Virtuelni Lab-View Instrument

8/8/2019 Virtuelni Lab-View Instrument

1/54

Viruelni lab view instrument za detekciju slabljenja signala usled oteenjaoptikog vlakna

Sadraj

1. Optiko vlakno.......................................................................................................... 21.1 Svetlost kao elektromagnetni talas....................................................................... 2

1.1.1 Prenos svetlosti kroz vlakno...........................................................................41.2 Tipovi optikih vlakana..........................................................................................61.3 Multimodno optiko vlakn.....................................................................................7

1.3.1 Multimodno sa skokovitim indeksom prelamanja.........................................71.3.2 Multimodno sa gradijentnim indeksom prelamanja.......................................81.3.3 Prostiranje svetlosti kroz multimodno vlakno...............................................81.3.4 Snelov zakon...............................................................................................101.3.5 Kritini ugao................................................................................................111.3.6 Numerika apertura.....................................................................................131.3.7 Multimodna disperzija.................................................................................15

1.4 Monomodno optiko vlakno...............................................................................16

1.4.1 Prostiranje svetlosti kroz monomodno optiko vlakno...............................171.4.2 Karakteristike monomodnog vlakna ..........................................................181.4.3 Gubljenje signala usled savijanja kod monomodnog vlakna......................20

1.5 Plastino optiko vlakno.....................................................................................222. LabVIEW..................................................................................................................24

2.1 LabVIEW programski paket..............................................................................242.2 LabVIEW okruenje..........................................................................................252.3 Izgradnja front panela........................................................................................262.4. Izgradnja blok dijagrama...................................................................................26

3. NI USB 6008/6009.....................................................................................................273.1 Uvod ..................................................................................................................283.2 Oznaavanje I/O terminala.................................................................................283.3 Testiranje USB-6009 u programu MAX............................................................303.4 Konfiguracija USB-6009 u programu MAX.....................................................35

3.4.1 Konfigurisanje analognog ulaza.................................................................353.4.2 Konfigurisanje analognog izlaza................................................................40

3.5 Upotreba USB-6009 u LabVIEW......................................................................413.5.1 Jednostruko odabiranje signala na jednom kanalu.....................................413.5.2 Pojedinano biranje signala na viestrukim kanalima................................43

4. Realizacija virtuelnog instrumenta...........................................................................454.1 Hardverska komponenta virtuelnog instrumenta...............................................454.2 Softverska komponenta virtuelnog instrumenta................................................46

4.2.1 Konfiguracija kartice i drajvera..................................................................474.2.2 Aplikacija virtuelnog instrumenta..............................................................49

6. Zakljuak..................................................................................................................527. Literatura..................................................................................................................54

1


2/54


1. Optiko vlakno

Optika vlakna su danas kljuni deo svetlovodnih komunikacionih sistema. Vlakno je

cilindrini dielektrini talasovod koji ograniava i sprovodi svetlosne talase du svojeose. Izuzev nekih specijalnih vlakana, uglavnom su sva vlakna koja se koriste zatelekomunikacione svrhe istih fizikih struktura. Varijacije u materijalu i veliinistrukture diktiraju kako se svetlosni signal prenosi kroz razliite tipove vlakana i kako navlakno deluju smetnje mehanikog tipa i temperaturne varijacije.

Slika 1. Optika vlakna

1.1 Svetlost kao elektromagnetni talas

Jedan od naina da zamislimo svetlost je kao radio talas i elektromagnetni talas. Jedinarazlika izmeu radio i elektromagnetnog talasa je u talasnoj duini.

Elektromagnetni talas se sastoji od dva polja elektrinog i magnetnog. Oba ova poljaimaju putanju i snagu (amplitudu). U elektromagnetnom talasu elektrino i magnetnopolje se prema definiciji brzine svetlosti kreu u pravcu, 900 jedno naspram drugog.

2


3/54


Slika 2. Struktura elektromagnetnog talasa

Klju ovoga je da svetlost ima dva polja koja fazno osciliraju. to znai da elektrino imagnetno polje dostiu svoj maksimum i minimum u isto vreme (isto mesto). Odnososcilacije je frekvencija talasa. Preena duina tokom jedne periode oscilacije je talasna

duina.

Slika 2a.

3


4/54


Moemo zamisliti esticu ili zrak svetlosti koji putuje prostorom kao dva preklapajuapolja (elektrino i magnetno). Ova polja se koncentriu u taku (vremenom u linijudirekcije rasipanja) i eksponencijalno slabe kako se udaljavaju od te take.

1.1.1 Prenos svetlosti kroz vlakno

Slika 3. Osnovni princip prenosa svetlosti kroz optiko vlakno

Optiko vlakno je veoma tanka nit od silicijumskog stakla geometrijski veoma slinoljudskoj dlaci. U stvarnosti to je veoma uski i dugaki stakleni cilindar sa specijalnimkarakteristikama. Kada svetlost ue u jedan kraj vlakna ona putuje ograniena zidovimavlakna dok ne napusti vlakno na drugom kraju. Dva kritina faktora se izdvajaju:

1. Veoma malo svetlosti se izgubi tokom putovanja kroz vlakno

2. Vlakno se moze savijati pod uglovima a svetlost ostaje u vlaknu.

Kao to je pokazano na slici 3 optiko vlakno se sastoji od dva dela: jezgra i omotaa.Jezgro je uska cilindrina staklena nit a omota je cevasta navlaka koja okruuje jezgro.Jezgro ima malo vei indeks prelamanja od omotaa. Ovo znai da se granica izmeujezgra i omotaa ponaa kao savreno ogledalo. Svetlost koja putuje jezgrom je zadranaogledalom ak i kad se vlakno savija pod uglom. Kada se svetlost propusti kroz vlaknoglavno pitanje je koja je to vrsta svetlosti. Elektro magnetna radijacija koju zovemosvetlost postoji na mnogim talasnim duinama. Ove talasne duine rasteu se od

4


5/54


nevidljive infracrvene kroz sve boje vidljivog spektra do nevidljive ultravioletne. Zbogslabljenja karakteristika vlakna najinteresantnije za komunikacione aplikacije jeinfracrvena svetlost. Ovo svetlo je nevidljivo zato to su talasne duine koje se obinokoriste due od vidljivih granica od 750nm. Ako se kratak puls svetlosti od izvora kao toje laser ili led dioda poalje kroz usko vlakno ono e biti degradirano putovanjem kroz

vlakno. Zavisno od razdaljine puls svetlosti e se pojaviti mnogo slabiji i izoblien.Razlozi za to su sledei:

- slabljenje: puls svetlosti slabi zbog neistoa u staklu koja apsorbuje svetlost alinajvei gubici svetlosti se deavaju zbog rasipanja

- maksimalna snaga : postoji praktina granica u koliini snage koja se moeposlati kroz vlakno. To je otprilike oko 0.5W u standardnom monomodnomvlaknu zbog broja nelinearnih efekata koji se javljaju zbog jakogelektromagnetnog polja u jezgru u trenutku najvee snage

- polarizacija: konvencionalno optiko vlakno je cilindrino simetrino ali sadri

nesavrenosti. Svetlost putujui kroz vlakno menja polarizaciju. U dananjimoptikim komunikacionim sistemima ovo ne igra veliku ulogu ali u buduimsistemima moe biti kritina tema.

- Disperzija: deava se kada se puls svetlosti proiri tokom prenosa kroz vlakno.Kratak puls postaje dugaak i na kraju se spaja sa prethodnim pulsom toonemoguuje prepoznavanje originalnog signala. Postoje vie vrsta disperzijesvaka razliita na svoj nain:

1. materijalna disperzija2. modalna disperzija

3. disperzija talasovoda

- um: jedna od velikih prednosti optike komunikacije je da na vlakno ne utiuumovi van sistema. Meutim postoje razliiti umovi koji dolaze odkomponenata samog sistema.

5


6/54


1.2Tipovi optikih vlakana

Optika vlakna se mogu podeliti na vie naina.

Prema materijalu od koga su izraena optika vlakna se dele na:

staklena optika vlakna, kod kojih su jezgro i omota izraeni od dopiranog SiO2,odlikuju se malim gubicima, velikim propusnim opsegom i malim dimenzijama

PCS (Plastic-Clad-Silica) vlakna imaju jezgro nainjeno od dopiranog SiO2 , aomota je od plastike, odlikuju se slabljenjima oko 8 dB/km i propusnim

opsegom 10 MHz/km plastina vlakna, koja su cela nainjena od plastine mase, odlikuju se velikim

prenicima, slabljenjem i malim propusnim opsegom.

