1)Osnovna blok šema mernog sistema(slika)?

Blok za identifikaciju i transformaciju služi za prepoznavanje tražene informacije i njeno prevođenje iz jednog u drugi oblik energije, a danas je najčešći nosioc informacije na izlazu ovog bloka upravo električna energija, i dati signal sadrži informacije o veličini ili o vremenskim relacijama koje su u vezi za fizičkom veličinom. U sledećem bloku, informacija se modifikuje, ili obrađuje, odnosno, signal se pojačava, linearizuje, filtrira ili modifikuje na druge načine u format prihvatljiv za izlazne uređaje. Ovaj blok se često sastoji od više elektronskih kola za obradu signala integrisanih u jednom čipu ili je to mikroračunarski sistem.2)Šta je sensor?Senzor je primarni osetljivi element pretvarača i odgovoran je za konverziju merene veličine koja je najčešće neelektrična u električnu, Često se pod uticajem merene veličine menja neki električni parametar senzora, a uz pomoć mernih kola se dobija električni signal, odnosno napon ili struja, čija je vrednost proporcionalna merenoj veličini. Tipičan primer je otporni senzor temperature kao senzor, dok se na izlazu mernog mosta dobija napon proporcionalan merenoj temperature.3)(I)Šta je merni pretvarač? Da bi se koristile električne metode merenja, vrši se konverzija neelektričnih veličina u električne signale pomoću uređaja koji se zove ulazni merni pretvarač ili najčešće samo merni pretvarač.Memi pretvarač predstavlja glavni i osnovni element ulaznog uređaja instrumentacionog sistema, pa i celog mernog sistema. gde se pod ovim terminom često podrazumeva senzor. Bolje rečeno, termin senzor se obično koristi umesto termina merni pretvarač. Na slici data je strukturna blok šema mernog pretvarača i sastoji se od senzora i mernog kola.

4)Klasifikacija mernih pretvarača. Navesti tri merna pretvarača?Klasifikacija pretvarača je izvršena prema korišćenim električnim principima. Naravno, navedeni su samo neki (po mišljenju autora najčešće korišćeni) merni pretvarači. Prvi deo odnosi se na pasivne pretvarače. Pasivni pretvarač ima fizički ulaz, električni izlaz i električni pobudni ulaz (tri energetska porta). Drugu kategoriju predstavljaju aktivni pretvarači ili samogenerišući, koji imaju samo ulaz i izlaz (tj. dva energetska porta). Oni ne zahtevaju spoljno napajanje i sva električna energija na izlazu izvedena je sa fizičkog ulaza. Pošto je električni izlaz ograničen fizičkim ulazom, takvi pretvarači imaju nisko-energetski izlaz koji zahteva naknadno pojačanje.Potenciometarski merni pretvarač :Pozicioniranjem klizača, usled spoljašnje sile, varira otpornost u mostu ili potenciometru.Pritisak, pomeraj.Otporna merna traka.Otpornost provodnika ili poluprovodnika se menja zbog izvlačenja ili sabijanja usled spoljašnjeg primenjenog dejstva.Sila, pomeraj, momentPromenljivi kapacitivni merač.Rastojanje između dve paralelne ploče se menja usled promene spoljne sile.Pomeraj, pritisakKapacitivni mikrofon.Pritisak zvuka menja kapacitivnost između fiksne ploče i pokretne membrane.Buka, govor

Induktivno-magnetni pretvarač.Sopstvena induktivnost ili međusobna induktivnost naizmenično pobuđenih kalema varira usled promena u magnetnom kolu.Pritisak, pomerajDiferencijalni transformator.Razlika napona dva sekundarna namotaja se menja položajem magnetnog kola zbog spoljne sile.Pritisak, pomeraj, sila, položajMagnetostrikcioni pretvarač.Magnetne osobine se menjaju usled spoljne sile.Pritisak, silaPretvarači na bazi Holovog efekta.Potencijaln razlika se generiše u poluprovodniku usled iterakcije primenjene struje i magnetnog fluksa.Broj obrtaja, struja, magnetni fluks.Jonizaciona komora.Struja elektrona indukovana jonizacijom gasa usled radioaktivnog zračenja.Radijacija, brojanje elementarnih čestica5)Navesti osnovne prednosti digitalnih mernih sistema (četiri)?U upotrebi digitalni merni sistemi zbog prednosti u odnosu na analogne, a to su:-neosetljivost na šum i drift karakteristika,-otpornost na smetnje prilikom prenosa na veće daljine,-jednostavna galvanska izolacija,-olakšano povezivanje, prenos i pamćenje velikog broja merenih veličina,-lakša obrada i kompenzacija signala u digitalnom obliku,-jednostavna kalibracija i podešavanje nule-Analogno merno-informacioni system -Digiratlno merno-informacioni sistem

6)(II) Osnovne metode merenja(dati podele)Prema načinu dobijanja brojne vrednosti merene veličine merno-informacionog sistema, u procesu merenja, metode merenja se mogu podeliti na: direktne metode merenja I indirektne metode merenjaOsnovne metode merenja mogu se podeliti i na

1) metode neposrednog ocenjivanja2) metode poređenja (komparativna metoda)

Komparativna metoda daje tačnije rezultate, ali je znatno složenija i ona se bazira na poređenju rezultata merenja sa poznatom vrednošću iste veličine ili sa poznatom vrednošću neke druge veličine koji je u funkcionalnoj vezi sa sa merenom veličinom. Ona se može podeliti na

1) nulte metode2) diferencijalne metode3) metode zamene4) metode direktnog poređenja

RAČUNARSKI JEDNOKANALNI MERNI SISTEMIPrema broju kanala, računarski merni sistemi se mogu podeliti na:

1) jednokanalne2) višekanalne

Slika 1.6.

