POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

WYDZIAŁ MECHANICZNY

KATEDRA MECHANIKI I INFORMATYKI STOSOWANEJ

Metody doświadczalne w mechanice

LABORATORIUM

INSTRUKCJA

OBSŁUGA WZMACNIACZA

SPIDER 8 I PROGRAMU CATMAN

EXPRESS 3.1

ROBERT UŚCINOWICZ

BIAŁYSTOK 2005

2

SPIS TREŚCI

I.

Instrukcja obsługi wzmacniacza SPIDER 8

4

1. Podstawowe informacje o urządzeniu

4

1.1.

Przeznaczenie wzmacniacza Spider 8

4

1.2.

Dane techniczne

4

1.3.

Możliwości rozbudowy systemu

6

1.4.

Kanały pomiarowe

7

2. Współpraca wzmacniacza z innymi urządzeniami

8

2.1.

Podłączenie zasilania

8

2.2.

Połączenie Spidera 8 z komputerem PC

9

2.3.

Podłączanie czujników i przetworników pomiarowych

10

2.4.

Podłączenie drukarki

11

3. Praca wzmacniacza z programem Spider 32 Setup

12

3.1.

Uruchomienie programu

12

3.2.

Definiowanie urządzenia (hardware)

12

3.3.

Konfiguracja kanałów pomiarowych

15

3.3.1. Zaznaczanie używanych kanałów pomiarowych (mark)

15

3.3.2. Wybór kanału i przetwornika (trans.)

16

3.3.3. Wybór zakresu pomiarowego (meas. rng.)

17

3.3.4. Wybór filtru (filter)

18

3.3.5. Zerowanie wskazań (tare)

19

3.3.6. Zastosowanie rezystora bocznikującego (shunt)

19

3.3.7. Odczyt wartości pomiaru (meas. value)

19

3.3.8. Dolny pasek panelu konfiguracyjnego

20

II. Instrukcja obsługi programu CATMAN EXPRESS 3.1

22

1. Podstawowe informacje o programie

22

1.1.

Przeznaczenie programu Catman

22

3

1.2.

Struktura i sposób działania programu

22

2. Pierwsze uruchomienie programu Catman Express 3.1

23

2.1.

Konfiguracja bazy danych (configure data base)

25

2.2.

Definiowanie typu urządzenia pomiarowego (hardware)

26

2.3.

Dodawanie nowego urządzenia i kanałów pomiarowych

27

2.4.

Rejestracja danych

28

2.5.

Zapis i edycja danych pomiarowych

29

3. Wybór prędkości próbkowania (sample rate)

30

III. Literatura

34

4

I.

Instrukcja obsługi wzmacniacza SPIDER 8

1. Podstawowe informacje o urządzeniu

1.1. Przeznaczenie wzmacniacza Spider 8

Wzmacniacz Spider 8 (rys.1) firmy Hottinger Baldwin Messtechnik (Niemcy) jest elek-

tronicznym systemem pomiarowym współpracującym z komputerem PC służącym do pomia-

rów wielkości mechanicznych takich jak: odkształcenie, przemieszczenie, siła, ciśnienie,

przyspieszenie i temperatura w oparciu o pomiar sygnału elektrycznego. W jednej obudowie

wzmacniacza umieszczono niezależne moduły pomiarowe (maksymalnie 8 sztuk), które po

otrzymaniu sygnału elektrycznego z pasywnych przetworników pomiarowych przechodzą w

stan wzbudzenia kondycjonując, wzmacniając i dygitalizując otrzymane sygnały i dalej wysy-

łają je do komputera w celu obróbki. Dodatkowo w urządzeniu możliwa jest filtracja i obrób-

ka parametrów sygnału, a wzmacniacz z częstotliwością fali nośnej 4.8 kHz ( lub 0.6 kHz) i

symetrycznym wejściem w zakresie od 3 do 500 mV/V umożliwia bardzo dobre wykorzysta-

nie dynamiki przetwornika A/C analogowo-cyfrowego (rozdzielczość 16 bitów, 8 bitowy

transfer danych w trybie równoległym).

Rys. 1. Panel przedni wzmacniacza pomiarowego Spider 8 (zielona dioda oznacza włączenie

zasilania wzmacniacza)

1.1. Dane techniczne

Spośród wielu produkowanych obecnie urządzeń pomiarowych wzmacniacz Spider 8

wyróżnia:

dużą szybkością próbkowania z rozdzielczością 16 bitów,

5

możliwością równoczesnej akwizycji danych pomiarowych,

cyfrową filtracją sygnału,

łatwością obsługi i konfiguracji,

umożliwia podłączenie wzmacniacza do komputera i nie wymaga ingerencji w jego

strukturę,

metalową izolowaną odporną na zakłócenia elektromagnetyczne obudową,

Poza tym daje sposobność kaskadowego podłączenia maksymalnie 64 kanałów oraz ma w

pełni skalibrowany łańcuch pomiarowy.

Podstawowe dane techniczne Spidera 8 zawarto w tabeli 1.

Tab.1. Dane techniczne wzmacniacza Spider 8

Parametr

Jednostka

miary

Spider 8

Klasa dokładności

-

0,1

Prędkość transfe-
ru:
- seryjny
- równoległy:
8 Bit mode
Byte mode

(2 kier.)

