Technology Board 2009
Beveiliging van gebouwen en producten
Het hoofdstuk instrumentatie bestaat uit twee onderdelen die elk door een andere medewerker zijn gemaakt. Eerst zullen we uitleggen wat een oscilloscoop is en waar je op moet letten bij de aanschaf van een nieuwe oscilloscoop. Het tweede onderdeel bestaat uit sensoren, welke sensoren zijn er, wat zijn de voordelen er van en hoe kun je gebruik van sensoren maken bij de beveiliging van een pand.
Een oscilloscoop, ook wel scoop genoemd, is een elektronisch meettoestel waarmee het verloop van elektrische spanningen zichtbaar gemaakt kan worden op een scherm, oftewel een V/t grafiek.
Het doel van dit artikel is om in het kort meer duidelijkheid te verschaffen waar je op moet letten bij de aanschaf van een oscilloscoop.
Voordat je een oscilloscoop gaat aanschaffen is het handig om de betekenis van de belangrijkste begrippen met betrekking tot de scoop te weten. Daarom staan hieronder kort enkele begrippen m.b.t. dit meetinstrument uitgelegd.
|
Bandbreedte: |
Het frequentiebereik waarbinnen de signaalamplitude niet meer dan 3 dB is afgenomen.
|
|
|
Zin: |
Ingangsimpedantie
|
|
|
Y-bereik |
Het bereik van de verticale schaal. Geeft de amplitude van een extern signaal aan.
|
|
|
X-bereik |
Het bereik van de horizontale schaal. Geeft de tijd aan. Wordt gebruikelijk bediend door de tijdbasis.
|
|
|
XY-mode |
Zowel de horizontale als de verticale schaal worden bediend door een extern aangelegd signaal.
|
|
|
Z-modulatie |
Het variëren van de lichtintensiteit met een extern signaal.
|
|
|
Stijgtijd |
De minimale tijd die benodigd is om de elektronenstraal van 10 % naar 90 % hoogte van het scherm te brengen.
|
|
|
Trigger
auto normal
single
edge pattern pulse width
TV |
Het signaal dat aangeeft dat met het beschrijven van het scherm kan worden begonnen. De trigger wordt automatisch gereset voor een volgende trigger. Idem als auto, echter als de trigger afwezig is, is ook de elektronenstraal uit. De trigger wordt nu niet meer gereset. Bij geheugenoscilloscopen blijft de getriggerde golfvorm op het scherm staan. Er wordt getriggerd op de flanken van het te meten signaal. Er wordt getriggerd op een patroon in het te meten signaal. Er
wordt getriggerd op een bepaalde pulsbreedte in het te meten
signaal. Er wordt getriggerd op een videosignaal. |
|
|
Delay range |
Het bereik waarbinnen het starten van het beschrijven van het scherm kan worden uitgesteld (post-trigger). Indien een vertragingslijn beschikbaar is, zijn ook negatieve tijden mogelijk. Een gedeelte van de golfvorm voor de trigger kan dan worden weergegeven (pre-trigger). |
|
|
Sample rate
|
De frequentie waarmee monsters van het signaal worden genomen (bemonsteringsfrequentie). |
|
Allereerst
is het belangrijk om na te gaan welke bandbreedte en hoeveel kanalen
je nodig hebt voor de metingen die je gaat verrichten. De bandbreedte
en het aantal kanalen van een scoop zijn namelijk niet achteraf uit
te breiden.
Verder is een oscilloscoop niets zonder juiste probes en adapters. Zij zorgen namelijk voor de zeer belangrijke koppeling tussen het te meten object en de oscilloscoop.
Het is ook belangrijk om op de levensduur van de instrumenten te letten, in verband met verkrijgbaarheid van reserve onderdelen.
De vraag of je een analoge of digitale scoop moet kiezen, is afhankelijk van de uiteindelijke toepassing. Digitale apparaten hebben last van onnauwkeurigheid bij de A/D-omzetting, waardoor detail in de golfvorm verloren kan gaan. Een goed digitaal apparaat kan wel weer erg uitgebreide geheugen- en triggerfuncties bieden, analoge instrumenten zijn hierin beperkter.