Računarski jednokanalni merni sistemi A/D konvertori koji se koriste u ovakvim sistemima obično se projektuju tako da primaju spoljne komande za uzorkovanje i držanje. Za jednosmerne signale i signale niskih frekvencija, najčešće se koristi A/D konvertor sa pretvaranjem napona u vreme korišćenjem dvostrukog integraljenja. Postoji nekoliko tipova višekanalnih sistema:1)višekanalni analogni računarski sistem,2)višekanalni digitalni računarski sistemVišekanalni analogni računarski sistemi sadrže jedan A/D konvertor ispred koga se nalazi multiplekser. Analogni merni signali se posle senzorskih predpojačavača i/ili prilagođavanja na multiplekser, vode direktno na ulaz A/D konvertora, gde se po redosledu pretvaraju u digitalne signale. Prednosti ovih sistema su jednostavna konstrukcija i niska cena.Višekanalni analogni računarski merni sistemi

Prednost višekanalnog digitalnog računarskog sistema, koji se zasniva na paralelnoj konverziji, se ogleda u tome što se analogni signali pretvaraju u digitalne kod samog objekta merenja. Digitalni prenos podataka, od mernog mesta do računarskog centra, obezbeđuje povećanu otpornost na smetnje prouzrokovane mrežnim napajanjem ili petljama uzemljenja. Sa druge strane, ulazni kanali koji mere sporo promenljive merne podatke mogu se prethodno multipleksirati, tako da u jedan kanal glavnog digitalnog multipleksnog sistema ulazi komplet sekvencijalno multipleksiranih podkanala.

7)Nacrtati osnovnu blok šemu mikroračunarskog merno-informacionog sistema?

Tipovi konfiguracije mernog sistema.

8)Nabrojati I objasniti osnovne metode multipleksiranja mernih signala.Razlikujemo dve vrste multipleksiranja. To je multipleksiranje sa frekvencijskom raspodelom kanala i multipleksiranje sa vremenskom raspodelom kanala.Multipleksiranje sa frekvencijskom raspodelom kanala sastoji se u sledećem. Postupkom translacije spektra svakog od više nezavisnih signala iz njihovog prirodnog opsega učestanosti u određeni položaj na skali učestanosti, ti spektri mogu tako da se razmeste da se u novom položaju nalaze jedan do drugog bez preklapanja. Multipleksiranje sa vremenskom raspodelom kanala zasniva se na teoremi o odabiranju. Diskretiziranjem svakog nezavisnog signala uzimaju se u tačno određenim sukcesivnim trenucima vremena njihovi odbirci koji se u vidu impulsa prenose sistemom za prenos. Na izlazu iz propusnika niskih učestanosti iz povorke impulsa se rekonstruiše originalan kontinualni signal.

9)Blok šema analognog multipleksera.

Kontrolna logika predstavlja jedan dekoder adresa pri čemu to može biti elektronski blok ili blok za automatsko upravljanje prekidačima. Na taj način timing (vremenski) ulaz omogućava rad sa kontrolnim vremenskim signalima čime se vrši automatsko upravljanje prekidačima.

Analogno CMOS prekodačko kolo.Napon signala (ulazni i izlazni) mora biti između VDD i VSS

sa primenjenim 4016 gejtom. Ako je VSS uzemljen, signali uvek moraju biti pozitivni. To je uobičajeni slučaj za digitalne signale. Ako analogni signali oba polariteta trebaju biti prekinuti, neophodan je dvostruki izvor za napajanje, na primer, VDD=+5V i VSS=-5V. Kontrolni signali takođe moraju biti između VDD i VSS za 4016 gejt, a nezgodno je što su obično digitalni signali pozitivni (od 0 do VDD). U tom slučaju se zahtevaju posebni interfejs drajveri (slika 2.4.). Međutim, mnogi ostali analogni prekidači (AH0014) ne zahtevaju ovaj tip drajvera.10)Karakteristike prekidača kod multipleksera.

11)Navesti primer četvorokanalnog multipleksera I demultipleksera I objasniti funkcionisanje sistema.Analogni multiplekseri su frekvencijski primenjeni na ulazima A/D konvertora tako da pojedini konvertor može koristiti mnogostruke analogne ulaze. Demultiplekser na prijemnoj strani je identičan sa multiplekserom. Kondenzatori zadržavaju napon za vreme između semplovanja (uzorkovanja). Ovaj metod je istovrstan kao onaj primenjeni u "track-and-hold" kolu. Dodatne linije mogu biti izbegnute korišćenjem posebnih clock-ova sa skoro identičnim frekvencijama (fS i f S) na predajnoj i prijemnoj strani. Neka sredstva sinhronizacije su neophodna. Postoji mali stepen u multipleksiranju zbog toga što je broj linija koje teku od strane multipleksiranja (od predajnika) do strane demultipleksiranja (do

prijemnika) samo umanjen od 4 na 3. Sa većim brojem kanala zahteva se značajnija ušteda u linijama, ali da bi to mogli da vidimo bilo bi poželjno redukovati linije za odabiranje podataka.