EPP mode

bit/s

pomiar/s
pomiar/s
pomiar/s
pomiar/s

600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600

> 6500

> 19000
> 24000
> 76000

Liczba wzmac-
niaczy

-

4/1

Napięcie zasilania
przetwornika

V

rms

2.5

Częstotliwość fali
nośnej

Hz

4800

600

Oporność prze-
twornika

Ω

110...1100

Rezystory kom-
pensujące

Ω

-

120, 350, 700

Maks. dł. kabla
przetwornika

m

50

Zakresy pomia-
rowe:
- P.T. / P.I.

1)

- Napięcie
- Częstotliwość

2)

- Okres

2)

- Licznik

2)

mV/V

V

kHz

s

d

+/-3; +/-12; +/-125; +/-500

+/-10

0,1; 1; 10; 100; 1000

0,01; 0,1; 1; 10; 100

25000; 2500000

+/-3; +/-12; +/-125; +/-500

+/-10

-
-
-

1) Przetwornik tensometryczny,
2) Tylko dla Spider 8 w wersji podstawowej (kanały 0 do 3).

6

1.3. Możliwości rozbudowy systemu

Wzmacniacz Spider 8 pozwala na umieszczenie w jednej obudowie maksymalnie 8 mo-

dułów pomiarowych. Gdy zachodzi potrzeba zwiększenia ponad tą liczbę istnieje sposobność

kaskadowania wzmacniaczy aż do ośmiu sztuk. Umożliwia to jednoczesny pomiar w 64 nie-

zależnych kanałach. Dodatkową zaletą takiego systemu jest to iż poszczególne kanały są odi-

zolowane od siebie galwanicznie i zabezpieczone przed zakłóceniami elektromagnetycznymi

poprzez specjalny system ekranowania obejmujący także przyłączane do systemu przetworni-

ki pomiarowe. Praca wszystkich kanałów w tym systemie jest zsynchronizowana a pomiar

oraz transfer danych z poszczególnych kanałów jest jednoczesny. Jest to istotne w przypadku

gdy zachodzi potrzeba porównań różnych wielkości zmiennych w czasie.

Aby rozbudować układ pomiarowy należy połączyć przy pomocy kabla interfejs rów-

noległy IEEE1284 komputera PC (złącze LPT1) z gniazdem PC Master pierwszego urządze-

nia Spider 8. Przy pomocy kolejnego kabla łączymy gniazdo Printer/Slave (tylny panel Spi-

dera 8) z gniazdem PC Master drugiego wzmacniacza. Dalej postępować należy analogicznie

w stosunku do pozostałych wzmacniaczy.

Rys. 2. Kaskadowo podłączone do komputera PC wzmacniacze Spider 8

7

1.4. Kanały pomiarowe

W obudowie wzmacniacza Spider 8 można umieści dwa rodzaje modułów pomiaro-

wych: SR01 oraz SR55 (opcjonalnie SR30). Moduł SR01 zawiera wzmacniacz prądu stałego

(DC) i przetwornik analogowo – cyfrowy (A/D – od angielskiego analog to digital). Moduł

służy do pomiaru wartości stałych napięć i prądów, rezystancji, sił elektromotorycznych po-

wstających w termoelementach. Moduł SR55 umożliwia przyłączanie zestawów tensome-

trycznych (układów pełnego mostka, półmostka, ćwierćmostka), przetworników (czujników)

indukcyjnych różnego typu oraz mierników częstotliwości. Moduł ten generuje tzw. falę no-

ś

ną (carrier-frequency), to jest napięcie sinusoidalne o częstotliwości 4.8 kHz. Służy ono do

zasilania tensometrycznych układów mostkowych oraz przetworników indukcyjnych i pozwa-

la dokonywać szybkich i dokładnych pomiarów na skalę laboratoryjna. Za tym modułem tak-

ż

e znajduje się także przetwornik analogowo – cyfrowy (A/D).

Przetworzone na postać cyfrową sygnały pomiarowe z modułów doprowadzane są do

mikroprocesora CPU (wewnątrz obudowy wzmacniacza Spider 8), gdzie poddawane są one

różnorodnym procesom przetwarzania zadawanych z komputera. Nadrzędnym elementem

zarządzającym systemu pomiarowego Spider 8 jest komputer PC, nazywany w cyfrowych

systemach pomiarowych kontrolerem. Za jego pośrednictwem użytkownik systemu progra-

muje i kieruje pracą Spidera 8 lub całego, kaskadowego zestawu wzmacniaczy. Uproszczony

schemat komunikacji modułów pomiarowych SR01 i SR55 z komputerem PC pokazano na

rys. 3. Podstawowym programem sterującym wzmacniaczem jest Catman Professional 3.1 lub

Catman Express 3.1. Dla celów doraźnych można stosować program Spider 32 Setup.

Rys. 3. Sposób komunikacji modułów pomiarowych SR01 i SR55 z komputerem PC

8

Ogólny, poglądowy schemat przebiegu sygnałów w systemie pomiarowym opartym o

wzmacniacz Spider 8 pokazano na rys. 4.

Rys. 4. Schemat przebiegu sygnałów w systemie pomiarowym piker 8

2. Współpraca wzmacniacza z innymi urządzeniami

2.1. Podłączenie zasilania

Wszystkie gniazda kanałów pomiarowych oraz gniazdo zasilające znajdują się na tyl-

nym panelu Spidera 8. Widok tylnego panelu pokazano na rys. 5.

