איסוף נתונים מדויק הוא הבסיס של גילוי מדעי אמין.מעבדות מחקר על פני דיסציפלינות מסתמכות על אותות נמדדים במדויק מחיישנים, טרנספורצים ומנגנון ניסיוני.עם זאת, אותות חיישן גולמי הם לעתים קרובות חלשים, רועשים, או לא עולים בקנה אחד עם מערכות רכישת נתונים.תתתתת אותות ניתן לתכנת את האתגרים הללו על ידי ניקוי, הגדלת וסטנדרט אותות לפני שהם מגיעים ל-Creitizer.

מה הם יחידות של שינוי אותות?

יחידת מיזוג אות ניתנת לתוכנה היא מודול אלקטרוני המאמת אות קלט מ חיישן או כלי כדי להפוך אותו מתאים לעיבוד נוסף, להקליט, או ניתוח. מותני אות מסורתיים להשתמש הגדרות חומרה קבועות (למשל, רמת רווח יחיד או סינון יחידות תוכנית ניתוק), על ידי ניגוד, תצורה פרמטרים בקושחה או תוכנה שניתן לשנות מרחוק או באופן מקומי ללא rewireative Program.

מצבים טיפוסיים של תכנות מגיעים כמו מערכות מבוססות מודולריות (כמו אלה מ-FLT:0) מכשירים לאומיים של מכשירים לאומיים (FLT:1) או כלי עמידה עם Ethernet, USB או ממשקים אלחוטיים.הם תומכים בערוצי קלט מרובים, לעתים קרובות עם דגימה בו זמנית, וניתן לסונכרן על פני מערכות גדולות.

פונקציות של Signal Conditioning

הבנת פונקציות הליבה מסייעת לחוקרים לבחור את היחידה המתאימה לתוכנה ולהגדיר אותה כראוי.כאן הפעולות העיקריות המבוצעות על ידי מכשירים אלה.

Amplification

חיישנים רבים מייצרים אותות מטבול או מיקרו-וולטים ברמה גבוהה. amplifier מגביר את האותות האלה למגוון מתח כי ממיר אנלוגי-לדיגיטלי (ADC) יכול לדיגיטליזציה עם רזולוציה גבוהה.רווח הניתן לתוכנה מאפשר את אותה חומרה לעבוד עם זנים (פלט נמוך) ותרמוסקופים (תתתתת מתון) ללא שינוי.

סינון

רעש מקווי חשמל, הפרעה אלקטרומגנטית ורטטים מכניים יכולים לטשטש נתונים.פילטרים הניתנים לתוכנה - פאס נמוך באופן חד-צדדי, פאס-פאס גבוה, או לא-ch - ישארו תדרים לא רצויים. לדוגמה, מסנן נוטריש 60 סנטימטר מבטל את תדירות הקו, בעוד שפילטר נגד- off-pass נמוך מונע רעש גבוה מתקפל לתוך רוחב הפס.

בידוד

לולאות קרקעיות הן מקור משותף של טעות מדידה. Isolation משתמשת בטרנספורמציה או נופי זוג כדי לשבור המשכיות חשמלית בין קלט ופלט, למנוע זרמים קרקעיים מסימנים מעוותים.יחידות ניתנות למתן אפשרות של תוכנית יכולים להציע בידוד שונה להתנצלות (ערוץ אל ערוצים, ערוץ אל הקרקע, או שניהם) ניתוק באמצעות תוכנה. Isolation גם מגן על ציוד רגיש מפני ספייקטים.

תגית

חיישנים התנגדות רבים (מדדי אימון, RTDs, המrmistors) דורשים מתח צוטט יציב או נוכחי. מקורות ציטוט הניתנים לתוכנה מאפשרים לחוק לקבוע את הרמה המדויקת הנדרשת, וכמה יחידות כוללות קווי תחושה לפצות על התנגדות מוביל-חוט.היכולת להחליף את הציטוט על /off ולהתאים אותו באופן דינמי מפחית חידת חיישן עצמי ומרחיב את חיי החיישן.