Prekidač multipleksera sa “letećim” kondenzatorom.ima diferencijalne ulaze i ono se obično koristi sa visokim "common-mode" naponima. Kondenzator se najpre vezuje za diferencijalni analogni ulaz, puni do vrednosti ulaznog napona i onda prebacuje do diferencijalnog izlaza koji ide do visoke ulazne impedanse instrumentacionog pojačavača. Diferencijalni signal je zbog toga prenešen do ulaza pojačavača bez prisustva "common-mode" napona i onda se nadalje procesira do A/D konverzije

12)Digitalni multiplekseri.

Enable = 1

S = (X0 EF + X1EF + X2 EF + X3 EF)

Enable =0 S =0.

Primer paralelno-serijske konverzije.Jedna od primena digitalnih multipleksera je paralelno-serijska konverzija, čiji su funkcionalni principi prikazani na slici U ovom primeru, nakon što se 32-bitna reč dovede u paraleli na ulaze dva digitalna multipleksera, svaki od ovih ulaza se odabira u zavisnosti od stanja binarnih brojačkihizlaza: A B, C, D, E, E. Generator takta se koristi za uvećanje brojača. Na primer, 17-ti bit će se pojaviti na izlazu ako izlazi binarnog brojača zadovoljavaju uslov A=1, B=C=D=0 i E=1

13)Ekvivalentno električno kolo prekidača analognog multipleksera.Može se uočiti da su problemi realnih

prekidača analognog multipleksera pojava struja curenja kao posledica postojanja određene otpornosti dača u zatvorenom stanju ROFF i paraztitnih kapacitivnosti, koje mogu biti ulazne CI, izlazne CO i ulazno-izlazne CIO. .

14)Jendonivoovsko multipleksiranje

Obzirom da je za današnje potrebe akvizicije podataka u industrijskim procesima neophodno mnogo više kanala, nekoliko analognih multipleksera može biti međusobno povezano kako bi se povećao ukupan broj kanala. Slika prikazuje jednonivovsko multipleksiranje, pri kome su M multipleksera sa po N kanala povezani u jedan čvor da bi se omogućilo multipleksiranje MxN kanala.

15) Višenivovsko multipleksiranjeUkupni broj kanala je tako MxN. Ovo drugo rešenje ima nekoliko prednosti u odnosu na prvo dvostruko multipleksiranje pruža nam dodatne prednosti u vidu smanjenja struje curenja isključenog stanja (tako i ofseta), smanjenje parazitnih kapacitivnosti u isključenom stanju i pouzdaniju konfiguraciju u slučaju da kanal ispadne u uključenom stanju (kratko). ). Ako bi kanal ispao dok je u uključenom stanju u

jednonivovskoj konfiguraciji, podaci ne bi mogli biti preuzeti ni sa jednog kanala, dok bi u višenivovskoj konfiguraciji samo jedna grupa kanala ispala zbog istog uzroka.

Dvonivoovsko multipleksiranje.

16)Struje curenja kod multipleksera I način smanjenja njihovog uticaja na grešku.

Primer kada je samo jedan prekidač zatvoren, a (n-1) prekidača je otvoreno.

Važi da je Iuk=(n-2)Io,i e=(n-1)Io(Ron+Rs) Uopšte, za slučaj jednonivovskog multipleksiranja dobija se

da je IUK = (N -1)IO, dok je u slučaju dvonivovskog multipleksiranja, IUK = (n + m - 2)IO .

17)Preslušavanje kod multipleksera I način smanjenja njegovog uticaja na grešku. Za slučaj jednonivovskog multipleksiranja dobija se da je

Cekv = (N - 1)CIO, dok je u slučaju dvonivovskog multipleksiranja Cekv = (n - 1)CIO + (m - 1)CI .

18)Dinamičke karakteristike multipleksera.

Dinamičke karakteristike su: vreme uspostavljanja (isključenje jednog i uključenje drugog kanala) i propusni opseg sistema (gornja granična frekvencija govori o brzini multipleksiranja). Vreme uspostavljanja se može odrediti iz sledeće relacije:ts=τln100/ϒ(%)Koeficijent y predstavlja dozvoljenu grešku u amplitudi signala i ako je ona 0.1% tada dobijamo da je tS= 3t. U skladu sa slikom razlikujemo sledeća tri slučaja i to:(a) Rl >> Rs, Ct >> Ci, t=(Rs + Ron) Ct(b) Ron >> rs, t=RonCt(c) Rs >> Ron, t=Rs(Ct + Ci)Hijerarhijska organizacija jednog mernog sistema.Potrebno da svi merni podaci o jednom procesu budu dostupni na jednom mestu, ali njihovo prikupljanje se može organizovati i kao hijerarhijski process.Ako je broj merenih veličina veliki, pa postoje i drugi akvizicioni podsistemi, oni se međusobno mogu sprezati preko računara višeg nivoa sve do sprezanja računara koji su u proizvodnji sa onim zaduženim za globalni prikaz, planiranje i analizu proizvodnje. Može se uočiti da je, pored prostorne, izvršena i distribucija funkcija u mernom i kontrolnom sistemu. Takođe možemo da primetimo da je jedan od osnovnih elemenata mernog sistema sensor.Svi podsistemi su spojeni u sistem pomoću kompjuterske mreže Local Area Network (LAN), Ethernet tip

sa serijskim prenosom. Za implementaciju takve konfiguracije, kompjuter u podsistemu mora biti opremljen sa IEEE-488 interfejs board-om i Ethernet mrežnom karticom. Neki interfejs standardi (na primer, Profibus ili VXI) omogućavaju izgradnju hijerarhijskih sistema u okviru jednog interfejs sistema.