Wzmacniacz Spider 8 podłącza się do sieci 230V za pośrednictwem zasilacza, który

pełni rolę zarówno prostownika jak i transformatora obniżającego napięcie do 13V. Wtyczkę

(4 pinową) typu DIN wciska się w tylny panel wzmacniacza jak pokazano na rys. 6. O wła-

ś

ciwym działaniu zasilania Spidera 8 sygnalizuje dioda (power) paląca się na kolor zielony na

przednim panelu urządzenia (rys. 1). Dwie kolejne diody sygnalizują odpowiednio: przeka-

zywanie danych (transfer) – w kolorze żółtym i ewentualne błędne działanie wzmacniacza

(error) – w kolorze czerwonym.

9

Rys. 5. Panel tylny Spidera 8

Rys. 6. Sposób podłączenia zasilacza do wzmacniacza

2.2. Połączenie Spidera 8 z komputerem PC

Spider 8 współpracuje z komputerem klasy PC o procesorze co najmniej Pentium i z

pamięcią RAM 125MB. Połączenie wzmacniacza z komputerem odbywa się na dwa sposoby:

1.

przy pomocy interfejsu szeregowego RS-232C (rys. 7),

2.

przy pomocy interfejsu równoległego IEEE1284 (PC/ Master) (rys. 8).

Przy pierwszym sposobie należy połączyć jeden koniec kabla do gniazda RS-232C w

urządzeniu Spider 8, a drugi jego koniec do portu RS-232C (COM1 lub COM2) w kompute-

rze.

10

Rys. 7. Sposób podłączenia wzmacniacza do komputera poprzez port szeregowy RS 232C

Drugi sposób wymaga połączenia kablem IEEE1284 portu równoległego (port drukar-

kowy) w komputerze PC z gniazdem PC/ Master w urządzeniu Spider 8.

Rys. 8. Sposób podłączenia wzmacniacza do komputera PC poprzez port równoległy (drukar-

kowy)

2.3. Podłączanie czujników i przetworników pomiarowych

Spider 8 może mierzyć i rejestrować prawie każdy sygnał, który jest wytwarzany przez

dowolny czujnik (przetwornik) taki jak: termopara, czujnik opornościowy, potencjometrycz-

ny, tensometryczny itp., a także sygnały z innych źródeł generujących zmiany napięcia, prądu

lub impulsów. Przetworniki mogą być podłączane do ośmiu kanałów oznaczonych od 0 do 7.

Typowe rozłożenie modułów na panelu tylnym wzmacniacza ilustruje rys. 9. Tabela 2 przed-

stawia możliwe kombinacje aplikacji modułów pomiarowych z wyszczególnieniem numerów

11

przyporządkowanych do kanałów. Widok tylnego panelu wzmacniacza wraz z podłączonym

przetwornikami pokazano na rys.10.

Rys. 9. Rozłożenie modułów wzmacniaczy w obudowie Spidera 8

Rys. 10. Fotografia tylnego panelu wzmacniacza Spider 8 z trzema podłączonymi przetwor-

nikami do modułów SR55 (kable po prawej stronie zapewniają przesyłanie danych do portów:

równoległego i szeregowego komputera PC)

Tab. 2. Możliwe usytuowanie wzmacniaczy pomiarów ości podłączenia przetworników

Przetwornik

Moduł wzmac-

niacza z falą

nośną

4.8 kHz

SR55

Moduł wzmac-

niacza z falą

nośną

600 Hz

SR30

Moduł wzmac-

niacza DC

SR01

kanały

Pełny mostek tensometryczny

0..........7

0..........7

-

Półmostek tensometryczny

0..........7

0..........7

-

Ć

wierćmostek tensometryczny

-

0..........7

-

12

Indukcyjny w pełnym mostku

0..........7

0..........7

-

Indukcyjny w półmostku

0..........7

0..........7

-

Napięciowy DC 10V

0..........7

0..........7

4..........7

Napięciowy DC 1V

-

-

4..........7

Napięciowy 100 mV DC

-

-

4..........7

Prądowy DC

-

-

4..........7

Częstotliwościowy (licznik)

0, 1

-

-

Rezystancyjny

-

-

4..........7

Potencjometryczny

0..........7

0..........7

-

Termopara

-

-

4..........7

2.4. Podłączenie drukarki

Sposób podłączenia drukarki przedstawiono na rys.11. Dla prawidłowego działania

systemu wzmacniacz – komputer PC wymagane jest zarejestrowanie w systemie Windows

sterowników drukarki. Drukarkę łączymy za pomocą kabla wychodząc z gniazda Prin-

ter/Slave na tylnym panelu Spidera 8 i dalej z gniazdem drukarki (LPT1).

Rys. 11. Schemat połączenia drukarki do Spidera 8

13

3. Praca wzmacniacza z programem Spider 32 Setup

Program Spider32 Setup jest najkrótsza drogą do przeprowadzania pomiarów za po-

mocą wzmacniacza Spider 8. Pozwala na konfiguracje urządzenia, wyświetlenie bieżących

wartości uzyskanych z pomiaru, przeprowadzania wstępnego zerowania odczytów przed za-

sadniczym pomiarem. Jeżeli urządzenie zostanie właściwie skonfigurowane można zapisać

bieżące ustawienia do pliku, aby wykorzystać je podczas następnych pomiarów. Pozwoli to

na oszczędność czasu poświęconego ma ponowne konfigurowanie Spidera 8.