קוריזציה והנדסת יחידה Conversion

ה-RTDs, וחיישנים אחרים יש מערכות יחסים לא לינאריות לטמפרטורה.מצבים מודרניים יכולים ליישם עקומות לינאריזציה בנויות (למשל, T ITS-90 פולינומיס) ולהמיר מתחים גולמיים ישירות לתוך יחידות הנדסה כמו ° C, psi, או microtrains.

גשר ו Balancing

עבור מדידות זנים באמצעות תצורות גשר של ויטסטון, יחידות תכנות יכולות להשלים רבעון, חצי או מלא גשר מעגלים בתוך פנים.הם מציעים גם איזון מרחוק ו calibration, כל נשלט באמצעות תוכנה, לחסוך זמן התקנה ניכר.

מדוע חשוב לתכנן מחקרים

מצבי תפקוד קבועים לנעול את החוקרים לתצורה אחת. בסביבת מעבדה דינמית שבה שבוע אחד כרוך בטמפרטורות מהירות גבוהה פרופיל הטמפרטורה ואת הבא כרוך ניטור רטט מבני נמוך קידוד, שחזור חומרה הוא יקר וזמני.תוכנית היא מציעה יתרונות מפתח.

גמישות בניסוי

עם יחידות ניתנות להגדרה, מודול יחיד יכול לשרת תפקידים מרובים.לדוגמה, אותו מצב שמונה ערוצים ניתן להגדיר עבור קלטות thermocouple עם פיצוי צו קר ו 1 Hz נמוך מסנן החודש, ולאחר מכן עבור קלטות accelerometer עם 10 kHz רוחב פס IEPE בחודש הבא.זה מבטל את הצורך לרכוש מסורים עבור כל סוג.

הפרדה מרחוק ואוטומציה

חוקרים יכולים לשנות הגדרות על Ethernet או USB מבלי להיכנס למעבדה - יקר כאשר הניסויים לרוץ בסביבות מסוכנות או לילה.אינטגרציה עם Labview, Python, או MATLAB מאפשרת רצף אוטומטי: להתחיל עם רווח גבוה לאתר אות, ולאחר מכן להפחית את הרווח וליישם מסנן ברגע שהטווח ידוע.

הסתגלות בזמן אמת

במהלך ניסוי, תנאים עשויים לסחף.יחידות ניתנות להפעלה מאפשרות למפעילים לדרגים tweak על זבוב.לדוגמה, אם חיישן טמפרטורה מתחיל לנסחף עקב שינויים מסובכים, החוקר יכול להתאים את ההתחלה בזמן שהניסוי ממשיך.

שינויים מפוכחים וחידוש

תצורה מוגדרת תוכנה מקלה לשכפל הגדרות מדידה מדויקות על פני מעבדות מרובות או לאורך זמן.קובץ תצורה ניתן להציל, משותף, reloaded, להבטיח כי מחקר שנערך באוניברסיטה אחת ניתן לשכפל בדיוק באחר.זה משפר את הכדאיות, אבן הפינה של יושרה מדעית.

יתרונות מרכזיים בסביבת המחקר

הרחבה ברשימה המקורית, הנה היתרונות המפורטים שיחידות מיזוג אותות ניתנות להצגת מעבדה.

חידושים וחידושים

על ידי שילוב של הדגימה, סינון, בידוד, מצבי תוכנה לייצר אות נקי, גבוה דגימה כי ממקסימה את ההחלטה היעילה של ADCs. Signal-to-noise שיפור יחס של 20 dB או יותר הם נפוצים.היכולת להסיר מקורות רעש ספציפיים (למשל, 50Hz ראשי ציוד אירופי) באמצעות פילטרים שאינם ניתנים לתוכנה, פירושה שחוקרים יכולים להתאים את עצמם לתנאי חומרה מקומיים ללא שינויים בחומרה.

