Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo 1. Xử lý tín hiệu đo lường (Tập bài giảng), Mai Quốc Khánh, Nguyễn Hùng An, Bộ môn LTMĐL Khoa VTĐT, 2019. 2. Kỹ thuật xử lý tín hiệu đo lường, Nguyễn Hùng An, Mai Quốc Khánh, Dương Đức Hà, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, năm 2019. 2Bài 1: Gia công tín hiệu đo lường 3 1. Các tín hiệu đo lường tương tự 2. Gia công tín hiệu đo lường 3. Chuyển đổi ACDC 4. Chuyển đổi điện áp – tần số
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐO LƯỜNG Mai Quốc Khánh Nguyễn Hùng An Học viện KTQS 06/2019 * Tài liệu tham khảo Xử lý tín hiệu đo lường (Tập giảng), Mai Quốc Khánh, Nguyễn Hùng An, Bộ môn LTM-ĐL / Khoa VTĐT, 2019 Kỹ thuật xử lý tín hiệu đo lường, Nguyễn Hùng An, Mai Quốc Khánh, Dương Đức Hà, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, năm 2019 Bài 1: Gia cơng tín hiệu đo lường Các tín hiệu đo lường tương tự Gia cơng tín hiệu đo lường Chuyển đổi AC/DC Chuyển đổi điện áp – tần số Các tín hiệu đo lường tương tự Tại cần xử lý bổ xung với tín hiệu đo lường? • Thơng tin đo lường thường xử lý dạng tín hiệu đo lường • Tín hiệu đo lường điện tín hiệu điện biến thiên theo thời gian để biểu diễn giá trị đo • Các tham số tín hiệu thường sử dụng để biểu diễn giá trị đo: biên độ, tần số, pha • Để đạt chất lượng tốt hơn, tín hiệu cần xử lý bổ sung Gia cơng tín hiệu Mục đích gia cơng tín hiệu • Gia cơng tín hiệu (hay chuẩn hóa tín hiệu - Signal conditioning): biến đổi tín hiệu từ dạng sơ cấp dạng thuận tiện cho xử lý • VD: biến đổi thay đổi điện trở cảm biến điện trở nhiệt thành thay đổi điện áp • Thơng thường, mạch chuẩn hóa tín hiệu cho phép hiệu chỉnh tăng cường tuyến tính • Biến đổi tín hiệu cảm biến dạng cuối (bao gồm: khuếch đại, biến đổi giao diện chuẩn) Các hoạt động gia cơng tín hiệu • Thu nhận liệu (Data Acquisition): trộn tín hiệu vào, chuyển đổi dạng số truyền tới giao diện máy tính • VD: PCI USB Chuyển đổi tín hiệu: biến đổi tín hiệu từ dạng sang dạng khác VD: Biến đổi A/D biến đổi AC/DC Khơi phục tín hiệu: phục hồi cải thiện chất lượng tín hiệu VD: loại bỏ ảnh hưởng tạp âm Các hoạt động gia cơng tín hiệu (tt) • Khuếch đại tín hiệu: tăng giá trị tín hiệu bảo tồn tham số khác (VD: băng thơng tần số, dạng sóng ) Cách ly tín hiệu: tách (vật lý) mạch vào mạch Lọc tín hiệu: truyền tới đầu thành phần hài chọn từ tín hiệu vào Các hoạt động gia cơng tín hiệu (tt) Hòa hợp tín hiệu: chuyển đổi tín hiệu từ dạng tùy ý dạng chuẩn (hoặc dạng thông dụng) VD: biến đổi tín hiệu đo tín hiệu ± 5V (chấp nhận hầu hết mạch số) Điều chế tín hiệu: VD: biến đổi tín hiệu đo thành tín hiệu cao tần với tham số (biên độ, tần số, pha) thay đổi theo thông tin đo lường 10 Chuyển đổi RMS tín hiệu AC thành DC (tt) Nguyên tắc chuyển đổi RMS đơn khối Analog Devices Giá trị tuyệt đối chuyển đổi U/I Bình phương Chia Bộ lọc Gương dòng điện Chuyển đổi “True” RMS sử dụng nhân AD636 Analog Devices 32 Chuyển đổi RMS tín hiệu AC thành DC (tt) Gương dòng điện Giá trị tuyệt đối chuyển đổ U/I Bình phương Chia Mạch đơn giản chuyển đổi RMS AD636 Analog Device 33 Chuyển đổi RMS tín hiệu AC thành DC (tt) Chỉnh lưu Bình phương Chia Gương dòng điện Bộ đệm Thiết kế vôn mét TrueRMS Analog Devices 34 Chuyển đổi RMS thành DC (tt) Chỉnh lưu toàn sóng Loga bình phương