3.1. Uruchomienie programu

Uruchomienie programu Spider 32 Setup polega na dwukrotnym kliknięciu na ikonę

znajdującą się na pulpicie lub w Menu Start systemu Windows. Wygląd ikony pokazano na

rys.12.

Rys.12. Ikona programu Spider 32 Setup

3.2. Definiowanie urządzenia (hardware)

Po uruchomieniu programu Spider32 Setup powinno ukazać się następujące okno dialo-

gowe (rys.13). W oknie tym należy nazwać zastosowane urządzenie (nazwa własna). Nie

można używać tej samej nazwy więcej niż jeden raz, a jeśli wykorzystujemy dwa wzmacnia-

cze pomiarowe Spider 8, każdy z nich musi mieć inna nazwę. Program sam określi typ

współpracującego urządzenia wybierając w drugiej linii od góry nazwę Spider 8. Następnie w

rozwijalnym menu należy wybrać rodzaj interfejsu pod jakie jest podłączone jest urządzenie.

Do wyboru mamy COM1, COM2, LPT1, LPT2 oraz OFFLINE. Na koniec zatwierdzamy

wybrane ustawienia wciskając przycisk OK. Definiowanie urządzenia ma na celu określenie

podstawowych parametrów urządzenia pomiarowego i sposobu komunikacji z komputerem

PC.

14

Rys.13. Pierwsze okno po uruchomieniu programu

Wciśnięcie przycisku Setup Interface poprzez kliknięcie lewym przyciskiem myszy da-

je możliwość dodatkowej konfiguracji wybranego interfejsu. Ukazuje się wtedy następujące

okno dialogowe (rys. 14.), które wypełniamy jeżeli parametry komunikacji z komputerem PC

są niewłaściwe. Po dokonaniu konfiguracji należy wcisnąć przycisk OK. Spowoduje to po-

nowny powrót do okna dialogowego Define Instrument. Konfiguracja zostanie zapamiętana i

nie będzie konieczne jej ponowne uruchamianie podczas następnego pomiaru.

Rys.14. Widok okien dialogowych określających paramenty komunikacji Spidera 8 z kompu-

terem PC przy wybraniu złącza: a) równoległego, b) szeregowych, c) USB

15

3.3. Konfiguracja kanałów pomiarowych

Po zatwierdzeniu ustawień dokonanych przy definiowaniu urządzenia (opisanych w

punkcie 3.2.) ukaże się nowe okno, w którym można dokonać konfiguracji poszczególnych

kanałów pomiarowych. Wszystkie ustawienia wprowadzane są za pomocą kursora myszy.

Podstawowe operacje jakie można przeprowadzać w tym oknie w trybie on-line przedstawio-

no na rys.15. W trybie off-line można predefiniowania urządzenia, dodawać lub usuwać kana-

ły i urządzenia pomiarowe.

Rys. 15. Okno dialogowe konfiguracji kanałów pomiarowych

3.3.1.

Zaznaczanie używanych kanałów pomiarowych (Mark)

Zaznaczanie wybranych kanałów odbywa się poprzez kliknięcie na pole Mark na wyso-

kości wybranego kanału. Ponowne kliknięcie spowoduje odznaczenie kanału. Jeżeli potrzeb-

ne jest zaznaczenie większej liczby kanałów należy je zaznaczyć w wciśniętym klawiszem

SHIFT (rys. 16). Można także zaznaczyć dowolnie wybrane kanały zaznaczając je z wciśnię-

tym klawiszem CTRL.

16

Rys. 16. Sposoby zaznaczania wybranych kanałów: a) pojedyncze klikniecie przyciskiem

myszy, b) z pomocą klawisza SHIFT, c) przy użyciu klawisza CTRL

3.3.2. Wybór kanału i przetwornika (Trans.)

Wybór kanału do jakiego możemy podłączyć przetwornik jest zależny od modułu jaki

jest zainstalowany w Spiderze. Poniżej przedstawiono schemat możliwości podłączeń (rys.

17).

Rys. 17. Schemat możliwych połączeń przetworników z odpowiednimi modułami

wzmacniacza Spider 8

17

3.3.3. Wybór zakresu pomiarowego (Meas. Rng.)

W celu dokonania zmiany zakresu pomiarowego dla wybranego kanału wystarczy klik-

nąć lewym przyciskiem myszy w kolumnie oznaczonej jako Meas. Rng. w polu odpowiadają-

cym danemu kanałowi. Ukaże się zakładka, z której wybieramy pożądany zakres. Dla pomia-

rów tensometrycznych widok takiej zakładki wraz z zadeklarowaną wartością zakresu poka-

zano na rys. 18.

Rysunki 19 i 20 ilustrują możliwe do wykorzystania zakresy pomiarowe przyporządko-

wane wybranym rodzajom przetworników.

Rys. 18. Sposób wyboru zakresu pomiarowego przetwornika (mostek tensometryczny)

Rys. 19. Zakresy pomiarowe dla różnych rodzajów przetworników współpracujących z

modułami SR55 i SR30

18

Rys. 20. Zakresy pomiarowe dla różnych rodzajów przetworników współpracujących z

modułami SR01

3.3.4. Wybór filtru (Filter)

Do wyboru mamy następujące rodzaje filtrów: Butterwortha, Bessela, uśredniający i

częstotliwościowy.

