Laboratorium Miernictwa Cyfrowego
Ćwiczenie 5
Data wykonania ćwiczenia 18.04.2011r

1. Wprowadzenie.

Większość urządzeń pomiarowych lub rejestratorów sygnałów w systemach pomiarowych kontaktujących się bezpośrednio z obiektami badań reaguje na oddziaływania fizyczne zmieniające się w sposób ciągły (nazywane sygnałami analogowymi). Aby te informacje mogły być przetworzone przez system komputerowy muszą być przetworzone w kodowane sygnały cyfrowe. Role te spełniają przetworniki analogowo-cyfrowe (A/C) umieszczone na styku części analogowej i cyfrowej systemu. Wiele urządzeń pomiarowych wyposażonych jest obecnie w przetworniki A/C.

Przetwarzanie ciągłego sygnału analogowego na sygnał cyfrowy polega na dyskretyzacji sygnału w czasie czyli jego próbkowaniu, dyskretyzacji wartości sygnału czyli kwantowaniu oraz na kodowaniu uzyskanego sygnału dyskretnego

Próbkowanie i kwantowanie sygnału analogowego.

Próbkowanie następuje przez kolejne pobieranie próbek wartości sygnału w pewnych odstępach czasu, w taki sposób, aby ciąg próbek umożliwiał jak najwierniejsze odtworzenie całego przebiegu funkcji. Kwantowanie przebiegu analogowego polega na przyporządkowaniu każdej próbce skończonej liczby poziomów amplitudy, odpowiadającym dyskretnym wartościom od zera do pełnego zakresu.

Istnieje wiele metod przetwarzania analogowo-cyfrowego, jak równie, wiele sposobów klasyfikacji tych metod. Metody przetwarzania możemy podzielić na metody bezpośrednie i pośrednie. W układach opartych na metodach bezpośrednich następuje od razu porównanie wielkości przetwarzanej z wielkością odniesienia. Do tej grupy zaliczają się przetworniki z bezpośrednim porównaniem oraz przetworniki kompensacyjne. Przy metodach pośrednich najpierw odbywa się zamiana wielkości przetwarzanej na pewna wielkość pomocnicza , porównywana następnie z wielkością odniesienia. W zależności od rodzaju wielkości pomocniczej wyróżnia się metodę częstotliwościowa i metodę czasowa. Powyższy podział metod jest oparty na kryterium zasady przetwarzania. Drugim ważnym kryterium jest kryterium czasu, w którym odbywa się przetwarzanie. Pod tym względem metody przetwarzania można podzielić na metody chwilowe oraz metody integracyjne. W metodach chwilowych wynik przetwarzania odpowiada wartości sygnału w pewnej chwili znacznie krótszej od okresu, w którym zachodzi przetwarzanie. Do metod chwilowych należy np. metoda bezpośredniego porównania, metoda kompensacyjna oraz metoda czasowo prosta. W metodach integracyjnych natomiast wynik przetwarzania odpowiada średniej wartości sygnału w okresie integracji, zajmującym na ogół znaczna część okresu przetwarzania. Do metod integracyjnych zalicza się miedzy innymi metodę czasowa z podwójnym całkowaniem oraz metodę częstotliwościowa.

2. Przebieg ćwiczenia

Obiektem badań był przetwornik analogowo-cyfrowy z podwójnym całkowaniem zastosowany w woltomierzu cyfrowym V-541. Jest on przeznaczony do pomiarów napięć stałych i zmiennych w zakresie małych częstotliwości. Przy pomiarach napięć stałych przyrząd jest mało wrażliwy na zawartość składowej zmiennej dzięki zastosowaniu zasady podwójnego całkowania. Zastosowany przetwornik napięcia zmiennego na stałe (przetwornik AC/DC) posiada skorygowana charakterystykę przetwarzania tak, że jego napięcie jest proporcjonalne do wartości skutecznej napięcia mierzonego o zmienności sinusoidalnej

• Obserwacja przebiegów napięcia integratora

Napięcie ustawione[V]	Napięcie zmierzone[V]	ΔU [V]	Δt1 [ms]	Δt2 [ms]
3	3,112	-1,04	20,0	6,2
4	4,110	-1,40	20,0	8,4
5	5,232	-1,80	20,0	10,8
6	6,230	-2,16	20,0	12,6
7	7,171	-2,44	20,0	14,2
8	8,142	-2,76	20,0	16,2

Gdzie: ΔU – różnica napięć odczytana z oscyloskopu

t1 – czas pierwszego całkowania

t2 – czas drugiego całkowania

• Wpływ zniekształceń mierzonego napięcia na wskazanie wartości skutecznej

Częstotliwość [Hz]	Umin	Umax	ΔU
25	0,4202	0,7012	0,281
50	0,5674	0,5684	0,001
75	0,5403	0,5823	0,042
100	0,5542	0,5667	0,0125
125	0,5580	0,5690	0,011
150	0,5508	0,5608	0,01

Gdzie: U_min – najniższa zaobserwowana wartość napięcia

U_max – najwyższa zaobserwowana wartość napięcia

ΔU – amplituda