Prema indeksu prelamanja optika vlakna se dele na:

optika vlakna sa skokovitim indeksom prelamanja (Step - Index), gde dolazi donagle promene indeksa prelamanju na prelasku iz jezgra u omota

optika vlakna sa gradijentnim indeksom prelamanja (Graded - Index), gde dolazido postepene promene indeksa prelamanja polazei od centra jezgra, te se

radijalno ta vrednost smanjuje da bi na mestu prelaza u omota bilo jednakoindeksu prelamanja omotaa.

Najea podela optikih vlakana se vri prema broju modova koji se prostiru krozjezgro optikog vlakna, i to na:

multimodna, kroz ije se jezgro prostire vie modova, i ona mogu imati skokovitili gradijentni indeks prelamanja

monomodna, kroz ije se jezgro prostire samo jedan mod, i ona uvek imajuskokovit indeks prelamanja.

6


7/54


1.3 Multimodno optiko vlakno

Postoje dva tipa multimodnih vlakana:

1. Multimodno sa skokovitim indeksom prelamanja i

2. Multimodno sa gradijentnim indeksom prelamanja

Razlika izmeu ova dva vlakna je nain na koji svetlost putuje kroz njih. Postoje dvarazliita delova vlakna. Na slici 3a irina jezgra vlakna je 50m a prenik omotaa je125m. Omota okruuje jezgro. Staklo omotaa ima nii indeks prelamanja od onog ujezgru i ta granica stvara ogledalo. Svetlost se prenosi sa veoma malim gubicima kroz

vlakno reflektujui se od granice ogledala izmeu jezgra i omotaa. Ovaj fenomen sezove totalna unutranja reflekcija. Najvanija karakteristika je da se vlakno moe savijatioko uglova u radijusu od nekoliko centimetara bez gubitka svetlosti.

1.3.1 Multimodno sa skokovitim indeksom prelamanja

Slika 3a. Multimodno sa skokovitim indeksom prelamanja

Miljenje mnogih ljudi je da kad poaljete svetlost kroz vlakno, da e ta svetlost ui uvlakno kroz bezbroj razliitih uglova i da e se iriti unutranjim prelamanjem krozbezbroj razliitih putanja. Ovo nije tano. Postoji odreen broj putanja kojima se svetlostmoe kretati. Ove putanje se zovu modovi i oni odgovaraju generalnim karakteristikamasvetlovodnog sistema koji se koristi. Vlakno koje ima dovoljno veliki prenik da svetlost

nae vie putanja se zove multimodno vlakno. Za vlakno koje ima irinu jezgra od62.5m i koristi svetlost talasne duine 1300nm, broj modova je oko 400 u zavisnosti odindeksa prelamanja izmeu jezgra i omotaa. Problem kod multimodnih operacija je dasu putanje nekih modova due od drugih putanja. To znai da e svetlost stii u razliitovreme u zavisnosti od putanje kojom se kree. Zbog ovoga puls ima tendenciju da serairi putujui kroz vlakno. Ovaj efekat je jedna od posledica intersimbolnih smetnji.To ograniava distancu koju puls moe da poalje kroz multimodno vlakno.

7


8/54


2.3.2 Multimodno sa gradijentnim indeksom prelamanja

Slika 3b. Multimodno sa gradijentnim indeksom prelamanjaJedan od naina da se zaobie problem modalne disperzije u multimodnom vlaknu je da

se na staklu izvre promene kako bi se indeks prelamanja postepeno menjao od centra ka

zidu jezgra. Svetlost putujui kroz centar vlakna postie vei indeks prelamanja odsvetlosti koja putuje blie omotau. Stoga svetlost na fiziki kraim putanjama(modovima) putuje sporije od svetlosti na fiziki duim putanjama. Svetlost pratizakrivljenu putanju unutar vlakna kao to je prikazano na slici 3b. Cilj ovoga je da sezadri ista brzina irenja svetlosti na svakoj putanji u odnosu na osu vlakna. Stoga pulssvetlosti sainjen od mnogo modova ostaje celovit dok putuje kroz vlakno. Ovoomoguava prenos na due putanje nego kod regularnog multimodnog prenosa. Ovaj tipvlakna se naziva vlakno sa gradijentnim indeksom prelamanja. Kod ovog tipa vlaknasvetlost putuje u oko 400 modova (kod talasnih duina od 1300nm) i u oko 800 modova(kod talasnih duina od 800nm).

1.3.3 Prostiranje svetlosti kroz multimodno vlakno

Kljuna karateristika prostiranja svetlosti kroz vlakno je da se ono moe savijati poduglovima. Ako ugao savijanja vlakna nije preveliki svetlost e pratiti osu vlakna i iriese bez gubitaka usled savijanja. Ova pojava se naziva totalna unutranja reflekcija.Ulazei u vlakno zrak svetlosti se odbija od povrine izmeu jezgra i vlakna sa manjimindeksom prelamanja.

8


9/54


Slika 4. Prostiranje svetlosti kroz multimodno vlakno

irenje zraka svetlosti u multimodnom vlaknu sa skokovitim indeksom prelamanja moese lako objasniti elementarnim zakonima fizike.

Ugao ulaska zraka je jednak uglu prelamanja ( reflekcije )

Slika 5. Prelamanje

Vana stvar kod irenja svetlosti kroz vlakno je da se ne moe sva svetlost iriti na ovajnain. Ugao ulaska zraka svetlosti kod granine povrine izmeu jezgra i omotaa morabiti vrlo mali inae e zrak proi kroz omota i napustiti vlakno.

9


10/54


Slika 6. Prelamanje

1.3.4 Snelov zakon

Kako bismo bolje razumeli prostiranje zraka kroz vlakno potreban nam je i zakon iz viekole fizike Snelov zakon. 2211 sinnsinn =

Slika 7. Prelamanje

gde je n indeks prelamanja materijala ugao prelamanja

10


11/54


Napomene:

1. Ugao je ugao izmeu upadnog zraka i imaginarne linije koja je normalnana ravan granice izmeu jezgra i omotaa

2. Kada svetlo proe kroz materijal veeg indeksa prelamanja ka materijalumanjeg indeksa prelamanja ugao postaje vei

3. Ukoliko svetlo proe kroz materijal manjeg indeksa prelamanja kamaterijalu veeg onda se ugao smanjuje.

1.3.5 Kritini ugao

Slika 8. Kritini ugao

Sa slike vidimo da ugao 1postaje vei samim tim se poveava i ugao 2 . Zbog efektaprelamanja ugao 2 postaje vei mnogo bre od ugla 1 .U jednom trenutku ugao 2 edostii 90 dok ugao 1 znatno manji. Ovo se naziva kritian ugao.Kada se ugao 1poveava tada prestaje prelamanje i svetlost poinje da se reflektuje. Svetlost se savrenoreflektuje na graninom prostoru izmee dva materijala razliitog indeksa prelamanjaako:

1. svetlost ulazi u granini prostor sa strane materijala sa veim indeksomprelemanja

2. ako je ugao vei od kritinog ugla

Ako znamo indekse prelamanja oba materijala onda emo kritini ugao lako odreditipomou Snelovog zakona. Pri kritinom uglu znamo da je ugao 2 = 90 sin90 = 1 takoda:

11


12/54


1

21211 sinnsinn

n

n==

Slika 9. Kritini ugao (2)

Na osnovu slika 8 i 9 vidimo efekat kritinog ugla unutar vlakna. Na slici 8 vidimo dae se zraci kod kojih je ugao 1 manji od kritine vrednosti iriti i ostati u vlaknu. Dok sena slici 9 vidi da ako je ugao 1 vei od kritine vrednosti zrak se prelama u omota i nakraju gubi iz vlakna. Kada se svetlost sretne sa iznenadnom promenom indeksa prelamanja (npr. kraj vlakna) jedan deo svetlosti se ne prelama. Otprilike oko 4%svetlosti se reflektuje nazad putanjom kojom je dola.

12


13/54


1.3.6 Numerika apertura (NA)

Slika 10. Numerika aperatura

Jedna od najee naglaenih karateristika optikog vlakna je numerika apertura (otvor).Numeriki otvor je namenjen kao mera sposobnosti vlakna da zadri svetlost. Meutimkoristi se u mnoge svrhe. Na primer moe se koristiti kao mera koliine gubitka svetlostikoju oekujemo kod savijanja vlakna pri odreenim uglovima. Na slici 8 vidimo zraksvetlosti koji ulazi u vlakno pri uglu blizu njegove ose. Ovaj zrak e se kasnije prelamati inaii na granini prostor izmeu jezgra i omotaa pri takvom uglu da e se reflektovati.To je zato to je ugao 2 vei od kritinog ugla. Ugao je vei zato to merimo normaluugla graninog prostora jezgra i omotaa a ne tangentu tog ugla.