19)Navesti osnovne celine intelegentnog senzora.Inteligentan senzor (slika 3.1.3) je uređaj koji:1.Može da napravi odluku u zavisnosti od ulaznog signala u trenutku merenja2.Može da bude programiran da pravi razne odluke3.U mogućnosti je da prima i šalje podatke

20)Prikazati arhitekturu inteligentnog senzora/aktuatora.

Pretvarač (Transducer) - Komponenta koja konvertuje energiju iz jednog domena u drugi.Kondicioner signala (Signal Conditions) - Ovo kolo priprema električni signal za konverziju u digitalni domen. A/D konverzija (A/D conversion) - Komponenta koja konverzuje analogni ulazni signal u digitalni izlaz (kod) koji predstavlja veličinu ulaznog signala.Aplikacioni algoritam - Aplikacioni nivo softvera ili hardvera čije funkcije uključuju konvertovanje podataka za korisničko specificiranje jedinica, procesiranje signala, analizu i obradu signala, nadgledanje alarmnih stanja, vreme pristupa i upisa u memoriji, izvršenje lokalnih kontrolnih petlji ili neke druge operacije bliske merenju.Memorija (Data storage) - Memorija za informaciju vezanu za konfiguraciju i identifikaciju senzora, podaci za kalibraciju i sve što je korisno da se memoriše unutar senzora.Korisnicki interfejs (User interface) - Standardizovana prezentacija obrađenih podataka prilagođena krajnjem korisniku na njegovom jeziku i terminologiji, i u specifičnim aplikacionim jedinicama.Komunikacija (Communication) - Neki interfejs ka komunikacionom medijumu za daljinski pristup senzoru za SETUP, kalibraciju, dijagnostiku, obradu podataka i generalni monitoring.

21)Koji su osnovni zahtevi koji bi senzor trebao da ispuni da bi ga mogli nazvati inteligentnim senzorom?•vrši kvalitetno procesiranje analognih signala koji reprezentuju merenu veličinu•pruži digitalnu prezentaciju analognog signala, odnosno obezbedi digitalni izlaz•komunicira preko dvosmerne digitalne magistrale•bude pristupačan preko posebne adrese•izvršava naredbe i logičke funkcijeTakođe, poželjno je da inteligentni senzor omogućava vršenje funkcija kao što su:•kompenzacija sekundarnih parametara•detekcija i sprečavanje kvarova•auto testiranje i auto-kalibracija•različite složene računske operacije•postojanje više senzora za različite ili iste veličine na zajedničkom supstratu

22)Faze razvoja inteligentnih senzora?OBJASNITI I2C MAGISTRALU ZA POVEZIVANJE SENZORA

Inter IC-Bus (I2C) je predstavljena kao standard za vezu umreženih integrisanih kola koja mogu ali ne moraju da sadrže senzore. Inter IC-Bus (I2C) je namenjen za aplikacije u sistemima koji povezuju mikrokontrolere i ostale periferne komponente bazirane na mikrokontroleru. Dve linije Serial Data i Serial Clock nose informacije između komponenata vezanih na magistralu. Serial Data linija je bi-dimenziona ali podatak može da ide samo u jednom smeru u određenom trenutku. Komponente na magistrali su definisane kao MASTER (glavna) i SLAVE (podređena). MASTER inicira transfer podataka na magistralu i generiše takt; on takođe generiše neke kontrolne signale koji se postavljaju na DATA liniju. SLAVE je kontrolisan od strane MASTER-a. SLAVE može da prima ili šalje podatke od toga kako mu naloži MASTER. Inter IC-Bus (I2C) magistrala podržava dva načina adresiranja: 7-bitno i 10-bitno adresiranje.Kontrolni signali koji dolaze od MASTER-a kao što su START, STOP itd. se kodiraju na DATA liniji što povećava zahtevanu složenost interfejsa hardvera.

OBJASNITI SPI MAGISTRALU ZA POVEZIVNJE SENZORA.Serijski periferni interfejs (SPI) je trolinijski serijski bas aplikacija sa 8-bitnim transferom podataka. Dve od tri linije služe za prenos podataka, a treća je takt. Dve linije za podatke su nedirektne i takt signal je generisan od strane MASTER-a. Linija dout prenosi podatke od MASTER-a (mikrokontrolera) do SLAVE-a (senzora), dok linija din prenosi podatke od SLAVE-a do MASTER-a. SPI magistrala koristi jednostavnu organizaciju preko SHIFT registara. Potrebna je posebna linija za dozvolu svakog čvora radi selekcije uređaja konektovanih na magistralu. Kako su selektorske linije generalno obezbeđene od strane MASTER-a (mikrokontrolera), ovo uvelikom ograničava broj senzorskih čvorova u sistemu. SPI magistrala ne omogućava novim senzorima lako dodavanje u sistem bez dodatnih ekstremnih interfejsa. SPI sistem inteligentnih senzora ne može biti modifikovan ili unapređen jednostavno dodavanjem ili uklanjanjem senzora na ili sa magistrale bez ikakvog uticaja na druga kola na magistrali.