עלויות-אווירה באמצעות קונסולה

במקום לקנות תנאים נפרדים עבור כל סוג חיישן, יחידה אחת יכולה להתמודד עם רבים.מערכת מודולרית טיפוסית של שמונה ערוצים ניתן להגדיר כשמונה סוגים שונים של חיישן בו זמנית, החלפת מספר תיבות קבועות.זה מקטין את עלויות ההון, שטח מקרר, מורכבות קנונית רבים מציעים תמחור לכל ערוצים כי קנה מידה, כך מעבדות להתחיל קטן ולהרחיב ככל הנדרש.

אוטומציה וכלכלה

אינטגרציה עם פלטפורמות רכישת נתונים מאפשרת כניסה אוטומטית של נתונים, מעוררי אזעקה וניתוח בזמן אמת.לדוגמה, בדיקות עייפות מעקב במעבדה על חומרים יכול לתכנן את הממצב כדי להגדיל את קצב הדגימה כאשר מתח חוצה סף.זה מקטין פיקוח ידני ומבטיח כי אין נתונים קריטיים מפספסים.

אחריות ויציבות ארוכת טווח

יחידות ניתנות לחיזוי כוללות לעתים קרובות אבחון עצמי, אזכורים להורדת רכב, ותגמול טמפרטורה. תכונות אלה לשמור על דיוק לאורך זמן ועל פני שינויים בטמפרטורה.יחידות רבות לעמוד בתקן ISO 9001 ו-IEC 17025, אשר חיוניים עבור מעבדות המבקשים הסמכה.

מעקב בזמן אמת ובקרה הסתגלות

עם ממשקי תקשורת מהירים, החוקרים יכולים להציג אותות מותנים בזמן אמת במחשב או במכשיר נייד.אם האות סורק באופן בלתי צפוי או יוצא מטווח, התוכנה יכולה להתאים באופן אוטומטי רווח או להזהיר את המפעיל.זה שימושי במיוחד עבור ניסויים לא מצופה.

יישומים במעבדות מחקר

מצבי אות ניתנים לתוכנתים נמצאים בכל תחום כמעט בכל משמעת מדעית.כאן הם יישומים מייצגים.

מחקר ביו-רפואי

באלקטרופיזיולוגיה, אותות מאלקטרוקרדיולוגרמות (ECG), אלקטרומיולוגרמות (EMG), ואלקטרונספאולוגרם (EEG) הם מאוד נמוך amplitude (מיקרווולטים) ו מזוהמים מאוד על ידי פריטים תנועה ו 50/60 הרץ , מצבי הרץ מספקים מוגברים של הדגימה, סינון קבוצתי, ולא כוללים גם פרוטוקולים מהירים לאבחון של תרופות.

חומרים מדע ומבחן סטריקט

מדידת תאים סטרין עומס ועומס נפוצים במעבדה לבדיקות מכניות.מצבים הניתנים לתוכנת מציעים השלמת גשר, קלמנט מרוחק של גילוח, וציטוט מדויק.עבור בדיקות עייפות במשך שבועות, סחף ארוך טווח מצטמצם על ידי פונקציות אפס אוטומטי ופרטים פנימיים מערוצים מרובים ניתן לסנכרן לניתוח מודולאלי.

פיקוח סביבתי

תחנות מזג אוויר ומתקנים סביבתיים משתמשים thermocouples, חיישני לחות, מטבוליזם לחץ ברומטרי, ו pyranometers. a אחד תוכנית אחד יכול לטפל כל סוגי החיישן האלה על ידי מתן ציטוטים מתאימים, לינאריזציה, וסינון. מדידות קרינה השמש ליהנות מרווחים שניתן לתכנת כדי להתאים את טווח דינמי רחב של אור יום לעומת תנאים overcast.