Slika 10 pokazuje zrak svetlosti koji ulazi pri veem uglu u odnosu na osu vlakna. Ovajzrak e doi do graninog prostora pri manjem uglu od kritinog samim tim e ui uomota i izgubiti se.Ovde postoji konusna zona prihvatanja zraka. Ako zrak ue u vlaknopri uglu koji pripada konusnoj zoni onda e se on iriti kroz vlakno. U suprotnom zraksvetlosti e napustiti jezgro i eventualno i samo vlakno. Na osnovu ovog moe sezakljuiti da je numerika apertura sinus najveeg ugla sadranog u konusnoj zoniprihvatanja zraka svetlosti.Na osnovu slike 10 Numeriki otvor je sinus ugla o

13


14/54


omotacaprelamanjaindeksn

jezgraprelamanjaindeksnjegde

NAjedasledi

-1sinjeonda1jepoto

-1sincos-1sinxjedaznamo

sincosdasledisinsin

ugaokriticnijetozatosinjedaZnamo

2

1

2

2

2

1

2

1

2100

2

1

21

2

1

2211100

2

1

22

=

==

==

===

=

nn

n

nnn

n

nx

n

nnn

n

n

Postoji jo jedna korisna jednaina za NA: sinNA 11 = n

Ova jednaina povezuje numeriki otvor sa indeksom prelamanja jezgra i samaksimalnim uglom na kojem zrak moe da se iri.

Tipini numeriki otvor za monomodno vlakno iznosi 0.1 dok je vrednost za multimodnovlakno izmeu 0.2 0.3 (obino blie vrednosti 0.2)

Numerika apertura je povezana sa brojnim vanim karakteristikama vlakna:

1. Ona je mera mogunosti skupljanja svetlosti na ulaznom delu vlakna

2. Zbog toga to je NA mera kontrasta izmeu indeksa prelamanja jezgra iomotaa takoe je dobra mera osobina provoenja svetlosti vlakna. tovea vrednost numerikog otvora manji je radijus savijanja vlakna prenego to se javi problem gubitka svetlosti

3. Vee vrednosti numerikog otvora zahtevaju vei broj modova. Zraci semogu odbijati pri veim uglovima i samim tim ih je vie. To znai to jevea vrednost NA vea e biti disperzija vlakna (u sluaju multimodnogvlakna)

4. Kod monomodnog vlakna vei kontrast indeksa prelamanja obinoukazuje na visoki nivo neistoa u omotau. Poto znaajan deo optikesnage svetlosti kod monomodnog vlakna putuje kroz omota javlja sepoveana vrednost slabljenja zbog visokih nivoa neistoa.

14


15/54


1.3.7 Multimodna disperzija ( modalna disprezija )

U multimodnom vlaknu disperzija je obino toliko velika da dominira nad ostalimkarakteristikama vlakna. Drugim reima ogranienja kod sistema sa multimodnim

vlaknima su obino rezultat modalne disperzije a ne slabljenja ili drugih vidova rasipanja.

Slika 11. Prostiranje zraka kod multimodne disperzije

Razlog modalne disperzije kod vlakna sa skokovitim indeksom se jasno vidi na slici 11.Razmatramo znaajni mod sa zrakom irenja svetlosti pravo niz osu vlakna. Ovaj zrak eprei rastojanje d1 za vreme:

1dc

nt =

Zrak koji je uao u vlakno pri maksimalnom moguem uglu (blizu kritinog ugla) preieisto rastojanje (d1) za vreme:

cos

11= d

c

nt

Za realne uglove postojae velika razlika u preenim rastojanjima u datom vremenu izbog te razlike javie se velika koliina disperzije.

Iz formule sinNA 11 = n proizilazi da je vreme disperzije:

n c

r a s t o j aN AD i s p e r z ij av r e m e

2

2=

Ovo predstavlja koliinu vremena disperzije (ps) za preeno rastojanje, indeksprelamanja jezgra i numerikog otvora.

15


16/54


Tipino vlakno sa indeksom prelamanja vrednosti 1.458 i razlikom indeksa prelamanjaizmeu jezgra i omotaa vrednosti 0.1 ima vrednost numerikog otvora od 0.2. Ovakovlakno ima upadni ugao od 12o.

Sposobnost prenoenja signala vlakna se obino meri u MHz/km. Za multimodno

vlakno sa skokovitim indeksom prelamanja ova vrednost je od 15MHz/km do50MHz/km. Kod vlakna sa irinom propusnog opsega od 50MHz/km znai da signal putuje jedan kilometar na 50MHz ili 2km na 25MHz sa podnoljivom disperzijommanjom od 20%.

Vlakna sa gradijentnim indeksom prelamanja su mnogo bolja. Izravnavanje indeksa popreniku vlakna radi se sa ciljem da se ujednae grupne brzine razliitih modova i naosnovu toga se smanji multimodna disperzija. Ovo je daleko od savrenog.Kvalitetno vlakno sa gradijentnim indeksom prelamanja i prenikom jezgra od 62mtipino prenosi na propusnom opsegu od 500MHz/km. Vlakno sa prenikom jezgra od50m prenosi signale pri propusnom opsegu od 700MHz/km (to manji prenik jezgra

manji je numeriki otvor).

1.4 Monomodno optiko vlakno

Ako je jezgro vlakna veoma usko u poreenju sa talasnom duinom svetlosti onda onane moe putovati u razliitim modovima i takvo vlakno se naziva monomodno vlakno. Uovom vlaknu ne postoji reflekcija izmeu granice omotaa i jezgra ve se pravilnije moerei da elektromagnetni talas putuje du ose vlakna. to je dua talasna duina svetlostikoja se koristi onda i vlakno moe biti veeg prenika gde se i dalje svetlost kree ujednom modu. irina jezgra u tipinom monomodnom vlaknu je 9m. Praktino je to

malo drugaije.

Znaajan deo (20%) svetlosti u monomodnom vlaknu putuje kroz omota. Zbog ovogprenik jezgra (regija gde vei deo svetlosti putuje) je donekle iri od samog jezgra. Ovaregija u kojoj svetlost putuje u monomodom vlaknu se esto naziva modno polje i prenik

tog polja se esto navodi umesto prenika jezgra. Prenik modnog polja varira uzavisnosti od relativnih indeksa prelamanja jezgra i omotaa. Prenik jezgra jekompromis. Ne moe se napraviti jezgro previe usko zbog gubitaka pri savijanju vlakna.Kako se prenik jezgra smanjuje u odnosu na talasnu duinu (jezgro postaje ue ilitalasna duina postaje dua), minimalni radijus savijanja jezgra bez gubitaka sepoveava. Ako je ugao savijanja previe otar svetlost e izai iz jezgra, spoljnog delaomotaa i nestati.

16


17/54


18/54


Slika 12. Prostiranje svetlosti kroz monomodno vlakno

ema slike pokazuje kvantum svetlosti (foton) koji putuje kroz monomodno vlakno.Elektrino i magnetno polje se eksponencijalno smanjuju kako se svetlost pomera od osevlakna ali i uprkos tome znaajan deo optike snage signala putuje kroz omota. Ovo neznai da odreeni procenat zraka ili fotona putuje kroz omota. Elektromagnetni talas seiri od jezgra ka omotau i odreeni procenat svakog elektromagnetnog talasa putuje krozomota.

1.4.2 Karakteristike monomodnog vlakna

Prenik polja moda i veliina take

Kao to smo videli, optika snaga signala putuje kroz jezgro i omota. U mnogimsituacijama potreban je broj koji e dati meru irenja regije kroz koju prolazi optikisignal. Kod monomodnih vlakana mera irine jezgra nije dovoljna.

18


19/54


Slika 13 Prenik moda polja ( definicija )

Uvodi se koncept polja moda. Ono se moe smatrati merom efektivnog jezgra vlaknaiako je prava veliina jezgra neznatno manja. Vano je znati da ne postoji nagla granicakoja definie irinu modnog polja. Iako signal eksponencijalno opada ne postoji kritinataka opadanja. Zato moramo odabrati proizvoljnu taku kao granicu opadanja signala.Na slici 13 se vidi distribucija snage optikog signala irom prenika kod monomodnogvlakna. Pokazana je definicija prenika modnog polja. Prenik modnog polja standardnogmonomodnog vlakna od 1550nm je izmedju 10.5m i 11m. Kod vlakna od 1310nmirina modnog polja vlakna je 9.3m.

Veliina take se isto ponekad koristi kao karakteristika monomodnog vlakna. irinatake je jednaka polupreniku modnog polja.

Snaga polja na kraju vlakna

19


20/54


Slika 14. Polja na kraju vlakna

Kada se meri intezitet svetlosti na kraju vlakna, postoje dva mesta gde se to moe uraditi na kraju kabla i na malom rastojanju od samog kraja kabla.

Blie polje Ovo je elektromagnetno polje na samom kraju vlakna.