23)Inteligentni merni modul. Adresibilni senzorski moduli predstavljaju elektronske uređaje realizovane u kompaktnom

kućištu na osnovu više integrisanih kola. Poseduju izolaciju električnog napajanja i digitalnog interfejsa. Lako se povezuju serijskim interfejsom i vrše samostalnu obradu merne informacije. Odvajanje senzora od ostatka mernog pretvarača, što je kod ovih modula zastupljeno, pruža mogućnost priključivanja više različitih senzora. Na osnovu fleksibilnosti, ovi moduli se mogu podeliti u dve kategorije. U prvu kategoriju spadaju moduli koji su specijalizovani prema ulazu, na primer modul za prihvat termosprega, dok u drugu kategoriju spadaju moduli sa više različitih ulaza i pobuda, čiji je cilj da se upotrebe za povezivanje sa što većim brojem različitih senzora. Kod nekih tipova senzorskih modula dopušteno je priključivanje više senzora istovremeno, što smanjuje broj potrebnih modula. Veća memorija i procesorska snaga od one implementirane u inteligentnim senzorima, omogućava složenije digitalne obrade za datu brzinu uzorkovanja, kao i kontrolu procesa.

Dati osnovne principe bezicnih senzorskih mreza.Bežične senzorske mreže kombinuju mikrosenzorsku tehnologiju, obradu signala malih snaga računanja i bežične mreže malih cena u jedan mali sistem. On obezbeđuje distribuiranu mrežu i Internet pristup senzorima i kontrolnim senzorima smeštenim duboko u okruženje ili postrojenje. Senzorski čvorovi su razmešteni preko interesnog područja i poseduju mogućnost RF-komunikacija signalnih procesa, i procesa komunikacionih protokola.Bežična senzorska mreža se razlikuje od konvencionalne. Mala veličina senzorskog čvora ograničava kapacitet baterije koja je potrebna da bi se svaka operacija efikasno obavila. Kod mreža tipa multi-hop, čvorovi ne mogu znati apriori optimalan put ka drugim čvorovima. Stoga, novi mrežni protokol je potreban za koordiniranje otkrivanja i praćenja puteva u mreži sa minimalnom potrošnjom snage.Takođe, i u bežičnim senzorskim mrežama, senzorski čvorovi će ostati uglavnom neaktivni za dug vremenski period, a zatim postati iznenadno aktivni kada se nešto detektuje ili se pojavi neki vremenski događaj.

Dati semu i objasniti neki primer inteligentnog senzora.Na slici je prikazan blok dijagram interfejs čipa jednog monolitnog inteligentnog senzoraDigitalizovani senzorski podatak je smešten u on- chip RAM-u. Off-chip PROM sadrži programski kod za procesor, informacije o merenim promenljivama, kompenzacionim tehnikama koje treba da se koriste sa podacima i kompenzacionim koeficijentima. Paralelno je postavljen interfejs pomoću procesorskog čipa i PROM-a tako da omogućava upotrebu komercijalnog PROM-a. Pojačavač je projektovan sa pojačanjem od 87 dB a sa zatvorenom petljom 20 dB. A/D konvertor sa kapacitivnim prekidačem ima vreme konverzije od 13.5 ps na 12 bita i sa frekvencijom od 8 MHz

24)Energetska priroda mernog pretvaraca.Kada se senzor nađe pod dejstvom fizičke veličine menjaju mu se jedan ili više parametara i samo u idealnom slučaju signal na izlazu je potpuno proporcionalan merenoj veličini. Signal na izlazu senzora pokazuje mnoge neželjene osobine kao što su ofset, drift, nelinearnost i dr. Pored dobrog poznavanja ponašanja senzora i mogućnosti izbora najboljeg za određeni merni sistem, potrebno je primeniti

savremene metode analogne i digitalne obrade signala kako bi se u što većoj meri umanjile nesavršenosti senzora. Jedna energetska forma se mora konvertovati u istu ili drugu energetsku formu sa tačno istim sadržajem informacija kao originalna energetska forma. Signal iz senzora je, po pravilu, niskog nivoa. To znači da je neophodno, pre nego što se pređe na konverziju i digitalnu obradu signala, izvršiti pojačanje signala u cilju obezbeđenja većeg dinamičkog opsega i rezolucije i većeg odnosa signal/šum. Nakon pojačanja signala iz senzora do potrebnog nivoa, može se preći na konverziju signala iz analognog u digitalni oblik. Dalja obrada i prenos signala obavljaju se u digitalnoj formi. Na izlazu senzora može se javiti naponski signal, strujni signal ili naelektrisanje. Ove veličine mogu biti jednog polariteta, bipolarne, promenljive ili u vidu impulsa. Korisna informacija može biti sadržana u amplitudi, učestanosti, fazi signala ili trajanju impulsa.

