räknare & impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/courses/... · 2019. 2. 7. ·...
TRANSCRIPT
![Page 1: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/1.jpg)
Räknare & ImpedansSENSORER 2019
![Page 2: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/2.jpg)
Mäta tid
![Page 3: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/3.jpg)
Räkna antal
![Page 4: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/4.jpg)
Mätning av frekvens
• Sensor med frekvens-utgång
• Varvtal
• Hjärtfrekvens
• Number of events
![Page 5: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Räknare - varför
• Ett oscilloskop har normalt 3 – 4 siffors noggrannhet som
bäst
• En räknare kan ha upp till 9 siffor
![Page 6: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Räknare - frekvens
Periodtid för två olika signaler
• Frekvens anger hur många gånger en signal repeteras per sekund.• Periodtidens inverterade värde, f = 1/T = N/TN
![Page 7: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Räknare - puls
![Page 8: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/8.jpg)
Konventionell frekvensräknare
Mäter antalet ingångscykler (N) under en viss tid, typiskt 1 sekund
Fyrkantspuls
![Page 9: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/9.jpg)
Konventionell frekvensräknare
Tidfönster 1 s.
Okänd signal
![Page 10: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Räknare - upplösningMätosäkerhet då man kan få med delar av perioder, ± 1 insignalscykel (relativt fel).
Kvantiseringsfel (absolut fel) = 1 / Mättiden
10 sekunder ger t. ex. upplösningen 1/10= 0.1 Hz
![Page 11: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Räknare - tidmätning
Genom att byta plats på ingångsteget och oscillatorn får man en tidräknare.
![Page 12: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Räknare - reciprok
• Klarar av att mäta frekvens enligt f = N / TN • 2 separata räknarsteg som ser till att mäta överett helt antal perioder
![Page 13: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/13.jpg)
Reciprok frekvensräknare
Okänd signal
N=5
Starttrig
Stopptrig
TidsfönsterTN
Klockfrekvens
![Page 14: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Räknare - upplösning
• Hög upplösning även vid låga frekvenser• Relativa felet är nu ± 1 klockcykel men detabsoluta felet är oförändrat
![Page 15: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Räknare - interpolation
• Genom att hålla koll på var i klockpulserna man startar mätningen kan man få
ännu högre noggrannhet
• En interpolatorkrets mäter fasläget på klockpulsen
![Page 16: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Räknare - tidmätning
![Page 17: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Räknare - tidintervall
SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden
![Page 18: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Räknare - tidintervall
Ingen synkning av start/stop och klockan geren upplösning som är 1 klockpuls
10 MHz tidbasoscillator => 100 ns upplösning
![Page 19: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Räknare – tidmätning
• Mätosäkerhet på ± 1 klockcykel
• För att höja noggrannheten kan man
– Öka klockfrekvensen
– Interpolera
– Använda medelvärdesbildning
![Page 20: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Räknare - ingångssteg
1 M, frekvensberoende ok för < 100 MHz mindre belastning på objektet
50 för HF system
x1 eller x10Frekvensoberoende dämpning
![Page 21: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Räknare - ingångssteg
AC-kopplingskondensatorVars kapacitans bestämmer den undre gränsfrekvensen för ingången, vanligen 10-50 Hz
Det dynamiska området är typiskt -5V / +5V. Kan gå upptill -50 /+50V med 10x dämpningen. Över det kapar dioderna topparna för att skydda instrumentet.
Övre gränsfrekvensofta 50-100 kHzreducerar brus
![Page 22: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Räknare - komparatorn
Jämför insignalen med en triggnivå och slår om när triggnivån passeras
![Page 23: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/23.jpg)
23
Räknaren - hysteresband
Skillnaden mellan triggpunkten och återställningspunkten kallas hysteresband
![Page 24: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Räknare - hysteresband
Hysteresbandets förhållande till insignalen kan varieras genom enställbar komparator eller genom att dämpa insignalen.