Dalje polje Ekstremno je teko izmeriti blie polje direktno. Zbog toga se dalje poljemeri i koristi za izraunavanje karakteristika blieg polja kao na primer merenje prenikamodnog polja. Dalje polje se sastoji od serija renjeva koji se prostiru od ose vlakna. Ovoje usled injenice da se svetlost koja naputa vlakno odbija u mnogim pravcima.

1.4.3 Gubljenje signala usled savijanja kod monomodnog vlakna

20


21/54


Slika 15. Razlog gubljenja signala u monomodnom vlaknu

Postoji poetna faza talasa koji se kree normalno po preniku polja. Na slici 15 se vidida kada poetna faza talasa ue u krivinu, svetlost unutranjeg poluprenika krivine morase kretati znatno sporije nego svetlost koja putuje spoljanjim poluprenikom(razmatrajui talas koji okupira celo modno polje). Ovo znai da kod spoljne ivice jezgra

svetlost se suoava sa manjim indeksom prelamanja nego kod pravog vlakna. Akokrivina postane dovoljno uska indeks prelamanja kod ivice jezgra e se smanjiti iizjednaiti sa indeksom omotaa; stoga talas vie nije zarobljen i naputa vlakno.

Disperzija u monomodnom vlaknu

21


22/54


Slika 16. Disperzija standardnog monomodnog vlakna

Glavni izvori disperzije u monomodnim vlaknima su materijalna (hromatska) italasovodna disperzija.

Hromatska disperzija

Ova disperzija nastaje kao posledica variranja talasnih duina kod indeksa prelamanjastakla. Neke talasne duine imaju veu grupnu brzinu i putuju bre nego druge. Poto sesvaki signal sastoji od opsega talasnih duina on e se donekle proiriti tokom putovanja.

Svi optiki signali se sastoje od opsega talasnih duina . Ovaj niz moe biti irok samodeli nanometra ali je uvek prisutan. Tipini signali koji se koriste u komunikacionimsistemima (izvor laser) sa monomodnim vlaknima imaju irinu opsega od 0.2nm do 5nm.

Talasovodna disperzija

Oblik vlakna ima veliki znaaj na grupnu brzinu talasa. To je zato to se elektrino imagnetno polje od kojeg je sainjen signal svetlosti iri od jezgra ka omotau. Vrednostpreklapanja polja izmeu jezgra i omotaa zavisi strogo od talasne duine. to dui talasvee je prostiranje elektromagnetnog talasa u omota.

Indeks prelamanja talasa jednak je proseku indeksa prelamanja jezgra i omotaa zavisnood relativne proporcije talasa svetlosti. Krai talasi putuju sporije od duih talasa i zbogtoga se javlja disperzija talasa (zato to se svaki signal sastoji od opsega talasnih duina).

Ove dve vrste disperzije imaju razliite simptome i tee tome da deluju suprotno jednadrugoj. Slika 16 prikazuje karakteristike disperzije talasnih duina u monomodnimvlaknima. Dve forme disperzije se ponitavaju na talasnoj duini od 1310nm. Pri slanjusignala na ovoj talasnoj duini disperzija e biti znaajno smanjena.

22


23/54


1.5 Plastino optiko vlakno

Prva istraivanja sa prenosom signala kroz optiko vlakno (1995 godina) raena su sa plastinim vlaknima. Razvitkom silikonskog optikog vlakna gotovo je dolo doeliminacije plastinih optikih vlakana. Jedine aplikacije koje su koristile plastinaoptika vlakna su bile konekcije na kratkim distancama kod medicinskih instrumenata,kod nekih industrijskih instrumenata i kod neke HiFi opreme. Plastino optiko vlaknodanas nije van upotrebe. Planiraju se brojne aplikacije kao to su mree u domainstvimai manjim kancelarijama.

Najvanija karakteristika plastinog vlakna je debljina vlakna. Debljina je ta kojaomoguava lako spajanje sa konektorima i jeftinu cenu instaliranja. Nia cena je jedina

prednost koju plastino vlakno ima nad staklenim.

Plastino vlakno sa skokovitim indeksom prelamanja ima jezgro prenika 980m iomota od 20m za prenik vlakna od 1mm. Prenik jezgra je 100 puta vei nego kodmonomodnog staklenog vlakna. Prenik plastinog vlakna je 8 puta vei od prenikastaklenog vlakna.

Postoje mnogo potencijalnih vrsta plastika od kojih se moe napraviti plastino vlakno alise u sistemima koristi PMMA ( Poly(MethylMethylAcrylate) ).

Na plastina optika vlakna se vrlo lako stavljaju konektori. Amateri mogu dodatikonektor na plastino vlakno za 2 min sa malim treningom i specijalnim alatom kojikota 5 dolara. Dok za povezivanje konektora za stakleno optiko vlakno je potreban vetradnik sa alatom koji kota 20.000 dolara.

Na slici 16a prikazana je karakteristika slabljenja plastinog optikog vlakna. One suveoma visoke za sve talasne duine. Meutim talasne duine od 570nm i 650nm sumogue za veoma kratke distance ( do 100m ).

Kod plastinih optikih vlakana se koristi vidljivo svetlo. Na talasnoj duini od 570nmsamo diode sa malom snagom su dostupne a na talasnoj duini od 650nm dostupni su idiode i laseri.

23


24/54


Slika 16a. Apsorbcioni spektar plastinog optikog vlakna

Plastina optika vlakna sa skokovitim i gradijentnim indeksom prelamanja sudostupna ali jedino je vlakno sa skokovitim indeksom komercijalizovano.Specifikacijeovog vlakna su:

Prenik jezgra = 980m

Prenik omotaa = 1000m

Ukupni prenik = 2.2mm

Slabljenje na talasnoj duini od 650nm manje od 18dB na 100m

Numeriki otvor = .30

Ove specifikacije daju opseg od 125MHz na 100m za plastino optiko vlakno saskokovitim indeksom prelamanja. Kod vlakna sa gradijentim indeksom opseg je bolji od500MHz na 100m.

24


25/54


2. LABVIEW

2.1 LabVIEW programski paket

LabVIEW je softver za virtuelnu instrumentaciju iji je proizvoa amerikakompanija National Instruments. Proizvoai ga svrstavaju u programske jezike optenamene (kao C++ i Visual Basic) sa ekstenzivnim bibliotekama i funkcijama za bilo kojenamene. Ipak treba napomenuti da on slui prvenstveno za akviziciju, obradu podataka iupravljanje.

LabVIEW je grafiki orjentisan programski jezik koji koristi ikonice umesto linijateksta za kreiranje aplikacija. Za razliku od programskih jezika baziranih na tekstu, gdeinstrukcije odreuju izvrenje programa, LabVIEW koristi programiranje toka podatakagde podaci odreuju izvrenje. Programski paket LabVIEW omoguava realizacijukompletnog merno-akvizicijskog sistema, od prihvata signala sa hardvera do analize i

prezentacije podataka. Radi obrade i analize podataka LabVIEW ima ugraeno viestotina funkcija.

LabVIEW programi se nazivaju virtuelni instrumenti zato to njihovo pojavljivanjei operacije imitiraju fizike instrumente kao to su osciloskopi i multimetri. Svaki VIkoristi funkcije koje manipuliu ulazom od korisnikog interfejsa ili drugih izvora iprikazuju te informacije ili ih prosleuju do drugih fajlova ili drugih raunara.

LabVIEW radi pod operativnom sistemima Windows, Macintosh, Sun i Unix. Kakoproizvoai napominju VI su potpuno nezavisni od platforme. U seminarskom radu jekoriena verzija LabVIEW 7.1 .

VI sadri sledee tri komponente:

Prednja ploa (front panel) slui kao grafiki korisniki interfejs. Blok dijagram (block diagram) sadri grafiki izvorni kod VI, koji definienjegovu funkcionalnost. Ikonica i konektor (icon and connector pane) identifikuje VI tako da onmoe da se koristi u drugom VI. VI u drugom VI se naziva subVI. SubVIodgovara podprogramu u tekstualno orjentisanim programskim jezicima.

LabVIEW je organizovan hijerarhijski i modularno. Time je obezbeen conceptmodularnog programiranja. Projekat se deli na skup zadataka, koji se dalje mogu deliti na podzadatke, sve dok kompleksan projekat ne postane skup jednostavnih zadataka.Reavanje podzadataka vri se kreiranjem odgovarajuih VI ili subVI. Glavni program ili

reenje kompletnog zadatka predstavlja skup subVI koji obavljaju pojedinane funkcije.

25


26/54


2.2 LabVIEW okruenje

LabVIEW okruenje sastoji se od palete alata, kontrola i funkcija. Palete slue da bise kreirali front panel i blok dijagram, kao i za modifikovanje objekata koji su ve

postavljeni.