Chia Đối loga Lọc Ngun lý hoạt động biến đổi rms AD637 Analog Devices 1) log U in tương đương với log U in2 2) log U in log U out tương đương với log(U in2 / U out ) 3) anti log(U in2 / U out ) U in2 / U out 4) U in2 / U out 5) U out = U in2 / U out 35 Chuyển đổi RMS tín hiệu AC thành DC (tt) Bộ biến đổi RMS dựa hiệu ứng nhiệt (Linear Technology) Áp dụng định nghĩa vật lý giá trị hiệu dụng: Giá trị hiệu dụng (RMS) dòng điện AC với giá trị dòng điện DC với điện trở R thời gian chu kỳ gây xạ giá trị nhiệt Ưu điểm: Cho phép chuyển đổi AC/DC băng thông lớn (tới 300 MHz) với hệ số đỉnh lớn 36 Chuyển đổi RMS tín hiệu AC thành DC (tt) Tham số biến đổi true RMS điển hình Mơ hình Nhà sản xuất Sai số cực đại chuyển đổi Băng thông Hệ số đỉnh AD636 Analog Devices mV ± 0,5%rdg 450 kHz AD637 Analog Devices mV ± 0,5%rdg MHz 10 AD737 Analog Devices 0,2 mV ± 0,5%rdg 190 kHz LH0091 National Semic 0,5 mV ± 0,05%rdg 800 kHz 10 LT1088 Linear Techn 0,01 FS 300 MHz 50 37 Chuyển đổi giá trị đỉnh AC thành DC Nguyên tắc hoạt động chuyển đổi giá trị đỉnh Điện áp chỉnh lưu đưa tới C Nếu số thời gian mạch RC (mạch nạp phóng) thiết kế cho q trình nạp nhanh, q trình phóng chậm điện áp tụ với giá trị đỉnh điện áp nguồn cung cấp 38 Chuyển đổi giá trị đỉnh AC thành DC (tt) (a) BCĐ giá trị đỉnh (b) BCĐ giá trị đỉnh - đỉnh BCĐ giá trị đỉnh: C1 nạp tới giá trị đỉnh Mạch hồi tiếp (R1 D1) bảo vệ khuếch đại khỏi bão hòa UinUx 41 Bộ chỉnh lưu nhạy pha (tt) Hai chỉnh lưu nhạy pha chu kỳ Bộ chỉnh lưu nhạy pha dùng transistor: transistor dùng làm chuyển mạch nhạy pha Cả UBE UBC phân cực thích hợp Giá trị trung bình dòng colector phụ thuộc vào dịch pha điện áp UBE UBC Ưu điểm chỉnh lưu nhạy pha dùng ốt transistor: không cần sử dụng thêm điện áp nguồn cung cấp.42 Bộ chỉnh lưu nhạy pha (tt) Bộ chỉnh lưu nhạy pha dùng khuếch đại thuật toán Bộ chỉnh lưu nhạy pha sử dụng khuếch đại thuật toán cho chất lượng tốt chỉnh lưu dùng ốt transistor Trong trường hợp này, đầu vào mạch nối tới điện áp tham chiếu Uref 43 Chuyển đổi điện áp - tần số • Các tín hiệu biến đổi theo thời gian (tần số, chu kỳ, độ dịch pha, độ rộng xung) miễn nhiễm nhiễu (so với tín hiệu biến thiên theo biên độ) • Tần số đo dễ dàng với độ xác cao Bộ biến đổi điện áp/tần số Tần số tín hiệu đầu phụ thuộc vào biên độ điện áp đầu vào U in f RCU r ef 45 Bộ biến đổi điện áp/tần số (tt) VD cảm biến nhiệt độ sử dụng biến đổi điện áp-tần số AD537 Analog Devices • Chuyển đổi điện áp - tần số lên tới 100 kHz với sai số phi tuyến nhỏ 0,05% • Hệ số chuyển đổi K=Uin/f thiết lập cách mắc điện trở R tụ C bên với giá trị thích hợp vào chuyển đổi • Ví dụ ứng dụng: chuyển đổi nhiệt độ với hệ số chuyển đổi 10 Hz/0C 46 ... tín hiệu đo lường Các tín hiệu đo lường tương tự Gia cơng tín hiệu đo lường Chuyển đổi AC/DC Chuyển đổi điện áp – tần số Các tín hiệu đo lường tương tự Tại cần xử lý bổ xung với tín hiệu đo lường?... tín hiệu đo lường? • Thơng tin đo lường thường xử lý dạng tín hiệu đo lường • Tín hiệu đo lường điện tín hiệu điện biến thiên theo thời gian để biểu diễn giá trị đo • Các tham số tín hiệu thường... tín hiệu đo tín hiệu ± 5V (chấp nhận hầu hết mạch số) Điều chế tín hiệu: VD: biến đổi tín hiệu đo thành tín hiệu cao tần với tham số (biên độ, tần số, pha) thay đổi theo thông tin đo lường