Calibración de DAQ

Estoy usando algunos de los DAQ de National Instruments para algunas mediciones, pero su calibración está ligeramente desviada. Para evitar esto, espero tener en cuenta cualquier imperfección en las medidas para que puedan eliminarse.

El objetivo es encontrar la función de transferencia de una serie de redes pasivas. Cada componente de la red se ha medido, por lo que el modelo debe ajustarse a la medida casi exactamente.

Lo primero que intenté es modelar la salida, especificada en> 10 G // 100p. Usando una resistencia conocida de 2 Meg, encontré un valor más preciso para la capacitancia a 75p.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Esto redujo las diferencias que estaba encontrando en las altas frecuencias ya que la carga que estoy usando es de alrededor de 1 Mega.

También hay una diferencia de fase a altas frecuencias. Esto lo traté de calibrar midiendo la relación de entrada/salida sin ningún circuito en el medio, y desconvolucionando esto de las medidas.

Desafortunadamente, todavía hay una discrepancia a bajas frecuencias, que parece una capacitancia adicional en serie con el circuito. Esto se puede ver en mis resultados:Modelo vs medida

El gris marca el efecto de baja frecuencia desconocido, el naranja marca la sobrecompensación del problema de fase. El eje de frecuencia es 2 Hz- 20 kHz.

¿Qué otras cosas deben compensarse en un escenario de medición?

¿Está desactivada su calibración o está trabajando fuera de las especificaciones del DAQ? Todos los DAQ tienen una impedancia de entrada. El DAQ promedio tendrá una impedancia MUCHO más baja que la resistencia de 10G ohm. Tal vez esa sea la fuente de tus problemas.
Solo estoy trabajando desde la especificación . Utilizan amplificadores de instrumentación que tienen una alta impedancia de entrada.
El NI ELVIS II es DC acoplado con un BW de 1.2MHz. No debería haber discrepancia a 2 Hz con una fuente Z=1Mohm. ¿Se puede medir la atenuación en DC?
Con una impedancia en serie de Z=1Mohm hay una relación de tensión de 0,9999, por lo que es bastante insignificante. Sin embargo, las medidas indicarían algo diferente, aunque la red obviamente no es solo una resistencia.

Respuestas (2)

1) Discrepancia de baja frecuencia

Al producir FFT en MATLAB, es fundamental obtener el vector de frecuencia correcto. En mi ejemplo original, había estado creando un vector de frecuencia usando:

f = linspace(1,fs,Ns)

donde fs es la frecuencia de muestreo y Ns es el número de muestras. Pensé que esto era correcto, ya que al indexar en MATLAB, siempre está en 1. Sin embargo, con una FFT, el primer contenedor es CC, es decir, 0 Hz. La discrepancia de baja frecuencia fue causada por un mal vector de frecuencia. Para cualquiera que vea problemas similares, encontré que la mejor manera de crear este vector es con:

f = (0:Ns-1)*(fs/Ns)

2) Problemas de fase de alta frecuencia

Después de una mayor investigación, descubrí que el problema de la fase está relacionado con la frecuencia de muestreo. La ilustración de la fase frente a la frecuencia de muestreo mostró que al aumentar la frecuencia de muestreo, mejora la precisión de la fase.

Fase frente a frecuencia de muestreo Fig. 1 Fase vs. Tasa de muestreo del NI 6251 DAQ con entrada conectada directamente a la salida

El problema original supuso una sobrecompensación, que ahora se ha reducido ya que hay menos problemas que compensar.

3) Capacitancia de entrada

Como nota al margen, no he encontrado ninguna razón para una capacitancia en serie en ninguna parte del DAQ como supuse al principio, y supongo que no hay un condensador de compensación en la etapa de entrada (aunque parecía una conclusión lógica dada la pregunta). Para los interesados ​​incluyo una captura de la función de transferencia de 1 Hz-20 kHz de una resistencia en serie de 1 M entre entrada y salida, mostrando los efectos de la capacitancia de entrada en paralelo. Luego modelé esto con una función de transferencia de circuito RC y ajusté la curva usando un algoritmo de optimización para seleccionar la mejor capacitancia. La resistencia se midió con un multímetro con una resolución de 0,001 y una precisión de +-0,8% + 3 kohm, por lo que define el límite de precisión de la capacitancia medida.

ingrese la descripción de la imagen aquí Fig. 2: Comparación entre las funciones de transferencia modeladas y medidas de una resistencia en serie de 1 Mega y la capacitancia de entrada no deseada. La medición se realizó a fs=1 MHz para minimizar la inexactitud de fase.

Hay un ajuste bastante bueno, lo que significa que la capacitancia se puede compensar en cualquier medida adicional.

Gracias a Tony Stewart y Daniel Turizo por su ayuda para llegar a esta respuesta.

Parece ser consciente de que la entrada DAQ no es perfecta y se comporta como una función de transferencia en sí misma. Esto se debe a capacitancias muy pequeñas en los circuitos del DAQ, que se vuelven significativas a altas frecuencias. La compensación se usa normalmente para cancelar el efecto de la capacitancia del DAQ:

ingrese la descripción de la imagen aquí

(Tomado de esta respuesta de Quora). La idea es que el capacitor extra cancele el efecto del capacitor del DAQ, dando una función de transferencia constante.

Sin embargo, a frecuencias muy bajas, algunos capacitores en serie pueden dominar el comportamiento del DAQ, arruinando la compensación e introduciendo errores.

Mi recomendación es usar dos compensaciones: una para bajas frecuencias y otra para altas frecuencias. Incluso puede ser necesaria una tercera compensación para las frecuencias medias. Espero que esto te ayude.

Estoy familiarizado con este circuito de las sondas de osciloscopio, pero no estaba seguro de que también se usaría en DAQ. Veré si puedo encontrar valores para estos componentes a través de alguna identificación. Mi otra única pregunta es si hay factores adicionales que deban compensarse en las salidas de DAQ. Por lo que puedo decir, es una resistencia puramente óhmica.
Todo tiene resistencia, inductancia y capacitancia, TODO. La compensación sin capacitor variable es difícil porque los valores exactos difieren de cada dispositivo. Es por eso que los osciloscopios tienen la onda cuadrada para probar.
Además, no todo se puede compensar. Factores externos como la interferencia electromagnética pueden afectar sus lecturas. Por el aspecto de sus gráficos, parece que sus simulaciones son lo suficientemente precisas. Finalmente, es más importante comprender POR QUÉ sus simulaciones no son perfectas, en lugar de tratar de obtener una coincidencia perfecta.
La interferencia electromagnética es un término increíblemente amplio, si tiene alguna sugerencia sobre qué puede estar causando la desviación, la escucharía con entusiasmo. Si se refiere al ruido gaussiano, hay una presencia definitiva en el área de baja frecuencia que se reduce en un promedio de 600x. Aparte de eso, no debería haber ningún efecto que cause tal desviación a bajas frecuencias.
No sabía que usaste un promedio de 600 muestras, en ese caso no creo que la interferencia sea un problema. No sé exactamente cómo está midiendo, pero tal vez la respuesta transitoria sea un problema. En mi opinión, con frecuencias tan bajas como 2 Hz y un circuito con una resistencia tan alta, puede ser posible.
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