Bài giảng Đo lương-Cảm biến - Các mạch điện thông dụng trong đo lường xử lý các kết quả đo lường

Nội dung text: Bài giảng Đo lương-Cảm biến - Các mạch điện thông dụng trong đo lường xử lý các kết quả đo lường

1. Đo lường - cảm biến Các mạch điện thông dụng trong Đo lường Xử lý các kết quả đo lường
2. Nội dung • Mạch khuếch đại và một số mạch thông dụng • Chuyển đổi tương tự - số • Ghép nối với máy tính • Xử lý kết quả đo lường Đo lường – Cảm biến
3. Mạch khuếch đại • Chức năng – Khuyếch đại – Bộ lọc, xử lý tín hiệu, hiệu chỉnh sự phi tuyến Temperature Pressure Signal Digital Flow Sensor Conditioning Motion Circuitry Computer . Đo lường – Cảm biến
4. Mạch khuếch đại đảo  Khuếch đại đảo Gain = - Rf / Ri • Tầm tuyến tính: phụ thuộc vào nguồn cung cấp • Trở kháng ngõ vào: Ri Bão hòa Đo lường – Cảm biến 4
5. Mạch khuyếch đại không đảo • Khuyếch đại không đảo • Trở kháng ngõ vào: rất lớn – Gain = (Rf + Ri) / Rf (infinite) Đo lường – Cảm biến 5
6. Một số mạch khuếch đại khác • Vo = Vi • Ứng dụng – Mạch đệm: cách ly ngõ ra và ngõ vào Mạch khuếch đại vi sai – Biến đổi trở kháng: dùng trong V6 = (V2 – V1) * R2 / R1 các mạch thu thập dữ liệu (ADC hay DAC) khi cần trở - Trở kháng ngõ vào không cao kháng cao Đo lường – Cảm biến 6
7. Một số mạch khuếch đại khác DG = (V1-V2) / (V3-V4) = (2*R4 + R3) / R3 V6 = (V3-V4)*DG*R2 / R1 - Kết hợp giữa mạch khuếch đại không đảo và khuếch đại vi sai - Trở kháng đầu vào cao - Thay đổi R3 để điều chỉnh độ khuếch đại Đo lường – Cảm biến
8. Mạch VCO (Voltage Controlled Oscillator) VCO = VFC Voltage to Frequency Converter Mạch VCO biến đổi điện áp đầu vào thành chuỗi xung ra có tần số tỉ lệ với độ lớn điện áp Đo lường – Cảm biến
9. Một số mạch điện thông dụng khác • Mạch chia áp • Cầu Wheatstone Vs R1 R1 R2 Vo E a Eo b R2 R3 R4 Eo = {(R2R3 – R1R4) / (R1+R3)(R2+R4) } E Vo = {R2 / (R1 + R2)} Vs Đo lường – Cảm biến
10. Chuyển đổi tương tự - số • Tương tự số: ADC • Số tương tự: DAC Đo lường – Cảm biến
11. Xử lý kết quả đo lường • Đảo chiều và thay đổi tầm điện áp - Mạch đảo chiều (Rf/Ri = 1) hoặc Rf/Ri thích hợp để thay đổi tầm điện áp - Ứng dụng: ví dụ như điều chỉnh ngõ ra của DAC • Mạch cộng Vo = -Rf(V1/R1 + V2/R2 + + Vn/Rn) - Rf quyết định độ khuếch đại - Ri quyết định các trọng số và trở kháng đầu vào Đo lường – Cảm biến
12. Xử lý kết quả đo lường 1 t1 • Mạch tích phân v0 vi dt v ic RC 0 - Vo sẽ bão hòa nếu ngõ vào Vi hở mạch - Reset: S1 đóng, S0 mở - Tích phân: S1 mở, S0 đóng - Mạch chốt: S1 mở, S0 mở (V0 được giữ không đổi) Đo lường – Cảm biến
13. Xử lý kết quả đo lường • Mạch vi phân - Không ổn định ở tần số cao - Để ổn định, thì R Ri AC0 0 dv v RC i 0 dt Đo lường – Cảm biến
14. Xử lý kết quả đo lường • Mạch so sánh Vi > Vr Nếu Vi = Vr + small noise thì ngõ Vo = -Vs ra sẽ chuyển đổi rất nhanh giữa Vi < Vr Vs Vo = Vs Đo lường – Cảm biến
15. Xử lý kết quả đo lường • Mạch so sánh với khâu trễ - Vòng trễ - Loại bỏ được ảnh hưởng của nhiễu nhỏ (small noise) Đo lường – Cảm biến