Filtr Butterwortha (Butterworth) w stosunku do innych filtrów ma najbardziej płaski

przebieg charakterystyki amplitudowej w paśmie przepustowym. Odbywa się to kosztem za-

łamania charakterystyki pod koniec pasma przepustowego dążąc do zapewnienia maksymal-

nej płaskości charakterystyki amplitudowej (rys. 21a).

Filtr Bessela (Bessel) ma idealne właściwości przy przenoszeniu impulsów prostokąt-

nych. Filtry Bessela mają wyjątkowo płaską charakterystykę odpowiedzi fazowej w całym

paśmie przepustowym (rys. 21b).

Rys. 21. Schemat działania filtrów: a) Butterwortha, b) Bessela

19

Filtr uśredniający (Average value filter) służący do usuwania niechcianych składowych

wysokich częstotliwości.

Filtr częstotliwościowy (Filter frequency) pozwala na wybór pożądanej częstotliwości

filtrowania.

3.3.5. Zerowanie wskazań (Tare)

Zerowanie wskazań dokonuje się poprzez zaznaczenie pola w kolumnie Tare Val. przy

odpowiednim kanale (rys. 22).

- kanał zostanie wyzerowany

- kanał nie zostanie wyzerowany

Rys. 22. Sposób zaznaczania zerowania kanału

3.3.6. Zastosowanie rezystora bocznikującego (Shunt)

Jeżeli zastosowano rezystor bocznikujący należy w kolumnie Shunt przy danym prze-

tworniku (kanale) zaznaczyć wymagane pole jak poniżej(rys. 23).

- rezystor bocznikujący został podłączony

- rezystor bocznikujący nie został podłączony

Rys. 23. Sposób zaznaczania wykorzystania rezystora bocznikującego

3.3.7. Odczyt wartości pomiaru (Meas. Value)

Okno odczytu wartości pomiaru zawiera aktualnie wyświetlane wartości otrzymywane z

modułów pomiarowych. Wartości te mogą być wyświetlane w układzie dziesiętnym, szes-

nastkowym (pozycyjny system liczbowy, w którym podstawą pozycji są kolejne potęgi liczby

20

16) i binarnym (0 lub 1). Bieżąca wartość może być wyświetlana na 6 pozycjach (np.

9.3486). Na rys. 24. zademonstrowano sposób wyświetlania wyników pomiaru.

Rys. 24. Różne sposoby wyświetlania wyników pomiaru

3.3.8. Dolny pasek panelu konfiguracyjnego

W dolnej części okna dialogowego (konfiguracyjnego) jest wyświetlany pasek (rys.23),

który zawiera istotne dla pomiaru ustawienia wzmacniacza.

Rys. 25. Widok dolnej części panelu konfiguracyjnego

Wyzerowanie wszystkich kanałów realizuje się poprzez przyciśnięcie przycisku Tare w

lewym rogu okna dialogowego (rys. 25). Naciśnięcie tego przycisku spowoduje wyzerowanie

bądź ustawienie wartości Meas. Value na wartość przypisaną do pola Tare Val. Przycisk Tare

obejmie wszystkie kanały, gdzie zaznaczony jest kwadrat Tare.

Częstotliwość próbkowania (Measuring Rate) jest to prędkość z jaką zostaną zapisywa-

ne wartości pomiarowe. Wielkość ta wyrażona jest w [Hz] co odpowiada ilości zapisanych

danych w ciągu jednej sekundy. Częstotliwość próbkowania może zostać ustawiona w prze-

dziale od 1 do 9600 pomiarów na sekundę, co ma istotny wpływ na wielkość zbioru danych.

Kolejne pola zawierają deklaracje co do rodzaju filtra (Filter Type) i częstotliwości fil-

trowania (Filter Frequency). W zależności od ustawionej częstotliwości próbkowania dobiera

się odpowiednią częstotliwość (Filter Frequency).

Naciśnięcie przycisku Test Device uruchomi test wzmacniacza bądź całego zespołu

urządzeń typu kaskady wzmacniaczy (jeśli jest więcej niż jeden Spider 8). Zostanie wyświe-

tlone okno (rys. 26.) z wynikami testu zasilania, interfejsu, stanu pamięci RAM itp. Strzałki

<< , >> umożliwiają przełączanie pomiędzy kolejnymi urządzeniami. Przycisk help urucho-

21

mi okno dialogowe z pomocą. Jeśli test przebiegł prawidłowo co oznajmione zostanie wy-

ś

wietleniem OK, można zamknąć okno Test Device przyciskając przycisk OK.

Rys. 26. Okno testowania wzmacniacza Spider 8

22

II. Instrukcja obsługi programu CATMAN EXPRESS 3.1

1. Podstawowe informacje o programie

1.1.

Przeznaczenie programu Catman

Oprogramowanie o nazwie firmowej Catman 3.1 składa się z dwóch niezależnych pro-

gramów, tj: Catman Professional i Catman Express. Są one przeznaczone do obsługi urządzeń

pomiarowych firmy Hottinger Baldwin Messtechnik (Niemcy). Z powodzeniem współpracują

one ze wzmacniaczem Spider 8 i systemami zbudowanymi w oparciu o ten wzmacniacz. Pro-

gramy zostały opracowane dla środowiska systemów operacyjnych MS Windows zainstalo-

wanych w komputerach PC. Zadaniem programów jest obróbka sygnałów cyfrowych dostar-

czanych z urządzeń zewnętrznych (wzmacniaczy), sterowanie urządzeniami pomiarowymi,

gromadzenie danych, wyświetlanie, edytowanie oraz przetwarzanie danych pomiarowych.

