivní volmer - heerodynní princip) HETERODYNNÍ SPEKTRÁLNÍ ANALYZÁTOR analogové zpracování - frekvenční pásmo desíky khz až jednoky GHz MĚŘENÍ OBOU SLOŽEK SPEKTRA FFT SPEKTRÁLNÍ ANALYZÁTOR - výpoče DFT (Diskréní Fourierovy Transformace) z digializovaného signálu frekvenční pásmo od velmi nízkých frekvencí až do sovek khz A1B38EMA P13 8

9 HETERODYNNÍ SPEKTRÁLNÍ ANALYZÁTOR x() f X VZ S MFF D Z f O f M = kons. GP NŘO VZ VSTUPNÍ ZESILOVAČ, S SMĚŠOVAČ, MFF MEZIFREKVENČNÍ FILTR (pásmová propus naladěná na pevnou frekvenci f M, zv. mezifrekvenci) D DETEKTOR (usměrňovač), Z ZESILOVAČ, GP GENERÁTOR PILOVÉHO PRŮBĚHU, NŘO NAPĚTÍM ŘÍZENÝ OSCILÁTOR A1B38EMA P13 9

10 Nízkofrekvenční generáory měřicích signálů GENERÁTORY HARMONICKÉHO SIGNÁLU (RC) RC OSCILÁTOR ZESILOVAČ (nas. zesílení) VÝSTUPNÍ ZESLABOVAČ 50 (600 ) MĚŘENÍ ÚROVNĚ Výsupní napěí definováno: a) naprázdno b) při zaížení definovanou impedancí (obvykle 50 ) (Je-li v omo případě zaěžovací impedance vysoká, je generované napěí dvakrá věší než nasavené. Too plaí obecně i u jiných ypů generáorů!) Nevýhody: Nízká sabilia kmioču i napěí Výhody: Malé zkreslení, malá sejnosměrná složka A1B38EMA P13 10

11 FUNKČNÍ GENERÁTORY C 1 R R ZESILOVAČ R 1 + OZ1 u 2 () OZ2 + u 1 () u 2 () TVAROVAČ VÝSTUPNÍ DĚLIČ VÝSTUP Generování harmonického napěí z pilového napěí pomocí varovače: u 1 u 3 u 2 u 2 u 3 A1B38EMA P13 11

12 GENERÁTORY PROGRAMOVATELNÝCH PRUBĚHU (ARBITRARY GENERATORS) ČÍSLICOVÝ VSTUP (N x k biů) PAMĚŤ N x k ČAP1 (k biů) U A FILTR ZESIL.+ DĚLIČ ANALOG. VÝSTUP ČÍTAČ do N ČAP2 AMPLITUDA (ČÍSL.VSTUP) f VZ = N/T U N V paměi generáoru N k-biových hodno vzorků signálu (1 perioda) Posupný cyklický výběr jednolivých vzorků a frekvencí f VZ při N vzorcích na periodu je frekvence základní harmonické generovaného signálu f SIG = f VZ /N Nasavení ampliudy ČAP2 (rozsah výsupního napěí - děličem na výsupu) A1B38EMA P13 12

13 INKREMENTÁLNÍ ČIDLA Opoelekrické senzory OSVĚTLENÍ u 1 SMĚR POHYBU u 1 u 2 U FE1 + + u 1 u 2 u 1 u 2 FE2 D C Q Q TAM POHYBLIVÁ ČÁST PEVNÁ CLONKA VR.ČÍTAČ ZPĚT u 2 Q u 1 u 2 Q SMĚR POHYBU Výhody: - jednoduché řešení; - v podsaě nekonečný rozsah. Nevýhody: - zráa informace v okamžiku výpadku napájení; - možnos vzniku chybného údaje vlivem rušení A1B38EMA P13 13

14 KÓDOVÉ KOTOUČE Binární kód: možnos falešného údaje Kód se změnou v jednom biu 63 0 Výhoda: - nedochází ke zráě informace v okamžiku výpadku napájení. Nevýhody: - značně složiější řešení opoelekronické sousavy (poče biů = poče snímačů); - omezené rozlišení (obvykle biů). A1B38EMA P13 14

15 CCD SNÍMAČE (Charge-coupled device) Princip: u F FOTOELEMENTY VRSTVA HRADEL u H ND u O u 1 u 2 TRANSPORTNÍ VRSTVA Liniový snímač délka 4 až 60 mm, až 6000 fooelemenů, čecí kmioče desíky MHz Použií: ZDROJ SVĚTLA MĚŘENÝ OBJEKT CCD SENZOR OPTICKÁ SOUSTAVA Plošné snímače maicová srukura až 3000 x 2000 fooelemenů (čení po řádcích) A1B38EMA P13 15

16 PSD SNÍMAČE (Posiion sensing device) Princip (liniový snímač): I A Použií: A + x - L SVĚTELNÝ PAPRSEK I O L-x DIFUZNÍ POVRCH LED nebo infra dioda B I B P-VRSTVA Si INTRINSICKÁ VRSTVA N-VRSTVA SPOLEČNÁ ELEKTRODA (KATODA) MĚŘENÁ POLOHA OBJEKTU I I A B R R L x R L-x popř. R x je odpor P-vrsvy mezi mísem dopadu paprsku a elekrodou A popř. B I I A B x L x x Poznámka: Časo se používají plošné PSD snímače pracující na sejném principu PSD SNÍMAČ A1B38EMA P13 16