Paleta alata (Slika 17.) je dostupna na front panelu i blok dijagramu.Alat je specijalni operativni mod kursora mia. Kad je selektovan alat,ikonica kursora se menja u ikonicu alata. Alati se koriste za modifikacijuobjekata na prednjoj ploi i blok dijagramu i operacije nad objektima. Zaprikazivanje palete alata treba selektovati Window Show Tools Palette.Paleta alata se moe postaviti bilo gde na ekran.

Slika 17.

Paleta kontrola (Slika 18.) slui za kreiranje objekata front

panel-a i dostupna je samo u okviru front panela. Za prikaz paletekontrola potrebno je selektovati Window Show Controls Paletteili kliknuti desnim klikom na radni prostor front panela zaprikazivanje palete kontola. Paleta kontrola se moe postaviti bilogde na povrinu ekrana.

Na slici 18. dat je izgled palete kontrola. Podpalete koje susastavni deo palete kontrola su: Numeric, Boolean, String & Path,Array & Cluster, List & Table, Graph, Ring & Enum, I/O,Refunm, Dialog Controls, Classic Controls, ActiveX iDecorations.

Slika 18.

Neke od ovde navedenih paleta sadre svoje podpalete.

26


27/54


Paleta funkcija slui za kreiranje terminala, vorova, veza i

struktura na blok dijagramu. Paleta funkcija je dostupna samo uokviru blok dijagrama. Za prikaz palete funkcija potrebno je

selektovati Window Show Functinos Palette ili kliknuti desnimklikom na radni prostor blok dijagrama za prikazivanje paletefunkcija. Paleta funkcija se moe postaviti bilo gde na povrinuekrana.

Na slici 19. prikazan je izgled palete funkcija. Podpalete kojesu sastavni deo palete funkcija su: Structures, Numeric, Boolean,String, Array, Cluster, Comparison, Time & Dialog, File I/O, DataAcquisition, Waveform, Analyze, Instrument I/O, Motion &Vision, Mathematiics, Communication, Application Control,Graphics & Sound, Tutorial, Report Genetation, Advanced. Nekeod ovih paleta sadre svoje podpalete.

Slika 19.1.3 Izgradnja front panela

Front panel je grafiki korisniki interfejs VI. Front panel je poeljno kreirati takoda potencijalni korisnici mogu lake da utvrde koju akciju da preduzmu. Takoe je

veoma korisno ako front panel na neki nain ima izgled slian instrumentima iliureajima koje simulira. Obino se prvo kreira front panel pa tek onda blok dijagram.Front panel se gradi sa kontrolama i indikatorima, koji su interaktivni ulazni i izlazniterminali VI. Kontrole su prekidai, dugmad, tipke i drugi ulazni urenaji. Indikatori sugrafici, LED diode i drugi displeji. Kontrole simuliraju instrumentalne ulazne ureaje i prosleuju podatke blok dijagramu VI. Indikatori simuliraju instrumentalne izlazneurenaje i prikazuju podatke koje blok dijagram sadri ili generie.

1.4 Izgradnja blok dijagrama

Poto je izgraen front panel, dodaje se kod korienjem funkcija koje su grafikipredstavljene, radi kontrole objekata na front panelu. Blok dijagram sadri ovaj grafikiizvorni kod i on prosleuje komande virtuelnom instrumentu. Blok dijagram predstavljagrafiki metod reavanja postavljenog zadatka izrade programa. Objekti front panelapojavljuju se kao terminali na blok dijagramu. Ako se klikne dvostrukim klikom naterminal blok dijagrama pojavie se objekat na front panelu koji odgovara datomterminalu. Ne mogu se izbrisati terminali sa blok dijagrama. Njih je mogue izbrisatisamo ako se izbrie odgovarajua kontrola ili indikator sa front panela. Objekti blok

27


28/54


dijagrama su terminali, vorovi i funkcije. Blok dijagram se gradi spajanjem objekatavezama.

3. NI USB-6008/6009

Multifunkcionalni I/O ureaj National Instrument USB-6009 (I/O input/output odnosi se na komunikaciju izmeu sistema za obradu informacija, npr. kompjutera, ispoljaljnjeg sveta).

Slika 20. USB 6009

28


29/54


3.1 Uvod

NI USB-6009 je USB ureaj za prikupljanje osnovnih podataka (DAQ) i kontrolniureaj sa analognim i digitalnim ulazom i izlazom. NI USB-6008 je slian, ali netojednostavniji (i jeftiniji) ureaj.

Glavne karakteristike NI USB-6009 su sledee (date su i karakteristike uteaja USB-6008 koje se razlikuju):

Analogni ulaz (AI): 8 ulaza sa referentnim uzemljenim signalnim spojnicama ili 4 ulazasa diferencijalnim signalnim spojnicama. Opseg napona konfigurativnog software-a:20V, 10V, 5V, 4V, 2,5V, 2V, 1,51,25V, 1V. Maksimalna brzina odabiranjasignala je 48kS/s (48000 signala u sekundi), 14 bitni pretvara analognih u digitalnesignale (USB-6008: 12 bitni).Analogni izlaz (AO): 2 izlaza. Opseg napona je 0 5V (fiksno). Brzina izlaza je 150 Hz

(uzoraka/sekundi). 12 bitni pretvara digitalnih u analogne signale.Digitalni ulaz (DI) i digitalni izlaz (DO): 12 kanala koji se mogu koristiti bilo kaodigitalni ulaz ili digitalni izlaz (pojedinano konfigurisano). Ovih 12 kanala organizovanoje u portovima, tako to Port 0 ima linije 0,...,7, i Port 1 ima linije 0,...,3.

Najnia vrednost izlaza (outputa) je ispod 0.8V. Najvia vrednost izlaza je iznad 2V(postoje opcije sa otvorenim drejnom i kriznom spojnicom). (USB6008 ima samo jedanizlaz tipa otvoreni drejn).

Broja: 32 bita. Brojanje na opadajuoj strani.

ON BOARD izvori napona (raspoloivo na pojedinanim terminalima: 2,5V i 0.5V.Snaga: USB-6009 snabdeva se energijom preko USB kable.

Konfiguracija i testiranje: USB-6009 moe se konfigurisati i testirati korienjemprograma MAX (Measurement and Automation Explorer) 4.0 koji se instalira sa NI-DAQ8.0Aplikacioni software: LabVIEW, C ili Visual Studio. Platforme: Windows, Mac, Linux.U ovom dokumentu dat je primer kako se koristi USB-6009 u LabView-u.

3.2. Oznaavanje I/O terminala

Pre nego to ponemo sa upotrebom USB-6009, moramo postaviti oznake na analogne idigitalne terminale. Na Slici 21. prikazani su analogni I/OP terminali sa oznakama kojioznaavaju diferencijalne signalne spojnice. (Generalno, diferencijalne signalne spojnicesu pogodnije od uzemljenih signalnih spojnica zbog bolje supresije buke jednosmernestruje).

29


30/54


Slika 21. Analogni I/O terminali sa oznakama za diferencijalne signalne spojnice

Slika 23 prikazuje digitalne I/O terminale sa konekcijama za individualne linije. P0 jeport 0, a P1 je port 1. Na primer, P0.3 je linija 3 na portu 0.

Slika 23: Digitalni I/O terminali

30


31/54


3.3 Testiranje USB-6009 u programu MAX

Pre nego to ponemo da koristimo USB-6009 u nekoj aplikaciji, trebamo da testiramoureaj pomou programa MAX.

Slika 24. MAX (Measurement and Automation Explorer Eksplorer za Merenje iAutomatizaciju)

31


32/54


U MAX prozoru, otvorimo stavke Devices and Interfaces (Ureaj i Interfejsi), slika 25.

Slika 25. Ureaji i interfejsi

Ako MAX prepozna USB-6009, ureaj se pojavljuje u NI-DAQmx ureajima.Kada MAX prepozna ureaj, moemo izvesti njegovo samotestiranje odabirom opcije

Self-Testu meniju.

Ukoliko se samotestiranje zavri bez greaka,, treba testirati pojedinane kanale USB-6009 kako bi proverili da li USB-6009 korektno bira ulazne signale, i da li izlazni signalikoje USB-6009 proizvodi imaju tane vrednosti. Ovaj I/O moe se testirati na nekolikonaina, u zavisnosti od toga koji kanal elimo da testiramo. Ovde emo, recimo, prikazatitestiranje analognog izlaznog kanala 0 (AO0) i analognog ulaznog kanala 0 (AI0) davidimo da li ispravno funkcioniu. Izveemo veoma jednostavan test, koji je dovoljan dabismo proverili da li oba AO0 i AI0 rade korektno. Procedura testa podrazumevakonektovanje AI0 kanala na AO0 kanal. Zatim stvaramo neto legalnog napona na Ao0.Ukoliko AI0 detektuje isti napon, znamo da i AO0 i AI0 rade. (Zatim moemo ponoviti

postupak i za ostale kanale). Ako, iz nekog razloga AI0 detektuje neki drugi napon, a neonaj koji smo odredili za AO0, znai da postoji greka ili kod AI0 kanala ili kod AO0kanala, i da je potrebno obaviti dalja ispitivanja.Kako bismo pripremili povratno testiranje, povezujemo zajedno AI0 i AO0. Kako bismovideli terminale ureaja USB-6009, odabiramo Device Pinouts u meniju prikazanom naSlici 25. Terminali ili pinovi prikazani su u prozoru za NI-DAQmx Device Terminals,vidi sliku 26.

