עבור חיישני חוטים 3-, תצורת תדר הדגימה חייבת להיות מרוכזת במשפט הדגימה של Nyquist, תוך שימוש באסטרטגיה כפולה של "התאמת תדרים פלוס סינון נגד-כינוי" כדי למנוע כינוי. דרישת המפתח היא שתדר הדגימה חייב להיות גדול מפי שניים מהתדר הגבוה ביותר הקיים באות, ויש לשלב זאת עם-מסנן מקדים כדי לדכא הפרעות בתדר גבוה.
I. עקרונות ליבה למניעת כינוי
משפט הדגימה של ניקוויסט
כדי לשחזר אות ללא עיוות, תדר הדגימה ($f_s$) חייב לעמוד בתנאי הבא: $f_s > 2 \\times f_{max}$.
כאן, $f_{max}$ מייצג את התדר האפקטיבי הגבוה ביותר של האות הנמדד. אם תנאי זה לא מתקיים, רכיבי תדר- גבוהים "יקפלו חזרה" לאזור התדר- הנמוך, וכתוצאה מכך עיוות כינוי.
מרווח בטיחות הנדסי
ביישומים מעשיים, תדירות הדגימה מוגדרת בדרך כלל ל-*5 עד 10 פעמים* $f_{max}$ כדי לשפר את נאמנות צורות הגל-פרקטיקה חשובה במיוחד עבור אותות סינוסואידיים או מחזוריים מורכבים.
סינון נגד-כינוי
מסנן -נמוך מותקן לפני הממיר האנלוגי-ל-דיגיטלי (ADC), הכולל תדירות חיתוך מעט מתחת . מסנן זה מחליש את האותות החורגים מפס תדר זה, ובכך מונע מהם לדמם לתוך רוחב הפס של הניתוח. זה מהווה שלב הכרחי במערכות-בדיוק גבוה, כגון אלו המשמשות לניתוח רעידות או רכישת שמע.
II. הגדרת תדרי דגימה בהתבסס על סוג חיישן (מדריך מעשי למניעת כינוי)
|
סוג חיישן |
תדר אות מקסימלי (fmax) |
תדירות דגימה מומלצת (fs) |
כינוי אמצעים להפחתה |
|
PT100/PT1000 RTD |
פחות או שווה ל-0.1 הרץ (טמפרטורה משתנה באיטיות) |
1-10 הרץ |
דגימת-תדירות גבוהה אינה נחוצה; השתמש בסינון ממוצע נע כדי להפחית רעש. |
|
3-חיישן מהירות השפעת חוט |
50 הרץ (מקביל ל-3000 סל"ד) |
גדול או שווה ל-250 הרץ (מומלץ 500 הרץ) |
הגדר את קצב הדגימה לפחות פי 5 מתדר האות כדי להבטיח קצוות דופק ברורים. |
|
חיישן רטט 3 חוטים (מד תאוצה) |
2 קילו-הרץ (רטט מכאני אופייני) |
גדול או שווה ל-10 קילו-הרץ (מומלץ 20 קילו-הרץ) |
יש להתקין מסנן נגד -aliasing, כאשר תדר החיתוך מוגדר בין 4.5 ל-4.8 קילו-הרץ. |
|
משדר לחץ תלת-חוטי (4-20 mA) |
10 הרץ (תנודות דינמיות) |
50–100 הרץ |
השתמש במסנן RC -נמוך כדי למנוע הפרעות מהרמוניות של ספק הכוח. |
נקודות מפתח:
עבור אותות המשתנים לאט (למשל, טמפרטורה), קצב דגימה גבוה מדי לא מספק שום תועלת ובמקום זאת מגביר את יתירות הנתונים ואת הרעש.
עבור אותות-תדרים גבוהים (למשל, רטט), יש להגדיר בו-זמנית מסנן נגד-כינוי; אחרת, פשוט הגדלת קצב הדגימה עלולה עדיין להכניס עיוות אות.
III. המלצות תצורה ברמת מערכת-
אימות סיכוני כינוי במהלך שלב הכיול
השתמש באוסילוסקופ או בכרטיס רכישת נתונים כדי ללכוד את האות הגולמי.
בצע ניתוח ספקטרום FFT כדי לאשר שאין רכיבי תדר משמעותיים העולים על fs/2.
בסיוע סינון תוכנה
בהיעדר מסנני חומרה, ניתן להשתמש בסינון דיגיטלי-נמוך (למשל סינון Butterworth) כדי לעבד מראש את האות; עם זאת, זה לא יכול לשמש כתחליף לסינון אנלוגי נגד-כינויים.
תצורת PLC/בקר
הגדר נכון את קצבי דגימת הערוצים בתוכנת התצורה.
הפעל-פונקציות סינון מובנות (אם זמינות) ותעד את תקופת הדגימה בפועל.