Podstawowe zalety oprogramowania Catman 3.1 to:

•

łatwa konfiguracja urządzeń pomiarowych,

•

definiowanie i automatyzacja sekwencji pomiarowych,

•

bezpośrednia (on-line) wizualizacja i ocena wyniku pomiaru,

•

tworzenie raportów dokumentujących wyniki pomiaru,

•

analiza i zarządzanie danymi,

•

dostarczenie narzędzi programowych wspomagających pracę w specyficznych warun-

kach.

1.2. Struktura i sposób działania programu

Struktura programu Catman 3.1 jest przestawiona na rys. 27. Wchodzący w jego skład

program Catman Express 3.1 ma uproszczona strukturę albowiem zawiera jedynie cztery pod-

stawowe zespoły:

•

Zespół obsługi - sterowania (device driver) obsługuje komunikację pomiędzy urzą-

dzeniami systemu pomiarowego oraz transmisję danych pomiarowych;

•

Centralna jednostka pomiaru i kontroli (central measurement and control unit) po-

ś

redniczy w komunikacji pomiędzy poszczególnymi zespołami;

23

•

Baza danych (data base) przechowuje dane pomiarowe niezbędne do dalszej analizy.

(baza udostępnia dane w czasie rzeczywistym);

•

Zespół przetwarzania danych (data output) służy do wizualizacji danych pomiaro-

wych w postaci wykresów. Okno wizualizacji może zostać dostosowane do indywidualnych

potrzeb osoby dokonującej pomiar bądź do określonego zadania pomiarowego.

Rys. 27. Podstawowe elementy składowe program Catman 3.1

2. Pierwsze uruchomienie programu Catman Express 3.1

Procedura przygotowanie programu do pomiaru i rejestracji danych obejmuje następują-

ce etapy:

1.

Definiowanie rodzaju urządzenia oraz aktywacja kanałów wejścia i wyjścia,

2.

Przypisanie aktywnych kanałów wejścia/wyjścia i ustawienia parametrów pracy prze-

tworników,

3.

Wybór modułu,

4.

Specyfikacja parametrów pomiaru,

5.

Ustawienie okna grafiki,

6.

Wykonanie pomiaru z określoną częstością i zapis otrzymanych wyników.

W celu uruchomienia programu Catman Express 3.1 należy wybrać z paska Start pro-

gram catman.exe lub kliknąć na ikonę Catman (rys. 28.) na pulpicie Windows. Skutkiem tego

24

pojawi się okno (rys. 29.) proponujące wybór jednej z wersji programu: profesjonalną (Pro-

fessional) lub wersję uproszczoną (Express). Proponuje się zaznaczenie Express i potwier-

dzenie tego przyciskiem START.

Z uwagi na ściśle określoną objętość niniejszej instrukcji opisany zostanie jedynie

program Catman Expres 3.1, wymagający mniejszego nakładu pracy przy opanowaniu jego

obsługi.

Rys. 28. Ikona uruchomiająca aplikację Catman 3.1

Rys.29. Panel wyboru rodzaju wersji programu

Zatwierdzenie wyboru jak na rys. 29 powoduje pojawienie się na ekranie tzw. okna

nawigacyjnego programu Catman Express. Na przednim panelu (rys. 30.) zobrazowano trzy

kolejne etapy działań związanych z pomiarem: 1) przygotowanie pomiaru, 2) pomiar, 3) edy-

cja danych pomiarowych. Każdy z trzech głównych etapów programu nawigacyjnego posiada

hiperłącza, które wymuszają zachowanie właściwej kolejności działań w celu osiągnięcia

sprawnego pomiaru.

25

Rys. 30. Okno nawigacyjne programu Catman Express

2.1. Konfiguracja bazy danych (configure database)

Podczas wykonywania pomiarów dane spływają poprzez kanały pomiarowe (I/O Chan-

nels) i są zapisywane w bazie danych. Plik bazy danych (database) z rozszerzeniem *.DCF

jest tworzony w oknie konfiguracyjnym (configure database) (rys. 31) i jest plikiem tymcza-

sowym, do którego trafiają odpowiednie dane pomiarowe i obliczeniowe. Rozmiar pliku mo-

ż

e być kontrolowany poprzez ustalenie liczby obsługiwanych kanałów (minimum 4) i mak-

symalnej ilości danych przypadających na dany kanał. Ingerować można także format i spo-

sób zapisu. Dla standardowych pomiarów program domyślnie proponuje własne ustawienia,

co oznacza, że można zamknąć okno bez jakichkolwiek zmian. Jeżeli jednak występuje po-

trzeba zwiększenia wielkości bazy (pliku) ponad liczbę 40 kanałów i powyżej liczby 32000

elementów danych na dany kanał (data length), to należy wpisać wymagane liczby we wła-

ś

ciwych polach (zgodnie z rys. 31). Plik bazy jest zapisywany automatycznie. Można też za-

ładować wcześniej utworzona bazę do programu.

26

Rys. 31. Okno konfiguracji bazy danych

2.2. Definiowanie typu urządzenia pomiarowego (hardware)

Następnym krokiem w kierunku przygotowania do rejestracji pomiarów jest wprowa-

dzenie właściwego typu urządzenia i przygotowanie kanałów pomiarowych. W tym celu na-

leży wcisnąć hiperlink Defie instrument and I/O channels w oknie nawigacyjnym (rys. 30)

Po uruchomieniu ukaże się następujące okno (rys. 32).