ניסויי פיזיקה ו-Particle

בפיזיקה באנרגיה גבוהה, צינורות פוטו-מולטי (PMTs) לייצר דופק מהיר, נמוך טעינה הדורשת הגדלת רגישות אחראית ועיצוב.מצבים מיוחדים המיועדים לעיבוד הדופק יכולים להתמודד עם אותות אלה עם עיצוב זמן ושיקום בסיס מותאמים. חלק יחידות משתלבות עם מערכות טריגר כדי ללכוד אירועים נדירים.

מחקר כימי ומעבד

חיישנים התנהגותיים וגלאי גז לעתים קרובות יש פלטים גבוהים הדורשים הדבקה.מצבים הניתנים להתאמה עם אימפולסי קלט גבוהים מאוד (10ראהFLT:012FLT:1 או יותר) לשמור את האות ללא טעינת החיישן.

שילוב עם מערכות רכישה

הערך של מצבי אותות מעודכנים הוא הבין במלואו כאשר משולב במערכת מקיפה של רכישת נתונים (DAQ). רוב המסוכנים המודרניים מתקשרים באמצעות פרוטוקולים סטנדרטיים (Ethernet, USB, PXI, או אוטובוסים מהירים קנייניים) ומציעים מנהלי תוכנה עבור Labview, Python, C++ ו MATLAB. זה מאפשר לחוקרים לבנות יישומים מותאם אישית ללא תכנות נמוך.

תמיכה בתוכנה

יצרנים מובילים מספקים ספריות נרחבות וקוד לדוגמה.לדוגמה, ההרחבה:0.000 NI מודולים של ההרחבה האותות של ההרחבה: N-DAQmx אשר מטפלים בתצורה, קלמנטציה וסטרימינג. מסגרות קוד פתוח כמו PyDAQmx או LJM (עבור התקנים של LabJack) תומכים גם ביחידות תכנות רבות.

Synchronization and Large-Scale Systems

בניסויים גדולים (למשל, מנהרות רוח או מתקני מאיץ), מאות ערוצים חייבים להיות מדגימים בו זמנית.מצבים הניתנים לתוכנה עם PXI או cRIO יוצרים גורמים התומכים בתזמון מכריע וטריגרים.הם יכולים להיות מסונכרנים באמצעות שעונים אחוריים או פרוטוקול זמן של IEEE 1588 ל- nanothers.זה מאפשר ניתוח משותף של תופעות מרובות ערוצים.

אינטגרציה וענן

מצבים רבים להטביע יכולות של אחסון נתונים, אחסון נתונים גולמיים או מותנים על כרטיסי SD או הזרמת אותו לפלטפורמות ענן. החוקרים יכולים לגשת לניסויים מתמשכים מרחוק, להציב סף לאזהרות, ולהוריד נתונים לתהליכים שלאחר עיבוד.זהו בוון למחקרים ארוכי טווח שבהם נוכחות פיזית אינה מעשית.

הפרקטיקה הטובה ביותר ליישום

כדי למקסם את היתרונות של התניית אות תכנות, החוקרים צריכים לעקוב אחר הנחיות מבוססות.

עקבו אחרי Sensor and Exציטוט

ודא שהמדן תומך בסוג החיישן (למשל, מתח, זרם, התנגדות, תשלום) השתמש בציטוט הנכון (מתח מתמשך למדדים, זרם קבוע עבור RTDs). יחידות ניתנות לאוטומט יכולות לבודד כמה סוגי חיישן, אך אימות ידני הוא רצוי.

ריצוף ומגן

גם עם בידוד, חיווט גרוע יכול להציג רעש.שימוש מחוספס כבלים מעוותים-pair.חבר את המגן לקרקע בקצה אחד רק כדי להימנע הלולאות קרקעיות.עקוב אחר ההמלצות של היצרן עבור אדמה מעומקת של ה-Asassis.

המונחים: Verification

באופן קבוע calibrate את המצב באמצעות הפניות פנימיות או סטנדרטים חיצוניים.רוב יחידות תוכנה לתמוך calibration מבוסס תוכנה שניתן לבצע על לוח הזמנים.תאריך קביעת מסמך ותוצאות כחלק מתהליכי איכות במעבדה.