32


33/54


Slika 26. Terminali ili pinovi prikazani su u prozoru za NI-DAQmx Device Terminals.

Slika 27. prikazuje AI0 i AO0 kanale koji su zajedno povezani.

Slika 27. Za pripremu povratnog testiranja povezujemo zajedno AI0 i AO0.

33


34/54


Za izvoenje povratnog testa, kliknemo desnim klikom na ureaj oznaen NI USB-8009; Dev1 u MAX, a zatim odaberemo Test Panels, nakon ega se otvara prozorTestPanels. U prozoru Test Panels, odaberemo Voltage Output tab (Izlazni Napon), vidi sliku28.

Slika 28. Dijalog prozor Voltage Output u prozoru Test Panels.

U dijalog prozoru Voltage Output, odaberemo bilo koju vrednost napona izmeu 0V i5V. Na Slici 28. odreena je vrednost izlaznog napona od 3.57V.Zatim, kliknemo na Analog Input tab (Analogni izlaz), vidi sliku 29. U ovom prozorumoemo ponititi Auto-scale chart (grafikon sa datim vrednostima).

34


35/54


Slika 29. Dijalog prozor Analog Input u prozoru Test Panels.

Ako testiranje kanala proe bez problema, moemo zavriti postupak testiranja

odabirom napona 0V kao vrednost izlaznog napona (u prozoru Voltage Output IzlazniNapon).

ProzorAnalog Input(Analogni Ulaz) treba da pokazuje isti (ili skoro isti) napon koji jepodeen za AO0. Mogu postojati male razlike u vrednosti zbog ograniene rezolucije kodDA pretvaraa (digitalni-u-analogno) i kod AD pretvaraa (analogni-u-digitalno).

35


36/54


3.4 Konfiguracija USB-6009 u programu MAX

Nakon to se testiranje uspeno izvede, moramo konfigurisati USB-6009 u programuMAX. U nastavku emo treba kreirati zadatke za operacije analognog ulaza i analognogizlaza. Ovi zadaci odnose se na aplikaciju programa, LabVIEW. Uopte govorei,zadatak predstavlja konfiguraciju signalne ulazne ili signalne izlazne operacije koja trebada se izvri pomou I/O ureaja. Kreiranje zadataka je opta karakteristika programaMAX, odnosno, zadaci se koriste i za konfiguraciju drugih I/O ureaja, a ne samo USB-6009.

Opte posmatrano, jedan zadatak moe da sadri jedan ili vie globalnih ili lokalnihvirtuelnih kanala, a jedan takav virtuelni kanal bazira se na jednom fizikom kanalu (imanpr. jedan pridodat terminal na I/O ureaju). Lokalni virtuelni kanal postoji samo uokviruglavnog zadatka, dok se globalni virtuelni kanal moe koristiti u nekoliko zadataka.Ukoliko se globalni kanal rekonfigurie, svi zadaci u okviru tog globalnog zadatka se uskladu sa tim update-ju. Sve ove stavke, odnosno:-Zadaci,-Lokalni i globalni virtuelni kanali,-Fiziki kanali,mogu se konfigurisati u programu MAX. Zadacima i virtuelnim kanalima mogu se datiimena (npr.zadatak_motor i mer_brzina), dok fiziki kanali imaju prethodno definisanaimena (npr. ai0, ai1, ao1).

3.4.1 Konfigurisanje analognog ulaza

Odabrati Create Task (Kreiraj zadatak) u meniju koji se otvori u prozoru, gde se moeodabrati tip merenja, vidi sliku 30.

Slika 30. Prozor u kome moemo odabrati tip merenja.

36


37/54


Biramo Analog Input (Analogni Ulaz), a kasnije emo odabrati Analog Output(Analogni Izlaz). Tako otvaramo prozor koji je prikazan na slici 31. u kome moemoodabrati tip merenja sa datog spiska.

Slika 31. Spisak opcija za tip merenja.

Sa spiska tipova merenja, u naem sluaju biramo Voltage (Napon), koji dalje otvaraprozor sa slike 32. u koji unosimo ime zadatka.

37


38/54


Slika 32. Prozor u koji unosimo ime zadatka.

Klikom na dugme Finish (Zavri) u prozoru prikazanom na slici 32. otvara se prozorprikazan na slici 33. gde biramo fizike kanale za svoj zadatak.

38


39/54


Slika 33. Odabiranje fizikog kanala za zadatak.

U prozoru prikazanom na slici 33. biramo ai0, to otvara prozor prikazan na slici 34.

Slika 34. Prozor za konfiguraciju analognog ulaza povezanog sa zadatkom_ai0.

Prozor prikazan na slici 34. ima nekoliko stavki. Informacija o jednoj od datih stavki jedata u prozoru koji je prikazan u pod-prozoru u donjem desnom uglu (vidi sliku 34.).

Spisak virtuelnih kanala, koji postoje u datoj oblasti dobiemo upotrebom dugmetaShow (Prikai) koje se nalazi na vrhu. Po default-u, ime virtuelnog kanala za kanalanalognog ulaza je Voltage (Napon), Voltage 1 itd. Meutim, kanale moemo

preimenovati desnim klikom na ime virtuelnog kanala, a zatim odabrati opciju Rename(Preimenuj) iz kontekst menija. Ovo je uraeno na slici 34. gde je default ime Voltagepreimenovano meas_speed (brzina merenja). Takoe, desnim klikom na ime virtuelnogkanala, (lokalni) virtuelni kanal se definie da postane globalni virtuelni kanal, to znaida kanal moe biti deo nekoliko zadataka istovremeno.

39


40/54


Konfiguracija terminala:Kada kaemo uzemljeno, znai da su svi kanali zajedno uzemljeni. Opseg signala za

uzemljenu spojnicu je 10V (fiksno).

Diferencijalni znai da svaki kanal ima svoje (individualno) uzemljenje. Diferencijalnaspojnica je naravno mnogo robusnija u odnosu na razlike u potencijalu uzemljenja, takoda moe biti default tip spojnice.

Prilagoeno skaliranje: Ono nam daje mogunost da definiemo skaliranje poetnogmerenja signala iz jedinice merenja (volti na USB-6009) u neku drugu jedinicu (npr. cm).Skalirana vrednost (npr. cm) je ta koja nam je kasnije dostupa u aplikacionom software-u(npr. LabVIEW). Ako odaberemeNo Scale (Bez skaliranja), onda je numerika vrednostpoetnog merenja signala (V) ta koja nam je kasnije dostupna u aplikacionom software-u.

Opseg Ulaznog Signala: Ovde selektujemo ulazni opseg. Opseg signala koddiferencijalne spojnice koji nam je na raspolaganju je 20V, 10V, 5V, 4V, 2,5V,

2V, 1,51,25V, 1V. Moramo paziti na to da je maksimalni napon na jednom pinu10V, u odnosu na osnovnu energiju. Na primer, ako je AI1 +10V, a AI5 -10V, onda jemerenje koje registruje USB-6008, +20V.

Skalirane Jedinice: Jedina opcija za USB-6009 je u voltima.

Vreme Zadatka: Prema Modulu za Dobijanje podataka imamo etiri opcije koje semanje-vie podrazumevaju. Na primer, ako se USB-6009 koristi za oitavanje merenjasignala i taj signal se ubacije u kontrolor koji izraunava kontrolni signal kao funkcijumerenja signala, onda emo koristiti opciju 1 Sample (On Demand)- Odabiranje Signala(po zahtevu).

Ako elimo da vidimo detalje o virtuelnom kanalu, kliknemo na dugme Show Details(PrikaiDetalje), slika 34. Prikazae nam se fiziki detalji koji su povezani sa virtuelnimkanalima, vidi sliku 35.

Slika 35. Detalji o virtuelnom kanalu mogu se prikazati/sakriti korienjem dugmetaShow Details/Hide Details (Prikai detalje/Sakrij detalje).