Rys. 32. Okno konfiguracji urządzeń pomiarowych i modułów (przetworników)

27

2.3. Dodawanie nowego urządzenia i kanałów pomiarowych

Jeżeli nie mamy zdefiniowanego urządzenia pomiarowego (wzmacniacza) to na począt-

ku wszelkich działań należy dodać nowe urządzenie. W tym celu klikamy lewym przyciskiem

myszy na przycisk Add new device i wybieramy z rozwijalnej listy wzmacniacz Spider 8 oraz

wskazujemy wykorzystywany interfejs komunikacyjny np. złącze szeregowe COM 1. Wy-

gląd okna pokazano na rys.33.

Rys. 33. Sposób wyboru urządzenia pomiarowego

W przypadku potrzeby zmiany przyjętych ustawień należy posłużyć się przyciskiem

Modify, który służy do korekty ustawień urządzenia. Gdy należy usunąć zdefiniowane wcze-

ś

niej urządzenia należy wcisnąć przycisk Remove. W celu zatwierdzenia wprowadzonych

ustawień wybieramy przycisk OK. Program zapyta (rys. 32) – czy Catman Express ma auto-

matycznie połączyć wszystkie kanały wejścia/wyjścia urządzenia? Należy wybrać odpowiedź

twierdzącą TAK.

Automatyczna detekcja kanałów wzmacniacza może być przeprowadzona za pomocą

ikony

. Wraz z kanałami pomiarowymi automatycznie jest podłączany kanał pomiaru

czasu (Time) z urządzenia Spider 8 lub z komputera PC. Jest to kanał podstawowy dla każde-

go urządzenia i jest wyświetlany zawsze jako pierwszy kanał (ponieważ prawie wszystkie

pomiary są powiązane z czasem). Jeśli wykorzystywana jest większa liczba urządzeń Spider 8

może być konieczne dodanie nowych kanałów czasowych. Kanały te mogą też zostać usunię-

te jeśli zajdzie taka potrzeba.

Samodzielnie można wprowadzić wirtualny kanał do obliczeń w czasie rzeczywistym.

Jeśli wszystko zostało ustawione poprawnie to powinno się ukazać okno zilustrowane na

28

rys.34. Kanał aktywny jest oznaczany zieloną strzałką

, kanał nieaktywny czerwonym

kółkiem

. Na koniec należy ustalić status przetwornika klikając na odpowiednie pole, co

wywołuje zapalenie się zielonej ikony z literami OK.

Rys. 34. Załogowane kanały pomiarowe w oknie I/O Channels

Teraz gdy zostały podłączone przetworniki do odpowiednich kanałów można przejść

do konfiguracji ustawień przetworników, aby dostosować warunki pracy przetworników do

zamierzonych działań pomiarowych. W tym celu należy kliknąć na ikonę

, tj. tzw. asy-

stenta ustawień (HMB Setup Assistant). Pojawi się wtedy nowe okno, które będzie wyglądało

jak na rys. 35. W środkowej części okna HMB Setup Assistant wyświetlane są parametry ka-

nałów wejścia i wyjścia urządzenia Spider 8.

Pracujące kanały oznaczone są cyframi 0-8 (rys. 35), a przy każdym z nich prezento-

wana jest ikona obrazująca typ przetwornika i jego nazwę własną. Dalej w wierszu jest wy-

ś

wietlany typ modułu pomiarowego (SR55 lub SR01) oraz podawana przez wzmacniacz war-

tość pomiaru oraz symbol jednostki pomiarowej. Zaraz w następnym polu wyświetlany jest

typ przetwornika, którego rodzaj można wybrać z menu rozwijalnego. Kolejne komórki przy-

należne danemu kanałowi informują o zakresie pomiarowym, zastosowanym typie filtra, war-

29

tości zmierzonej przed tarowaniem oraz deklaracje o zgodzie na zerowanie wartości przed

pomiarem. Ostania kolumna odnosi się do rezystora bocznikującego.

Rys. 35. Okno konfiguracji warunków pracy przetworników (HMB Setup Assistant 2.1 )

2.4. Rejestracja danych pomiarowych

Kliknięcie na ikonę symbolizującą oscyloskop

wywołuje przejście programu do ok-

na, w którym jest ustalane są warunki wizualizacji pomiarów (rys. 36). W górnym lewym

rogu wybieramy kanały, które mają zostać rejestrowane.

Rys. 36. Okno wizualizacji pomiarów

30

Rejestrację przebiegu wybranych sygnałów przeprowadzamy poprzez wciśnięcie czar-

nego trójkąta (rys. 37). W następstwie tego program rozpoczyna rejestracja danych pomiaro-

wych, a na ekranie oscyloskopu sporządzany jest wykres wielkości zmierzonej w czasie rze-

czywistym (rys. 38.). Kliknięcie na niektóre ikony z paska menu pozwala dostosować wygląd

wykresu.

Rys. 37. Pasek menu okna grafiki programu Catman Express 3.1

Rys. 38. Zarejestrowany sygnał z trzech przetworników tensometrycznych

2.5. Zapis i edycja danych pomiarowych

W celu zapisania danych pomiarowych należy zatrzymać rejestrację sygnału wciska-

jąc ikonę w postaci czarnego kwadratu

na pasku menu. Następnie należy wybrać format

31

zapisu danych – najlepiej w postaci 7-bitowego kodu ASCII (rys. 39.) oraz zaproponować

ś

cieżkę zapisu.