Lågpassfilter samt ställbar hysteres => bra brusundertryckning
Smalt Brett
![Page 25: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Räknare – triggnivå
Med AC-kopplingen liggertriggnivån på 0V och därmedligger även hysteresbandetkring 0V.
För en osymmetrisk signalkan därför triggvillkoret blifel
![Page 26: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/26.jpg)
26
Räknare - triggnivå
![Page 27: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/27.jpg)
27
Räknare - skillnader
Skillnader mellan tid och frekvensmätningar
![Page 28: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/28.jpg)
28
Tidbasoscillatorn•Vanligast är kvartskristall (SiO2)•Bygger på piezoelektrisk effekt•Resonansfrekvensen beror bl.a. tjockleken, ytan och massan•Problem; åldring, gravitation, stötar
![Page 29: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/29.jpg)
29
TidbasoscillatornTre olika typer av kristalloscillatorer för olika krav
Standardoscillatorer (UCXO = uncompensated x-tal oscillator)10 ppm frekvensändring 0-50 C (ca 100Hz)
Temperaturkompenserade oscillatorer (TCXO)en termistor styr en fintrimmningskondensator1 ppm frekvensändring 0-50 C (ca 10Hz)
Ugnsstabiliserade oscillatorer (OCXO)kristallen sitter i ett hölje/ugn som hålls vid konstant temperatur (70 C ± 0,01 ) av effekttransistorer 0,1-0,002 ppm frekvensändring 0-50 C (ca 1-0,02 Hz)
![Page 30: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/30.jpg)
30
Mätosäkerheten
• Mätningens upplösning
• Triggerfel p.g.a. brus
• Tidbasoscillatorns osäkerhet
• Triggerpunktens inställningsosäkerhet
• Skillnader mellan ingångskanaler
De vanligaste osäkerhetsfaktorerna för frekvens- och tidintervallmätning är:
![Page 31: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/31.jpg)
Impedans och impedansmätning
![Page 32: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/32.jpg)
Impedans
Många givare baseras på förändring av impedans
Temperatur
Komponentegenskaper
Töjning
Position
Resistivitetsmätning i jordlager
![Page 33: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/33.jpg)
Impedans
Belopp Fasvinkel
R = Resistans = Re(Z),
X = Reaktans = Im(Z)
Z = R + jX
![Page 34: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/34.jpg)
Impedans
Spole + resistor
Kondensator + resistor
OBS!
De reaktiva delarna är
frekvensberoende:
XL = jwL
XC = 1/jwC
![Page 35: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/35.jpg)
Fasvinkel
![Page 36: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/36.jpg)
ResonanskretsLCR – serie/parallell-resonans
f0 =1
2p LC
Serieresonans
Resonansfrekvens
Parallellresonans
Zp max vid resonansZs min vid resonans
![Page 37: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/37.jpg)
ResonanskretsKvarts-kristall
Både serie- och parallellresonans
Zx
fs=1
2p LC1
R fp=1
2p LC1C2
C1 +C2
![Page 38: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/38.jpg)
ResonanskretsKvarts-kristall
Elektriska ekvivalenter till de mekaniska
egenskaperna – tröghet, mekanisk
spänning, friktion
Zx
fs=1
2p LC1
R fp=1
2p LC1C2
C1 +C2
C2 bildas av de ledande plattorna på var
sida om kristallen
![Page 39: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/39.jpg)
Resonans avklingning
![Page 40: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/40.jpg)
Resistans
R= r ´ lA
R=UI
, Ohmslag
: resistivitet
l: längd
A: tvärsnittsarea
![Page 41: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/41.jpg)
Resistans
Färgkodning av resistorer
![Page 42: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/42.jpg)
Resistans
Karakteriseras och mäts med:
Multimeter
Konstant ström
Brygga
Sensorsystem
Brygga
![Page 43: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/43.jpg)
Multimetern
![Page 44: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/44.jpg)
44
Multimeter - resistansmätning
Fyrtrådsmätning
Tvåtrådsmätning
![Page 45: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/45.jpg)
45
Ex. Trådtöjningsgivare
![Page 46: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/46.jpg)
46
Wheatstonebrygga
Resistansbestämning
Balansering av bryggan:
UA = UB (-> U = 0)
ger balansvillkoret:
R1/R2 = R3/Rx
eller
Rx = R3×R2/R1
OBS! Oberoende av UB!