40


41/54


3.4.2 Konfigurisanje analognog izlaza

U prethodnom delu smo kreirali zadatak za analogni ulaz. Na isti nain moemo kreirati izadatak za analogni izlaz, odnosno, ako odaberemo Create Task (Kreiraj Zadatak)desnim klikom na meni USB-6009 ureaja, koji se pojavi u okviru Devices andInterfaces (Ureaji i Interfejsi), kao to je prikazano na slici 25. Slika 36. prikazujeprozor za krajnji zadatak konfiguracije za zadatak_ao task.

Slika 36. Prozor za konfiguraciju zadatak_ao task.

Kao to je na slici 36. prikazano, zadaci koji su konfigurisani pojavljuju se u okviru

Data Neighborhood/Ni-DAQmx zadataka.

uvanje konfiguracijeKonfiguracija se moe sauvati upotrebom dugmeta Save (Sauvaj), slika 36. uvaju senovija podeavanja, i svaki put kada otvorimo program MAX ona se uitavaju.Konfiguraciju moemo poslati i u neki fajl preko menijaFile/Export. Ovaj meni imaju iopcijuImport(unos). Nakon to smo zavrili sa konfiguracijom ureaja u programu MAX, moramo dazatvorimo MAX (u suprotnom moe doi do greke).

41


42/54


3.5 Upotreba USB-6009 u LabVIEW

Funkcije koje su potrebne za programiranje I/O operacija za USB-6009 moemo nai uFunctions/NI Measurements (Funkcije/NI Merenja) (Measurement I/O u LabVIEW 8 Merenja I/O u LabVIEW 8)/ DAQmx paleta. slika 37. prikazuje sadraj DAQmx palete.

Slika 37. DAQmx paleta na paleti Funkcije.

3.5.1 Jednostruko odabiranje signala na jednom kanalu

Treba voditi rauna o tome da se koriste i funkcije In Range i Coerce (U opsegu iPrinudno odreeno) kako bi se ograniile numerike vrednosti koje se unose u funkcijuupisivanja vrednosti DAQmx. Ovde je vrednost ograniene izmeu 0 i 5. Ukoliko smoupisali vrednosti koja je van ovog opsega datog u Funkciji upisivanja vrednosti DAQmx,

javie nam da je dolo do greke zbog funkcije ogranienja signala (moe da koristi samoizlaz napona izmeu 0 i 5 volti).

42


43/54


Slika 38. Prednja ploa ao_ai.vi

Slika 39. Blok dijagram ao_au.vi

43


44/54


Funkcija DAQmx Start Task (Zaponi Zadatak) moe se koristiti jednom, prestartovanja While loop funkcije.

Funkcija DAQmx Stop Task (Zavri Zadatak) moe se koristiti jednom, nakonzavretka While loop funkcije.

Funkcija oitavanja DAQmx programa oitava vrednost napona kanala analognog ulazakao to je definisano u zadataku task_ai. Polje prikljueno osnovnoj funkciji jePolymorphic VI Sector (Polimorfni VI sektor) iz koga moemo da biramo tipovezadataka funkcije koju oitavamo.

Funkcija upisivanja podataka DAQmx upisuje vrednost napona kanala analognog izlazakao to je definisano u zadatku task_ao. Preko Polymorphic VI Sector (Polimorfnog VIsektora) moemo odabrati tip podataka funkcije koju upisujemo.

3.5.2 Pojedinano biranje signala na viestrukim kanalima

U programu MAX moemo definisati zadatke koji obuhvataju I/O na nekoliko(virtuelnih) kanala istovremeno. Ovo se radi odabiranjem opcije Add Channels (Dodajkanale) u programu MAX, vidi sliku 36.

Koristimo funkcijuIndex Array (Indeks ureivanja) (na Array paleti). Slika 40. i slika41. prikazuju prednju plou i blok dijagram. Multiple_ai.vi je primer viestrukoganalognog ulaza.

Slika 40. Prednja ploa multiple_ai.vi.

44


45/54


Slika 41. Blok dijagram multiple_ai.vi.

/

45


46/54


4. Realizacija virtuelnog instrumenta

Virtuelni instrument je sloen hardversko softverski sistem. Njegova funkcija je

identina funkciji klasinog instrumenta, razlika je u nainu prezentacije rezultatamerenja. Virtuelni instrument se praktino sastoji iz dva dela sloja: hardverskog isoftverskog.

Hardverski, odnosno fiziki sloj, ini raunar sa odgovarajuom mernom, akvizicionomi dodatnom opremom.

Mernu opremu ine razni senzori za razliite fizike (neelektrine) veliine, pa ak iklasini merni ureaji (multimetri, osciloskopi i sl.), koji omoguavaju registrovanjerazliitih fizikih veliina i njihovo konvertovanje u elektrine ekvivalente.

Akviziciona oprema je, u stvari, sama akviziciona kartica ili neki drugi akvizicioniureaj, koji elektrine ekvivalente merenih fizikih veliina dovodi u softverski slojvirtuelnog instrumenta, odnosno u aplikaciju koj dalje obrauje i prikazuje dobijene

podatke.Dodatnu opremu ine razne vrste kablova, razvodnih blokova i ureaji zakondicioniranje elektrinih ekvivalenata merenih veliina, koji slue za povezivanjemernih ureaja i akvizicionog hardvera.

Softversku komponentu virtuelnog instrumenta ine drajveri sa rad sa akvizicionimureajem i softver vieg nivoa za akviziciju i obradu podataka aplikacija virtuelnoginstrumenta. esto, u literaturi, termin virtuelni instrument predstavlja sinonim zaaplikaciju virtuelnog instrumenta. Funkcija aplikacije je definisanje signala koji segeneriu, obrada podataka dobijenih akvizicijom i njihovo prezentovanje. Aplikacijevirtuelnih instrumenata imaju iste osobine kao i druge aplikacije. Njihova specifinost jeto to su izraene u potpunom grafikom okruenju, tj. i interfejs (front panel) aplikacije isam kod (blok dijagram) su izgraeni od gfrafikih elemenata.

Postoje razliiti softverski alati za kreiranje aplikacija virtuelnih instrumenata. Svakakonajpoznatiji i najprimenjiviji jeLabVIEW.

4.1 Hardverska komponenta virtuelnog instrumenta

S obzirom da su u ovom konkretnom sluaju merene veliine izlazni naponiodgovarajuih elektrinih kola, to nam nije potrebna posebna merna oprema, ve seizvodi sa mernih mesta u kolima direktno (preko razvodnog bloka i odgovarajueg kabla)vezuju na ulaze akvizicionog hardvera.

Akvizicioni hardver u ovom sluaju je akviziciona kartica NIUSB-6009. Vezuje se naPCI magistralu matine ploe raunara. Ova kartica poseduje 16 single ended ili 8diferencijalnih analognih ulaza rezolucije 16 bita i brzine semplovanja 1,25 MS/s (singlechannel), dva analogna izlaza rezolucije 16 bita i brzine semplovanja 2,86 MS/s (singlechannel), ukupno 24 digitalnih I/O kanala, dva 32 bitna 80 MHz brojaa/tajmera.Maksimalni radni ulazni napon je 11 V (signal + signal srednje vrednosti), opseziulaznog napona su 10 V, 5 V, 2 V, 1 V, 0,5 V, 0,2 V, 0,1 V, ulazna

46


47/54


otpornost je vea od 10 G. Opsezi izlaznog napona su 10 V, 5 V, sa mogunoukorienja spoljnog naponskog izvora kao referentnog napona za izlazni napon, izlaznaotpornost je 0,2 . I ulazni i izlazni kanali kartice poseduju mogunost DMA (directmemory access) transfera podataka, to omoguava veoma brz rad. Takoe, kartica poseduje ugraeno kolo za temeperaturnu stabilizaciju radi eliminacije sistematskih

greki merenja koje nastaju kao posledica zagrevanja komponenti.Procedura konfigurisanja ulaznih kanala akvizicione kartice za odreeni metodpovezivanja je vrlo jednostavna i vrlo slina za bilo koji od metoda.

to se tie izlaznih kanala moe se, ali nije neophodno specificirati metod povezivanja,jer e inae sama aplikacija konfigurisati ovu opciju.

Dodatna oprema koja se koristi je razvodni blok CB 68LP (Slika 42.) i kabl za povezivanje razvodnog bloka i akvizicione kartice SHC68 68 EPM (koji jepreporuen) ili SHC68 68 EP.

Slika 42. Razvodni blok CB 68LP

Podeavanjem parametara signala generatora i/ili odabirom odgovarajuih elemenatakola, moemo vrlo jednostavno obezbediti da analogni ulazi kartice ne primaju signalvei od 10 V. Prema tome, dodatno kondicioniranje ulaznih signala akvizicione karticenije potrebno.