Kies je voor een digitale geheugenoscilloscoop, let er bij het bepalen van de benodigde bemonsteringsfrequentie dan op dat deze apparaten vaak in twee verschillende standen kunnen meten. De realtime-modus is vooral bedoeld voor single-shot metingen tot de fysieke samplerate van de A/D-converters. In de repetitieve-modus kan een periodiek signaal op een hogere sample-rate bemonsterd worden dan de A/D-converters feitelijk aankunnen. Hierbij wordt herhaaldelijk een realtime-meting gedaan op een tijdstip dat elke keer een klein deel van de periodetijd verschoven wordt. Omdat het signaal repeterend is, kunnen de meetresultaten gecombineerd worden. Zo lijkt het alsof het signaal met een (veel) hogere samplerate is bemonsterd.
Let wel, dit geldt dus alleen voor repeterende signalen! Bovendien willen sommige fabrikanten nog wel eens adverteren met deze hoge sample-rate terwijl de echte, fysieke rate dus aanmerkelijk lager ligt.
Dan moet er nog aandacht besteed worden aan de geheugendiepte. Hoe groter het geheugen, hoe hoger de sample-rate kan zijn bij een groter tijdbasisbereik. Let ook op de triggermogelijkheden, bij digitale oscilloscopen met name op de functies die het detecteren van zeldzame gebeurtenissen mogelijk maken.
Tot slot zijn ook de (rekenkundige) analysefuncties en rapportage-mogelijkheden mogelijk. Bij de meeste fabrikaten zijn diverse basisfuncties aanwezig en vaak kunnen extra software-modules worden ingezet om de mogelijkheden uit te breiden. Niet alleen de analyse-software, maar ook de firmware van de meeste digitale oscilloscopen wordt vaak naderhand verbeterd, het is dus verstandig om deze updates in de gaten te houden. Veel opties bij duurdere apparaten zijn overigens vaak al aanwezig, deze moeten alleen nog geactiveerd worden met de juiste software-sleutels. Op de digitale oscilloscopen die op een Windows-platform draaien, kan vaak ook normale software meedraaien, zoals bijvoorbeeld Matlab. Dus ook op deze manier kunnen extra functies toegevoegd worden.
Bronnen:
De oscilloscoop - van analoog tot digitaal, Jean Strubbe, 2006
Meten & Weten, 22 oscilloscopen getest, Elektuur, David Daamen, 10-2004
http://www.radio-electronics.com/info/t_and_m/oscilloscope/buying_scope.php, mei 2009
Hieronder bevinden zich twee oscilloscopen die net op de markt zijn gekomen. De Eerste is echt een snelle jongen, maar daar is de prijs ook naar. De Agilent scoop is de helft goedkoper, maar kan dan ook maar tot 100MHz meten terwijl de lecroy tot wel 2GHz haalt!
Waverunner XI-A, zo heet de nieuwe digitale oscilloscoop van Lecroy. Het
instrument kan overweg met signalen tussen 400 MHz en 2 GHz. De
bemonstersnelheid bedraagt 10 GS/s en er is 25 Mpts geheugenruimte.
Lecroy heeft het moederbord vernieuwt ten opzichte van eerdere
modellen in de Waverunner XI-reeks. Met een Intel Core 2
Duo-processor, sneller Ram en een rappere harde schijf claimt het
bedrijf dat de oscilloscoop 40 tot 70 procent sneller is dan de
concurrentie. Alle Waverunner XI-A-modellen zijn compatibel met
Lecroys pakketten voor seriële triggering en decodering. Hiermee
kunnen ingenieurs snel protocollen analyseren zoals Can, Flexray,
I2C, Lin, RS232, SPI en Uart. Deze scoop cost ongeveer 8000 Euro.
Bits & Chips Hardwarespecial |Alexander Pil | 10 april 2009
Soms is het cruciaal om subtiele signaaldetails en zelden voorkomende gebeurtenissen in beeld te brengen. Agilent stelt dat zijn Infiniivision 7000-familie het beste inzicht geeft in ontwerpen die analoge en digitale of seriële signalen bevatten. De combinatie van een groot display en mixed-signalmogelijkheden was eerder niet beschikbaar voor engineers die slechts 100 MHz nodig hadden.
De Infiniivision 7000-serie van Agilent heeft vier nieuwe modellen die 100 MHz halen. De reeks van mixed-signal en digitale-opslagoscilloscopen biedt nu bandbreedtes van 100 MHz tot 1 GHz. De instrumenten kunnen honderdduizend golfvormen per seconde verwerken en afbeelden op het 12,2 inch XGA-lcd-scherm. Het grote scherm maakt het mogelijk om twintig signalen tegelijk te bekijken. Er zijn software pakketten beschikbaar voor onder meer Can, Flexray, I2C, Lin, RS232, SPI en Uart.