Rys. 39. Wybór formatu zapisu danych pomiarowych

Zapisu dokonać można też klikając na ikonę

show database management works-

heet w oknie I/O Channels (rys. 34). Skutkiem tego będzie wyświetlenie okna pokazanego na

rys. 40. Potem należy przejść do okna database editor klikając na ikonę

co spowoduje

wyświetlenie się okna pokazanego na rys.41.

Rys. 40. Okno panelu database management worksheet

Rys. 41. Okno panelu database editor

32

3. Wybór prędkości próbkowania (Sample rate)

W nowoczesnych elektronicznych urządzeniach pomiarowych odbywa się konwersja

sygnału analogowego na postać cyfrową, wiążąca się z zamianą sygnału ciągłego na sygnał

dyskretny, możliwy do zapamiętania w pamięci komputera. Obszar zmienności danych ana-

logowych dzieli się na przedziały (zwane kwantami) i każdemu z przedziałów przypisuje się

stałą, uśrednioną wartość liczbową. Im mniejszy przedział tym większa rozdzielczość dyskre-

tyzacji, co powoduje jednocześnie większe zużycie pamięci niezbędnej do zapamiętania jej

wyników.

Jednym z parametrów tego procesu jest tzw. prędkość próbkowania (sample rate). Wy-

rażona jest ona w ilości pomiarów w czasie sekundy (częstotliwość próbkowania) i którą na-

leży ustalić na początku pomiarów. Dobierając jej wielkość należy rozważyć dwa przeciw-

stawne działania. Pierwsze zakłada dążenie do możliwie dokładnego odwzorowania przebie-

gu sygnału (duża prędkość próbkowania) i wiąże się z tworzeniem dużych zbiorów danych,

narażając się przy tym na niebezpieczeństwo dokonania niedokładnych odczytów dla np. po-

miarów szybkozmiennych. Drugie zakłada wybór możliwie małej prędkości próbkowania

wiedząc, że uzyskuje się zafałszowany jego przebieg? Na rys. 42 przedstawiono tą ostatnia

sytuację. Linie ciągłe oznaczają rzeczywisty przebieg sygnału pomiarowego. Znaczniki w

kształcie okręgów symbolizują próbki, którym przypisane są określone wartości z przebiegu

rzeczywistego. Na podstawie tych punktów budowana jest nowa charakterystyka przebiegu

sygnału. Doskonale widać jak mała prędkość próbkowania wpływa na otrzymany wynik.

Błąd w tym przypadku jest duży, chociaż wartości ekstremalne amplitudy sygnału zostały

zarejestrowane właściwie. Przy wyborze prędkości próbkowania należy kierować się do-

ś

wiadczeniem, znajomością charakterystyki sygnału a przede wszystkim zdrowym rozsąd-

kiem. Na rys. 43 pokazano wpływ prędkości próbkowania i rozdzielczości zapisu na odwzo-

rowanie rzeczywistych przebiegów sygnałów.

33

Rys. 42. Wynik przyjęcia zbyt małej prędkości próbkowania

Rys. 43. Wpływ prędkości próbkowania i rozdzielczości na dokładność odwzorowania prze-

biegu: a) sygnały o tej samej rozdzielczości i o różnej prędkości próbkowania, b) sygnały o

tej samej prędkości próbkowania i różnej rozdzielczości

W programie Catman Express 3.1 zmiany prędkość próbkowania można dokonać kli-

kając na hiperlink Measurement setting w oknie nawigacyjnym programu Catman Express.

Ukazuje się wtedy okno przedstawione na rys. 44. W tym oknie dialogowym możemy bezpo-

ś

rednio zmieniać prędkości próbkowania lub przyjąć zaproponowaną przez program w rozwi-

jalnym menu (domyślna prędkość 50 Hz).

34

Rys. 44. Okno do wprowadzania zmian prędkości próbkowania

Program Catman Express 3.1 posiada dużo więcej możliwości i funkcji jednakże, z

uwagi na ograniczoną objętość tego opracowania, ograniczono się jedynie do najważniej-

szych. Instrukcja powinna dać możliwość sprawnego przeprowadzenia prostych pomiarów z

zapisem i wizualizacją wyników. Nie omówione w instrukcji komponenty programu Catman

Express 3.1 to:

•

ustawienia wyzwalaczy (tigger),

•

import i eksport danych,

•

pomiar okresowy i wizualizacja danych,

•

tworzenie raportu i wizualizacja on-line

III. Literatura

1.

Instrukcja użytkowania wzmacniacza Spider: PC measurement electronics Spider 8
and Spider8–30 – operating manual, wyd. Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH,
Darmstadt

2.

Instrukcja użytkowania programu Catman: Catman 3.1 HMB software, wyd. Hottin-
ger Baldwin Messtechnik GmbH, Darmstadt

3.

Instrukcja użytkowania programu Catman: Catman Professional and Catman Express
- The first steps, wyd. Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Darmstadt

4.

Karta katalogowa wzmacniacza Spider 8: Special features PC−Measurement Elec-
tronics Spider8, Spider8−30 Spider8−01

5.

Strona internetowa

http://academictech.doit.wisc.edu/ORFI/avs/Modules/audacity.htm