25)Merni pretvarač na bazi mosta.Slika prikazuje most sa otpornicima jednakih nominalnih vrednosti, ali jedan od njih (Ri) varira u zavisnosti od faktora (1+X), gde je X frakcionalna devijacija oko nule, kao funkcija (recimo) naprezanja.Osetljivost se može udvostručiti ako se mogu koristiti dva identična varijabilna elementa, npr. na pozijama R3 i R1, kao što je prikazano na sledećoj slici:

Dva otpornika u suprotnim granama povećavala bi se u istom odnosu za koji se druga dva smanjivala. Izlaz takvog mosta bio bi četiri puta veći od izlaza jednoelementskog mosta: štaviše, komplementarna priroda promene otpora rezultovala bi u linearnom izlazu.

Načini očitavanja izlaza mernog mosta..Operacioni pojačavač održava naponsku nulu preko mosta, struja nije na nuli. Spoljni otpori moraju biti pažljivo odabrani i uklopljeni da bi se maksimizirao CMR (common mode rejection); neki idealni slučaj po svemu jednak, kao što je prikazano na slici, teško je sprovesti u praksu.U zavisnosti od pojačanja nelinearnost može biti dva puta veća u odnosu na most.Najrasprostranjeniji oblik pojačavača za očitavanje izlaza mosta je instrumentacioni pojačavač. On predstavlja "commited gain block" i karakteriše se niskim driftom, visokim CMR, visokom ulaznom impedansom i sposobnošću održavanja određenih performansi za čitav raspon pojačanja, tipično od 1 do 100.Pojačanje predstavlja funkciju odnosa dva otpora, koji nemaju konektore strujnih kola zajedničke sa ulazima; pojačanje se može podesiti podešavanjem ili prebacivanjem odnosa otpora. Kada je X nula, izlaz bi trebalo da bude nula. Ako je pojačavač podešen na nuli izlaz će biti Vin=0; onda svaka greška u vezi sa Vin koja se javlja na izlazu poznata je kao "common-mode-voltage error"Prikazuje osnovnu konfiguraciju u kojoj izolacioni pojačavač obezbeđuje očitavanje za most. DC energija se konvertuje u visoko frekventnu AC i spreže preko izolacine barijere za ulaznu deonicu, gde se AC koriguje da obezbedi energiju za ulaznu fazu i za eksterno izolovanu mrežu.

26)Mostovski pojačavač..Potreba za ovakvim pojačanjem nastaje iz činjenice da se uobičajeni otpornički most ponaša kao nelinearno kolo za slučaj velikih iznosa neravnoteže mosta. Zato je bilo potrebno koristiti konfiguraciju sa linearnim izlazom za promenu nominalne otpornosti senzora koja prelazi vrednost od 100%.

senzorski otpornik postavljen je u granu povratne sprege pojačavača, a R1 je najčešće trimer. Uslov za ravnotežu mosta je

R1R3=R2R4

Izlazni napon pojačavača je Vo=Vi* R 1 R 3−R 2 R 4R 3(R 1−R 2)

R1=R2=R3=Ro, i R4=Ro±dR onda se izlazni napon dobija kao linearna zavisnost od devijacije otpornosti dR:Vo = ±Vi dR / 2ROva konfiguracija se naziva kvazimostom jer se može prikazati na sledećoj slici, prilagođeno konvencionalnom načinu prikazivanja mernih mostova. Nedostatak ove konfiguracije je da senzor nije nijednim krajem na masi i što se kroz senzor ne može propustiti relativno veća struja, veća od struje pojačavača.

27)Izvori grešaka kod senzora…Izvori grešaka senzora u realnom okruženju mogu se videti na sledećoj slici. Vidimo da greške postoje u samom senzoru, zatim imamo spoljašnje smetnje usled uticaja okoline, imamo smetnje pri prenosu energije (signala) od procesa do senzora i pri prenosu signala od senzora do mesta obrade podataka.

28.Tok signala u kompjuterski baziranom memom sistemu.

Slot u kompjuteru kao delu mernog sistema zahteva kolo koje pojačava snagu signala i postavlja nivo signala u radni opseg jednog ADC. Analogna kola koja obavljaju takve funkcije su kondicioneri, proizvedeni u dve grupe. Prva grupa sadrži analogno - analogne konvertore - struje u napon, napon u napon, i napon u struju, sa različitim opsezima ulaznog signala. Druga grupa sadrži kola koja rade sa senzorima fizičkih veličina sa definisanim parametrima i mernim opegom. Kola koja rade sa termoparovima i Pt100 otpornim temperaturnim senzorima obrazuju najbrojniju grupu između njih. Za senzore kao što su termoparovi i strain gauges, kondicioniranje signala je veoma važno.U industrijskim kompjuterski baziranim mernim sistemima, kondicioneri su smešteni između senzora i plug-in DAQ board, ili između senzora i digitalnog instrumenta. Koje osobine ima idealan operacioni pojačavač i kako se definiše faktor potiskivanja zajedničkog signala (CMRR)? Idealan je onaj operacioni pojačavač koji ima beskonačno naponsko pojačanje, beskonačno širok propusni opseg, beskonačnu ulaznu impedansu i izlaznu impedansu jednaku nuli. Ali, kao što ćemo videti, idealni operacioni pojačavač ne postoji.Ofset napona, ulazna bazna struja, faktor potiskivanja srednje vrednosti i specifikacije šuma ukazuju kako se realni operacioni pojačavač razlikuje od idealnog.