De 100MHz Osciloscoop kost ongeveer 3.600Euro en de 1GHz versie kost ongeveer 14.000 Euro.
Bits & Chips Hardwarespecial |Alexander Pil | 10 april 2009
Met geavanceerde elektronische systemen kunnen gebouwen steeds beter op afstand in de gaten worden gehouden. Via onopvallende melders worden veranderingen aan of in een object nauwkeurig gesignaleerd. Gebeurtenissen als het openen van een raam of beweging in een ruimte, worden via een stil alarm gemeld aan een alarmcentrale, waarna actie volgt.
Er zijn verschillende elektronische detectiemethoden op de markt. De signalen kunnen via het telefoonnet als een stil alarm naar de alarmcentrale worden doorgegeven, maar ze kunnen ook geluids- en lichtsignalen in of aan het gebouw activeren. Elk systeem heeft zo zijn mogelijkheden en beperkingen.
De meeste elektronische detectiesystemen bestaan uit sensoren. Sensoren zetten een elektrisch of niet-elektrisch signaal om in een eigen elektrisch signaal waar vervolgens bewerkingen op uitgevoerd kunnen worden door een PC, een PLC of andere elektrische apparatuur. Voorbeelden van niet-elektrische signalen die sensoren op kunnen vangen en om kunnen zetten zijn:
Temperatuur
Rook of andere gassen
Bewegingen
Druk
Magnetisch veld
Hoogte
Verplaatsing
Met de verschillende sensoren kan een dicht net van detectiesystemen gevormd worden:
Er zijn verschillende mogelijkheden om alarm te laten slaan. Een brandalarm zal bijvoorbeeld een loeiende sirene op het dak kunnen zijn, terwijl een (stil) inbraakalarm verbonden wordt met een alarmcentrale via het telefoonnet, gsm-net of het internet.
Ook blauwe, gele of rode lichtsignalen kunnen aangeven dat er iets aan de hand is. Bij een luid alarm word er vaak voor gekozen om er ook een lichtsignaal bij te geven zodat snel duidelijk is waar de herrie vandaan komt.
Er komen steeds meer sensoren in de beveiliging die oude meetapparatuur vervangen, ondanks dat kreeg ik tijden mijn onderzoek niet het idee dat de beveiligingsbranche voorop loopt in het ontwerpen van nieuwe sensoren. Vaak worden bestaande sensoren in andere branches overgenomen en aangepast voor de beveiliging. Zo wordt er de laatste tijd meer geïnvesteerd in de persoonsherkenning. Een persoon kun je herkennen aan drie verschillende soorten kenmerken:
Bij fysieke kenmerken moet je denken aan vingerafdrukken, handgeometrie en iris of gelaatsherkenning. Een aantal jaren terug waren er bij bijvoorbeeld vingerafdrukken nog wel wat bezwaren, als mensen een keer eelt of blaren op hun vingers hebben kon het gebeuren dat je vinger niet herkend werd. Tegenwoordig gebruikt men daarom steeds meer multispectrale sensoren. Die kijken ook onder de huid waardoor de informatie die gevonden wordt betrouwbaarder wordt.
Gedragsherkenning bestaat bijvoorbeeld uit het zetten van een handtekening of het geven van een stemcommando om binnen te komen. Stemcommando's worden hier nog het meest gebruikt als beveiliging en handtekeningen meer als controle achteraf.
Een persoon kun je ook herkennen aan chemische kenmerken, zoals DNA of lichaamsgeur. Sensoren om mensen hierop te controleren zijn alleen nog niet echt toegepast in de beveiliging.
Een voordeel van elektrische sensoren boven het gebruik van oude meetapparatuur is dat deze draadloos met elkaar, een PC, PLC of andere elektrische apparatuur kunnen communiceren. Behalve dat apparatuur er netter uitziet zonder draadjes is het ook praktischer; het is gemakkelijker om aan te brengen en doordat de draden bij een sensor vaak het kwetsbaarst zijn ontstaat er ook minder slijtage. Je hoeft niet bang te zijn voor losse, doorgesneden of doorgebrande draden of andere problemen.
© Copyright 2009 by TIF class Hogeschool Zeeland
With thanks to the members of Hogeschool Zeeland Technology Board 2009