KTP_wyklad_1

Komputerowa Technika Pomiarowa

Wprowadzenie

Wykład z Komputerowej Techniki Pomiarowej prowadzi Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej na kierunku Elektrotechnika i Automatyka. Będzie to intensywne 30-godzinne wykładów, które zakończą się testem sprawdzającym wiedzę studencką oraz ocenami z laboratorium i zaliczania zajęć.

Organizacja zajęć

  • Czas trwania wykładów: 30 godzin (30h)

  • Laboratoria: 15 godzin (Lab 15h)

  • Sprawdzian wiadomości odbędzie się na ostatnim wykładzie. Ostateczna ocena z zajęć będzie obliczana na podstawie średniej ocen z testu oraz zaliczenia z laboratorium. Wymagana jest pełna realizacja ćwiczeń oraz zaliczenie sprawozdań.

Literatura

Literatura Podstawowa

  • Lesiak P., Świsulski D.: „Komputerowa technika pomiarowa w przykładach”, Agenda Wydawnicza PAK, Warszawa 2002

  • Nawrocki W.: „Komputerowe systemy pomiarowe”, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa 2002

  • Tumański S.: „Technika pomiarowa”, Wydawnictwa Naukowo Techniczne, Warszawa 2007

  • Świsulski D.: „Przykłady cyfrowego przetwarzania sygnałów w LabVIEW”, Wydaw. Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2012

Literatura uzupełniająca

  • Winiecki W.: „Organizacja komputerowych systemów pomiarowych”, OWP, Warszawa 1997

  • Świsulski D.: „Komputerowa technika pomiarowa: oprogramowanie wirtualnych przyrządów pomiarowych w LabVIEW”, Agenda Wydawnicza PAK, Warszawa 2005

  • Rydzewski J.: „Pomiary oscyloskopowe”, WNT, Warszawa 2007

Zasoby internetowe:

  • NATIONAL INSTRUMENTS

  • TEXAS INSTRUMENTS

  • ANALOG DEVICES

  • Arduino IDE.

Zakres wykładu

  • Wprowadzenie do komputerowej techniki pomiarowej

  • Transmisja sygnałów i struktura systemu pomiarowego

  • Podstawowe funkcje komputerowych systemów pomiarowych, w tym schematy i bloki systemowe

  • Komputerowe karty pomiarowe oraz ich funkcje, budowa, architektura oraz parametry

Wnioski z wykładów

Transmisja sygnałów

Typy interfejsów cyfrowych:

  • Interfejsy szeregowe: przesył danych bitami, wymagają dwóch przewodów, używane przy dalekich powiązaniach (np. >1km).

  • Interfejsy równoległe: transmitują bity równolegle z wymogiem większej ilości przewodów.

  • Interfejsy szeregowo-równoległe: przesył pojedynczych znaków znak po znaku, na zmienne liczby bitów równolegle.

Rodzaje transmisji sygnałów

  • Synchronizacja: przesyłanie bloków danych w określonych czasach bez sygnalizacji.

  • Asynchroniczna: przesyłanie znaków w ustalonym formacie bez synchronizacji.

Podstawowe funkcje komputerowych systemów pomiarowych

  • Aktywizacja oraz identyfikacja sygnałów

  • Pomiary napięć, prądów oraz sygnałów cyfrowych

  • Przetwarzanie tych sygnałów na sygnały analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe

  • Generowanie sygnałów na zadane częstotliwości

  • Synchronizacja w systemach czasu rzeczywistego

  • Zapis danych pomiarowych

  • Kondycjonowanie sygnałów

Karty pomiarowe

Definicja: Karty pomiarowe to specjalistyczne układy łączące się z komputerem poprzez interfejsy, tworząc wraz z oprogramowaniem wirtualne przyrządy pomiarowe. Najpopularniejsze do nich skróty to DAQ (Data Acquisition).

Kluczowe funkcje kart pomiarowych:

  • Aktywizacja sygnałów analogowych/cyfrowych z różnych wejść

  • Przetwarzanie, filtracja oraz generowanie sygnałów wyjściowych

  • Odczyt i zapis danych w pamięci wewnętrznej karty

Twierdzenie o próbkowaniu

Wprowadzenie: Twierdzenie Kotielnikowa-Shannona mówi, że jeżeli sygnał ograniczony pasmo jest próbkowany wystarczająco często, to można go w pełni odtworzyć z próbek. Warunkiem jest częstotliwość próbkowania większa od tzw. częstotliwości Nyquista (fs >= 2fm).

Problemy związane z próbkowaniem:

  • Aliasing: zniekształcenie próbkowanych sygnałów w przypadku niespełnienia założeń twierdzenia. Filtry anty-aliasingowe zalecają wyciąganie nieużywanych pasm sygnałów.

Wnioski

Komputerowe systemy pomiarowe są złożonymi układami umożliwiającymi wielokanałowe pomiary sygnałów z wykorzystaniem odpowiednich interfejsów. Kart pomiarowych używa się do zbierania danych oraz analizy sygnałów, zwracając uwagę na ich parametry, takie jak rozdzielczość i szybkość próbkowania. Produkowane są przez wiele firm, z National Instruments i Keithley w czołówce.

Dziękuję za uwagę! Zapraszam na kolejny wykład. Wykład bazował na materiałach z literatury i zdjęć dostępnych w sieci oraz z dokumentacji producentów.