29. Tipovi memih pojacavaca. (navesti i objasniti bar tri kola) (slika 4.3.7-18)Komparator Komparator je kolo koje prihvata dva ulazna napona i pokazuje koji je napon veći. To je najjednostavnije kolo operacionog pojačavača. Sve što je potrebno da se napravi komparator je operacioni pojačavač u otvorenoj konfiguraciji bez povratne sprege ili ulaznih otpornika. Jedinični naponski pojačavač Jedinični naponski pojačavač (naponski ponavljač) je još jedna primena operacionog pojačavača. Izlazni napon je jednak ulaznom naponu.

CMRR=20 logAdif

Acm

Sada bi logično pitanje bilo: Ako napon nije promenjen zašto se ovo kolo koristi? Odgovor je: Iako napon ostaje isti impedansa se menja.

Invertujući pojačavač Invertujući pojačavač menja znak i nivo ulaznog signala. On može da poveća, smanji ili ne promeni veličinu signala. Invertovanje zahteva da napon na neinvertujućem ulazu bude nula volti. Pojačanje invertujućeg pojačavača jednako je odnosu otpornosti vezane između invertujućeg ulaza i izlaznog priključka i otpornosti vezane između ulaznog signala i invertujućeg ulaza.

30. Diferencijalni pojacavac. (slika 4.3.19)Diferencijalni pojačavač je kolo koje pojačava razliku dva signala na ulazu (dva napona) pri čemu ni jedan od njih nije jednak nuli. On pojačava razliku tako da eliminiše sve zajedničke signale superponirane malom korisnom signalu.

31. Instrumentacioni pojacavac. (slika 4.3.23)Instrumentacioni pojačavač (IP) je u suštini precizni diferencijalni pojačavač koji se koristi kada je teško odrediti signal. Njegove osnovne karakteristike su:

1. Velika ulazna impedansa - minimizira ulaznu struju (sa ulaznih priključaka) tako da se smanjuje samozagrevanje pojačavača,

2. Mala struja curenja, 3. Veliko potiskivanje srednje vrednosti signala (zajedničkog moda), 4. Izbalansirani (simetrični) diferencijalni ulazi, 5. Stabilne dobre karakreristike, 6. Pojačanje određeno izborom spoljašnje otpornosti (od strane korisnika), parom otpornika ili

povezivanje sa pinom (unutrašnje) i 7. Nesimetrični izlaz.

Ovde smo dobili sve ono što nam je potrebno: veliko Zul, mogućnost podešavanja pojačanja kao i to da je opterećenje rednim krajem vezano na masu. Ovakav pojačavač se izrađuje u integrisanoj tehnici i označava se kao na slici 4.3.24.

32.Izolacioni pojacavac. (slika 4.3.27)Osnovna funkcionalna šema izolacionog pojačavača prikazana je na slici 4.3.27.

Izlazni signal iz operacionog pojačavača A je modulisan, prenet preko izolacione barijere izoliranim kolom za spregu, a zatim demodulisan i doveden na izlaz sa novom potencijalnom referencom (uzemljenjem). Računske operacije nad ulaznim signalom izvršene su na ulaznoj strani. Iako je kolo za spregu izvedeno kao transformator, mogu se primeniti i druge sprege, na primer, optoizolatorska, kao i druge komponente: fotootpornici, magnetootpornici, Holovi elementi, kola za termalnu spregu i sl.

33. Transformatorski tip izolacionog pojacavaca. (slika 4.3.29)Transformatorski izolacioni pojačavači su specijalno konstruisani pojačavači kod kojih ne postoji galvanska veza ulaza sa izlazom, ni sa izvorom za napajanje, pa se ta veza ostvaruje elektromagnetnom spregom. U tu svrhu se koriste visokofrekventni transformatori, koji su malih dimenzija, što smanjuje parazitne kapacitivnosti između primarnog i sekundarnog namotaja, a time i kapacitivnu spregu. Zbog vrlo velike impedanse između ulaza pojačavača i mase, tim se pojačavačem mogu ostvariti faktori potiskivanja reda čak 160 dB za signal mreže od 50 Hz, a zbog male kapacitivnosti i vodljivosti između ulaznih priključaka i zemlje, teku male struje, reda mA, kada se između ulaznih priključnica i zemlje priključi napon od 220V frekvencije 50 Hz. To je vrlo važno za primenu ovih pojačavača u elektromedicinskim uređajima. Vrlo dobra izolacija između ulaznih i izlaznih krajeva, a takođe prema zemlji omogućava ovom pojačavaču da izdrži napon 4 KVef ili u impulsima do 8KV. Oni se obično prave kao hibridna kola tj. imaju i diskretne i integrisane komponente. Ulazni signal se pojačava u instrumentacionom pojačavaču i tako pojačani napon fazno moduliše signal visoke frekvencije (100 KHz), dobijen iz osnovnog oscilatora koji osciluje na svojoj radnoj frekvenciji od 100 KHz. Modulisani signal prenosi se elektromagnetskom spregom preko izolacione barijere u izlazni deo izolacionog pojačavača

do faznog demodulatora koji za demodulaciju koristi signal osnovnog oscilatora kao referencu. Posle demodulacije se viši harmonici nastali u ovom procesu filtriraju u nisko frekventnom filtru. Kod nekih izvođenja ostavljene su mogućnosti promena komponenata filtra preko spoljašnjih priključaka radi podešavanja propusnog opsega izolacionog pojačavača. Izlazni signal se dobija preko izlaznog pojačavača, čime se ostavlja mogućnost podešavanja izlaznog nivoa i impedanse. Napajanje pojačavača, modulatora i demodulatora vrši se ispravljenim naponom oscilatora na ulaznoj i izlaznoj strani izolacionog pojačavača, metodom DC/DC konverzije. Transformator T1 je feritni (ima male dimenzije) i služi za izolaciju korisnog signala, dok transformator T2 služi za izolaciju napajanja.