UB
![Page 47: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/47.jpg)
47
Historik
![Page 48: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/48.jpg)
48
WheatstonebryggaUtslagsmetod
Ex. Töjningsgivare
Mätning av förändring i Rx genom mätning av obalanspänning
UB
Bryggan balanseras vid
t ex opåverkad
töjningsgivare, 0-läget:
R1 = R2 = R3 = Rx0
Då töjningsgivaren
påverkas blir U blir ett mått
på avvikelsen från 0-läget.
Genom att ha samma
temperaturberoende på
ingående komponenter blir
kopplingen temperatur-
kompenserad.
![Page 49: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/49.jpg)
49
Wheatstonebrygga
Fördelar:
Spänning ut
Balansering
Temperaturkompensering
![Page 50: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/50.jpg)
50
Wheatstonebrygga
Fördelar:
Spänning ut
Balansering
Temperaturkompensering
Nackdelar:
Liten spänning ut
Fordrar förstärkning
![Page 51: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/51.jpg)
51
Wheatstonebrygga
=Pt 100
Ex. Temperaturmätning
![Page 52: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/52.jpg)
52
Pt 100
![Page 53: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/53.jpg)
Resistiva givare
Funktion – utspänningen, W i fig, ett mått på vinkel eller position
![Page 54: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/54.jpg)
Resistiva givare
Resistiv positionsgivare, potentiometer
![Page 55: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/55.jpg)
Resistiva givare
Resistiv vinkelgivare, potentiometer
![Page 56: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/56.jpg)
Resistiva givare
Membrangivare, balkgivare
Tryckgivare, accelerometer
![Page 57: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/57.jpg)
Piezoresistiv tryckgivaregivarkonfiguration
MembrankantM
emb
ran
kan
t
![Page 58: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/58.jpg)
Komponenter med reaktans
CL
KondensatorSpole
![Page 59: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/59.jpg)
Kondensator (Kapacitans)
C = eA
d
: Permittivitet
A: Plattornas area
d: Avståndet mellan plattorna
C
![Page 60: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/60.jpg)
Kondensatorn
U = Xc ´ I Þ Xc =UI
Xc: Reaktansen (Impedansen hos en kondensator)
Strömmen 90° före spänningen!
Xc =1
jwC
w: 2f
C: Kapacitansen
C
![Page 61: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/61.jpg)
Membrantryckgivarekapacitiv
d = avstånd till metallelektroden
w = membrannedböjning i position (x, y)
= dielektricitetskonstant
![Page 62: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/62.jpg)
Spole (Induktans)
XL = jwLw: 2f
L: Induktans
U = XL ´ I Þ XL =UI
XL: Reaktansen (Impedansen hos en spole)
Spänningen 90° före strömmen!
L
![Page 63: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/63.jpg)
Spole (Induktans)
XL = jwLInduktansen, L, och därmed reaktansen, XL, hos en
spole är beroende av antal lindningsvarv i spolen,
storlek (area, längd) samt materialet i kärnan.
Ferromagnetiska material i kärnan ger stor ökning
av induktansen.
![Page 64: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/64.jpg)
Ex. Induktiv positions-givare
XL = jwL
Avståndet mellan en spole och en kärna av
ferromagnetiskt material påverkar spolens
induktans. Reaktansen blir ett mått på avståndet
(sambandet dock ej linjärt i exemplet).
![Page 65: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/65.jpg)
Sammanfattning
![Page 66: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/66.jpg)
Generella impedanser
Karakteriseras och mäts med:
LCR-meter
Impedansanalysator
Brygga
Sensorsystem
Brygga
Frekvens
PLL
![Page 67: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/67.jpg)
ImpedansanalysatorLCR-analysator
En impedansanalysator mäter en
okänd impedans ofta med
spänning/ström-metoden vid en
viss inställd frekvens eller genom
att svepa mätfrekvensen över ett
område. Belopp och fasvinkel
mäts och kan räknas om till de
olika modeller för impedanser.