4.2 Softverska komponenta virtuelnog instrumenta

Realizacija softverske komponente virtuelnog instrumenta je dvoslojna:

konfiguracija kartice i drajvera izrada aplikacije virtuelnog instrumenta koja e upravljati procesima akvizicije,obrade i prezentovanja dobijenih rezultata.

47


48/54


1 4.2.1 Konfiguracija kartice i drajvera

Kartica NIUSB-6009 je podrana NI DAQmx drajverima, koji podravaju DMAtransfer podataka i mnoge druge pogodnosti u odnosu na stariju verziju Traditional NI DAQ. Konfiguracija akvizicione kartice je jednostavna uz pomo Measurement &Automation Explorer(MAX) aplikacije koja dolazi uz drajvere.

Potrebno je konfigurisati ulazne i izlazne analogne kanale koje emo koristiti. Tomoemo uraditi za vreme realizacije blok dijagrama (G koda aplikacije virtuelnoginstrumenta) konfiguriui odgovarajue fizike kanale ili moemo kreirati odgovarajuevirtuelne kanale, i kasnije ih samo upotrebiti u aplikaciji. Svaki virtuelni kanal se kreiraza odreeni fiziki kanal uz odgovarajui set opcija. Virtuelni kanali su globalnogkaraktera. Na slikama 43, 44, 45, i 46. prikazana je konfiguracija ulaznog virtuelnogkanala InputVoltage u MAX aplikaciji. Ovaj virtuelni kanal je kasnije korien u

aplikaciji virtuelnog instrumenta.Sa slika 43. i 44. vidi se da je za dati virtuelni kanal i dati metod (NRSE) ulazni fiziki

kanalAI0 (pin 68), a drugi prikljuak e biti vezana zaAI SENSE(pin 62).Konfigurisanje izlaznih virtuelnih kanala je analogno prethodnom.

Slika 43. Konfiguracija virtuelnog ulaznog analognog kanala u MAX

48


49/54


Slika 44. Pridrueni fiziki kanal kreiranom virtuelnom kanalu

Slika 45. Odgovarajui konektori na razvodnom bloku za dati virtuelni kanal

Slika 46. Grafiki prikaz

49


50/54


Sika 47. Raspored pinova za USB-6009

4.2.2 Aplikacija virtuelnog instrumenta

Aplikacija virtuelnog instrumenta ima sledee bitne elemente: interfejs ka drajveruakvizicione kartice ( DAQ Assistant), funkcije za manipulaciju i obradu signala(programirane u G kodu) i korisniki interfejs (front panel). DAQ Assistantprosleujeaplikaciji neobraene signale dobijene akvizicijom, odnosno, u sluaju generisanjasignala, dobijene podatke prosleuje drajveru. Svi parametri virtuelnih kanala se moguprekoDAQ Assistantinterfejsa kontrolisati programski (slika 48.).

50


51/54


Slika 48. DAQ Assistant interfejsFunkcije za manipulaciju i obradu podataka mogu se podeliti u vie razliitih grupa:

funkcije za elementarnu obradu numerikih podataka, stringova, nizova, zapisa, funkcijeza obradu dinamikih podataka signala, funkcije za kontrolu toka programa, funkcije zakomunikaciju, funkcije za rad sa fajlovima, bazama podataka itd. Veliki broj funkcija

predstavlja virtuelni instrument nieg nivoa, tako da celokupna aplikacija imahijerarhijsku strukturu.Korisniki interfejs je grafiki. Zadatak korisnikog interfejsa je da omogui kontrolu

procesa merenja, definisanje parametara generisanih signala i prezentovanje dobijenih iobraenih signala. Korisniki interfejs aplikacije virtuelnog instrumenta je prikazana naslici 49. a sama aplikacija na slici 50.

Slika 49. Korisniki interfejs aplikacije virtuelnog instrumenta

51


52/54


Slika 50. Aplikacija virtuelnog instrumenta

52


53/54


5. Zakljuak

Optika vlakna su danas kljuni deo svetlovodnih komunikacionih sistema. Optikovlakno je veoma tanka nit od silicijumskog stakla geometrijski veoma slino ljudskojdlaci. Prva istraivanja sa prenosom signala kroz optiko vlakno (1995 godina) raena susa plastinim vlaknima. Razvitkom silikonskog optikog vlakna gotovo je dolo doeliminacije plastinih optikih vlakana. Plastino optiko vlakno danas nije van upotrebe.Planiraju se brojne aplikacije kao to su mree u domainstvima i manjim kancelarijama. Najvanija karakteristika plastinog vlakna je debljina vlakna. Debljina je ta kojaomoguava lako spajanje sa konektorima i jeftinu cenu instaliranja. Nia cena je jedinaprednost koju plastino vlakno ima nad staklenim.

LabVIEW je softver za virtuelnu instrumentaciju iji je proizvoa amerikakompanija National Instruments. Proizvoai ga svrstavaju u programske jezike optenamene (kao C++ i Visual Basic) sa ekstenzivnim bibliotekama i funkcijama za bilo kojenamene. LabVIEW je grafiki orjentisan programski jezik koji koristi ikonice umestolinija teksta za kreiranje aplikacija. Programski paket LabVIEW omoguava realizacijukompletnog merno-akvizicijskog sistema, od prihvata signala sa hardvera do analize i prezentacije podataka. LabVIEW programi se nazivaju virtuelni instrumenti zato tonjihovo pojavljivanje i operacije imitiraju fizike instrumente kao to su osciloskopi imultimetri. LabVIEW radi pod operativnom sistemima Windows, Macintosh, Sun i Unix.Kako proizvoai napominju VI su potpuno nezavisni od platforme. U diplomskom raduje koriena verzija LabVIEW 7.1.

Prilikom realizacije diplomskog rada korien je multifunkcionalni I/O ureaj National Instrument USB-6009, ureaj za prikupljanje osnovnih podataka (DAQ) ikontrolni ureaj sa analognim i digitalnim ulazom i izlazom. U konkretnom sluajumerene veliine su izlazni naponi odgovarajuih elektrinih kola, pa bila potrebnaposebna merna oprema, ve su se izvodi sa mernih mesta u kolima direktno (prekorazvodnog bloka i odgovarajueg kabla) povezivali na ulaze akvizicionog hardvera.Realizacija softverske komponente virtuelnog instrumenta bila je dvoslojna: konfiguracija kartice i drajvera izrada aplikacije virtuelnog instrumenta koja e upravljati procesima akvizicije,

obrade i prezentovanja dobijenih rezultata.

Aplikacija virtuelnog instrumenta ima sledee bitne elemente: interfejs ka drajveruakvizicione kartice ( DAQ Assistant), funkcije za manipulaciju i obradu signala

(programirane u G kodu) i korisniki interfejs (front panel). DAQ Assistantprosleujeaplikaciji neobraene signale dobijene akvizicijom, odnosno, u sluaju generisanjasignala, dobijene podatke prosleuje drajveru.

Mogunosti korienja kompjuterai razliitih kombinacija hardvera i softvera su

velike i jo uvek nedovoljno iskoriene pre svega u razliitim merenjima u elektronici.Ovakvi radovi bi trebali da budu mali doprinos na tom polju koji bi doveo do veeg i boljem iskorienju takvih mogunosti i smernica emu je sve mogue teiti ubudunosti.

53


54/54


6. Literatura

[1] Surasak Sanguanpong, Fiber Optics Fundamentals[2] Stjepan Tepavevi, Optiki kablovi, Bilten telekomunikacija, br. 1,

Telefonija 1996.[3] Dr Zoran Stevi : Optoelektronika - Univerzitet u Beogradu, Tehniki fakultet u

Boru, Grafomed, 2005.[4] www.rgf.bg.ac.rs[5] http://en.wikipedia.org[6] http://www.automatika.rs/[7] Andrija Kunarac, www.telfor.org.rs[8] Svetislav Risti, Osnovi optikog prenosa informacija, Bilten telekomunikacija,

broj 3/4, Telefonija 1998[9] Hecht, Jeff, Understanding Fiber Optics

[10] Miguel Andres, Figer and integrated optics[11] http://www.ni.com/labview/[12] http://www.kostic.niu.edu/DAQ-LabVIEW.html[13] http://www.link-elearning.com/linkdl/elearning/
http://www.rgf.bg.ac.rs/http://en.wikipedia.org/http://www.automatika.rs/http://www.telfor.org.rs/http://www.ni.com/labview/http://www.kostic.niu.edu/DAQ-LabVIEW.htmlhttp://www.link-elearning.com/linkdl/elearning/http://www.rgf.bg.ac.rs/http://en.wikipedia.org/http://www.automatika.rs/http://www.telfor.org.rs/http://www.ni.com/labview/http://www.kostic.niu.edu/DAQ-LabVIEW.htmlhttp://www.link-elearning.com/linkdl/elearning/

Documents

Virtuelni Lab-View Instrument