34. Optoelektronski izolacioni pojacavac. (slika 4.3.31)Optoelektronski izolacioni pojačavači spregu između ulaza i izlaza ostvaruju optičkim putem. Osnovni deo opto-kapler nalazi se u staklenom kućištu. Ulazni pojačavač najčešće pobuđuje svetleću diodu (LED), koja promene napona, odnosno struje, pretvara u promenu svetlosti. Svetlost se prenosi kroz izolacionu barijeru do fototranzistora, gde se promene intenziteta svetlosti pretvaraju u odgovarajuće promene struje, odnosno napona

Tehnika digitalne konverzije Izoliranje izvora analognih signala može se izvršiti i postupkom analogno/digitalne konverzije signala, prenosom digitalnog signala preko optoizolatora, a zatim rekonstrukcijom početnog signala preko digitalno/analogne konverzije. Digitalni signal se prenosi preko optoizolatora u paralelnom ili serijskom

formatu, što zavisi od načina A/D konverzije. Ukoliko je signal dat kao paralelni, prevodi se u serijski pomoću pomeračkog registra i velikom brzinom prenosi kroz optoizolator. Ovakav postupak je ekonomičan, pogotovu kod višekanalnih mernih sistema, kada se signali multiplekserom dovode na jedan A/D konvertor i jedan izolacioni stepen. -Tehnika impulsno-sirinske modulacije kod optoelektronskog izolacionog pojacavaca. (slika 4.3.32)Na slici 4.3.32 prikazana je metoda impulsno-širinske modulacije koja se koristi pri optoelektronskoj izolaciji izvora analognog signala. Oscilator radi na stabilnoj frekvenciji f0, koja je taktna frekvencija za

kolo monostabilnog multivibratora. Širina impulsa multivibratora moduliše se promenom njegove vremenske konstante t ulaznim naponom u1 prema relaciji t=k∗u1, gde je k-odgovarajuća konstanta.

Digitalni signal se jednostavno prenosi preko optoizolatora, a zatim se integracijom i filtriranjem viših harmonika rekonstruiše originalni ulazni signal, kao što se vidi na dijagramu talasnih oblika napona u pojedinim tačkama kola.

35. Koji su nacini spajanja memih pretvaraca sa prijemnikom signala

36.Objasniti princip dvozicne veze mernog pretvaraca. (slika 5.4)Na slici 5.4. data je dvožicna veza izmedju mer nog pretvaraca i prijemnika, koji cine serijsku vezu.Ova varijanta spajanja omogucuje upotrebu sigur nosnih barijera tj. zaštitu (intrinsic safety). Struja napajanja je modulisana korisnim signalom. Zener dioda je predstavnik bloka za napajanje unutar transmitera. Opseg je uvek 4-20mA.

37. Tipovi izvora snage unutar dvozicnog transmitera. (slika 5.7 i 5.8)Za rad dvoži_nog transmitera potreban je unutar transmitera dodatni izvor snage koji svoju energiju crpi iz izvora napajanja EN preko prenosnih vodova. Izvor snage mora imati konstantnu strujnu karakteristiku, ako se radi o paralelnom izvoru snage, slika 5.7., i konstantnu naponsku karakteristiku ako se radi o serijskom izvoru snage, slika 5.8.

Na slici 5.7. I1 predstavlja mirnu struju koja snabdeva energijom paralelni izvor snage i ova strujaje konstantna u svakom trenutku, inace bi njena promena direktno uticala na velicinu struje I0. Struja I2 prakticno se menja u direktnoj zavisnosti od procesnog parametra. U slucaju serijskog izvora snage za njegov rad potrebno je da struja I0 pri donjoj vrednosti dinamickog opsega procesnog parametra ili njegovoj nultoj vrednosti bude konstantna i manja od 4mA u svakom trenutku. Buduci da VT i I0variraju sa izmenom procesnog parametra, izvori snage moraju biti u stanju da rade sa minimalnim naponom i minimalnom strujom. Medjutim, obzirom na donju vrednost izlaznog signala nosioca informacije, izlazna snaga izvora snage ne može biti veca od

gde su: IA struja, VA napon praga izlaznog pojacavaca,Imax - maksimalna vrednost struje I0, nosioca informacije,R0 = RV1 + RV2 + RL38. Blok sema digitalnog dvozicnog transmitera. (slika 5.9)Korišcenje digitalnog transmitera u sistemima automatskog upravljanja, uticaj šumova naprenosnu liniju može prakti_co biti eliminisan upotrebom optoizolacije na nivou digitalnog signala koji se prenosi. Naponski signal iz dava_a nakon što se poja_a u poja_ava_u dovodi se u A/D konvertor cime se pretvara u digitalni signal. Ovakav digitalni signal putem univerzalnog asinhronog prijemnika-otpremnika (UART), pretvara se u serijski podatak koji se kao niz bita prenosi prenosnom linijom.Komparator rekonstruiše binar ne podatke koji cine prenosni podatak. UART vrši konverziju serijskog u digitalni podatak.