![Page 68: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/68.jpg)
68
Frekvensegenskaper hos ”verkliga”
komponenter - Resistanser
Ex. Parasitkomponenter
Önskad komponent
![Page 69: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/69.jpg)
69
Frekvensegenskaper hos ”verkliga”
komponenter - Kondensatorer
Önskad komponent
0.1 mF kondensator
Serieresonans!
Xc =1
jwC
Ideal kondenator:
![Page 70: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/70.jpg)
70
Frekvensegenskaper hos ”verkliga”
komponenter - Spolar
Önskad komponent
Parallellresonans!
XL = jwL
Ideal spole:
![Page 71: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/71.jpg)
71
Transmissionsledning
Utbredningshastighet i en koaxialkabel: 2•108 m/s
![Page 72: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/72.jpg)
72
TransmissionsledningLF-system
![Page 73: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/73.jpg)
73
TransmissionsledningHF-system
![Page 74: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/74.jpg)
74
Transmissionsledning
När?
• Ledningens längd, L, är av samma storleksordning som en
kvarts våglängd av signalen eller större (sinussignaler)
L > l/4
• Ledningens fördröjningstid, tp, för t ex en puls är av samma
storleksordning som signalens stigtid/falltid eller längre
(pulssignaler).
tp > tr el. tf
![Page 75: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/75.jpg)
75
Transmissionsledning
![Page 76: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/76.jpg)
76
TransmissionsledningExempel
• En koaxialkabel med 1 meters längd (dvs 5 ns fördröjningstid)
• Sinussignaler då våglängden är kortare än 4 m, vilket motsvarar frekvenser över
ca 50 MHz.
• For pulssignaler med kortare stigtider än ca 5 ns, oavsett, pulssignalens
repetitionsfrekvens
![Page 77: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/77.jpg)
77
TransmissionsledningKarakteristisk impedans, Z0
Den karakterisktiska impedansen kan sägas vara den
impedans man i teorin skulle mäta in i en oändligt lång
ledning. Betecknas Z0
Z0 =r + jwl
g+ jwc
För en förlustfri ledning, r = g = 0, gäller:
Z0 =l
c
Z0 är då rent resistiv. Vanliga värden:
Koaxialkabel på lab – 50 Ω
Antennkabel – 75 Ω
![Page 78: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/78.jpg)
78
TransmissionsledningUtbredningshastighet
Utbredningshastigheten för en signal i en förlustfri ledning:
Ex. Koaxialkabel: 2•108 m/s
v=1
lc
![Page 79: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/79.jpg)
79
TransmissionsledningAnpassning
För att undvika reflektioner på en transmissionsledning
måste ledningen avslutas med impedanser med samma
storlek som den karakteristiska impedansen.
r =Reflekterade vågens amplitud
Infallande vågens amplitud=ZL -Z0
ZL +Z0
Reflektionskoefficient:
![Page 80: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/80.jpg)
80
TransmissionsledningReflektioner – Stående våg
Om ≠ 0 erhålls reflektioner, vilket ger upphov till
stående vågor -> mätfel!
Ex. ZL = 0 vilket ger = -1:
![Page 81: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/81.jpg)
81
TransmissionsledningReflektioner – Stående våg
Ex. ZL = ∞ vilket ger = +1:
![Page 82: Räknare & Impedansbme.lth.se/fileadmin/biomedicalengineering/Courses/... · 2019. 2. 7. · SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden. 18 Räknare - tidintervall Ingen synkning av](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061003/60b1ee4735b0105754713296/html5/thumbnails/82.jpg)
82
TransmissionsledningEx. Pulseflektioner vid = + 0,5
Tid: t=0 Tid: t=100ns
Tid: t=200ns
Denna effekt kan användas för att
mäta vilken impedans som avslutar en
ledning – Hur?