לבדוק את הקונפדרציה לפני הניסויים

תמיד להפעיל אות מבחן (למשל, מתח ידוע מ calibrator) דרך הערוץ המותנה כדי לאמת רווח, מהפך וסינון הגדרות.חסוך את קובץ התצורה כך שניתן לטעון מחדש אם ההגדרות משתנות בטעות.

המונחים: Galvanic Isolation

בסביבות עם מתחים גבוהים או טראנסים (למשל, כונן מוטורי, מקורות פלזמה), משתמשים בהפרעות עם בידוד גליוני דורג עבור המתח הצפוי.יחידות רבות ניתנות לאימון מציעות בידוד עד 1000 V או יותר.

מגמות עתידיות ב- Programmable Signal Conditioning

ככל שהמחקר דורש לצמוח, טכנולוגיית התניה של אותות ממשיכה להתפתח.שלוש מגמות הן בולטות במיוחד.

המונחים: AI-Enhanced Signal Conditioning

אלגוריתמי למידת מכונות יכולים לנתח את המאפיינים האות בזמן אמת ולהתאים באופן אוטומטי פרמטרים מסנן, רווח, ואפילו חיישן צוטט כדי לשמור על איכות האות אופטימלית. כמה תנאים מודרניים לשלב DSPs אשר מפעילים רשתות עצביות עבור סינון מותאם.זה מפחית את הצורך עבור tweaking ידני ויכול לטפל רעש לא-stationary.

אינטגרציה Wireless ו-IoT

תנאים אלחוטיים בעלי כוח נמוך מתעוררים עבור רגישה מרחוק או מבוזר (למשל, ניטור בריאות מבני של גשרים) הם משתמשים ב-Wi-Fi, Bluetooth, או LoRaWAN להעביר נתונים מותנים למרכז.תוכנית נשארת חיונית מכיוון שאותו מכשיר יכול להיות מופעל מחדש עבור סוגים שונים של חיישן ללא גישה פיזית.

מיניטור ו Embedding

מערכת-on-module (SoM) עיצובים ערכת אותות ערכת איתות מיזוג, ADC, עיבוד על לוח זעיר יחיד.יחידות אלה משמשים במכשירים ביו-רפואיים מושתלים, חיישנים בעלי ערך רחפנים וכלי שדה ניידים.תוכנית באמצעות ממשק סידורי פשוט מאפשר התאמות הרגע האחרון.

מסקנה

יחידות מיזוג אותות ניתנות לתוכנה הפכו לכלים חיוניים במעבדות מחקר, המספקות איכות נתונים מעולה, גמישות ויעילות עלות. על ידי שילוב של הדגימה, סינון, בידוד, הישיבות, לינאריזציה בחבילה מבוססת תוכנה, הם מעצימים מדענים להסתגל לניסויים מגוונים ללא החלפת אותות.כאשר משולבים עם מערכות DAQ מודרניות, הם מאפשרים אוטומציה, ניטור מרחוק, שיפור והתאמה מחדש של AI, קישוריות אלחוטית, ומעט יותר, , אינטגרציה יעילה יותר, היא יעילה יותר, אפילו אינטגרטיבית, אוטומציה יעילה יותר, אוטומציה יעילה יותר, אינטגרטיבית, אינטגרטיבית, היא יעילה יותר, אינטגרטיבית, אינטגרטיבית, היא יעילה יותר, היא יעילה יותר, , אינטגרטיבית, מדידה יעילה יותר, אינטגרטיבית, אינטגרטיבית, מדידה יעילה יותר , , אינטגרטיבית, עם ביצועים יעילה יותר אינטגרטיבית, , , אינטגרטיבית, אינטגרטיבית, עם ביצועים יעילה יותר אינטגרטיבית, אינטגרטיבית, אינטגרטיבית, אינטגרטיבית, עם מערכות DAQ יעילה יותר אינטגרטיבית, אינטגרטיבית, אינטגרטיבית, אינטגרטיבי