16. Xử lý kết quả đo lường • Mạch chỉnh lưu • Chỉnh lưu nửa sóng chính xác • Chỉnh lưu toàn sóng chính xác • Mạch giới hạn Đo lường – Cảm biến
17. Xử lý kết quả đo lường • Mạch lọc thông thấp thụ động bậc nhất V 1 o ,  RC Vi 1 j Lọc các thành phần tần số cao Bậc của bộ lọc là số lượng của tụ C và cuộn L Đo lường – Cảm biến
18. Xử lý kết quả đo lường • Mạch lọc thông cao thụ động bậc nhất V j o ,  RC Vi 1 j Lọc các thành phần tần số thấp Đo lường – Cảm biến
19. Xử lý kết quả đo lường • Mạch lọc thông thấp thụ động bậc hai  1  1  1 Vo 1 2 Vi(j /  c ) (2  j  /  c ) 1 1 RC  ,  c LC2 L Dùng để tăng độ suy giảm của hàm truyền Đo lường – Cảm biến
20. Xử lý kết quả đo lường • Mạch lọc thông cao thụ động bậc hai  1  1  1 2 Vo  2 Vi( j /  c ) (2  j  /  c ) 1 1 RC  ,  c LC2 L Dùng để tăng độ suy giảm của hàm truyền Đo lường – Cảm biến
21. Xử lý kết quả đo lường • Mạch lọc thông thấp tích cực bậc một Dùng khuếch đại đảo và hồi tiếp tụ điện Đáp ứng tần số giống như bộ lọc thụ động Trở kháng đầu ra rất thấp Đo lường – Cảm biến
22. Xử lý kết quả đo lường • Mạch lọc thông cao tích cực bậc một Dùng khuếch đại đảo và hồi tiếp tụ điện Đáp ứng tần số giống như bộ lọc thụ động Trở kháng đầu ra rất thấp Đo lường – Cảm biến
23. Xử lý kết quả đo lường • Mạch lọc thông thấp tích cực bậc cao • Mạch lọc thông cao tích cực bậc cao Đo lường – Cảm biến
24. Giao tiếp nối tiếp • Parallel Vs. Serial • Ưu điểm của giao tiếp nối tiếp so – 1 clock for 4 bit transfer với song song – Truyền dữ liệu xa hơn – Chỉ cần 1 dây data – Ít dây, các bộ truyền và nhận hơn – Dùng nhiều trong thương mại, như đường dây điện thoại hoặc data – 4 clock for 4 bit transfer Đo lường – Cảm biến 24
25. Bắt tay • DTE (Data Terminal Equipment) • Là quá trình sử dụng các tín hiệu – Terminal hay Computer để thiết lập truyền thông có điều • DCE (Data Communications kiện Equipment) • Qui trình – Modem hay Printer – Transmitter kích hoạt RTS – Receiver cảm nhận CTS bằng interrupt hay Polling – Receiver kích hoạt RTS – Transmitter cảm nhận được CTS • Transmitter chờ đến khi ngõ vào CTS được kích hoạt – Transmitter gửi Data Đo lường – Cảm biến 25
26. Giao tiếp nối tiếp không đồng bộ • Ví dụ, truyền kí tự ‘S’ • Serial Communication – Start + 7 bit Data + Parity + – Không đồng bộ Stop bit • Không có thông tin xung • Start: 1 bit clock • Data: 5 ~ 8 bit • Truyền một lúc một kí tự • Parity: Even/ Odd/ None • Tốc độ • Stop: 1 ~ 2 bit – 50 ~ 5.6Kbps – Tần số xung clock là bội số – Đồng bộ của tốc độ truyền bit) • Dùng xung clock để đồng bộ • Truyền nhiều kí tự hoặc nhiều bit một lúc Đo lường – Cảm biến 26
27. RS-232C • RS-232 • Mức tín hiệu EIA RS-232C – Dùng cho giao tiếp DTE tới DCE – Được dùng để giao tiếp với hầu như tất cả các thiết bị, kể cả PC – 25-Pin D connector • 9-Pin rất phổ biến Đo lường – Cảm biến 27
28. Connector 9 chân Sơ đồ chân Connector 25 chân Đo lường – Cảm biến 28
29. RS-232C Interface Cabling • Ideal Case • Minimal Cabling Đo lường – Cảm biến 29