Single-Ended ve Differential Girişler

Hiç “single-ended (tek uçlu)” ve “differential input (diferansiyel giriş)” terimlerini duydunuz mu? Farkın ne olduğunu hiç merak ettiniz mi? Veya sinyal nasıl etkilenir?

Tek uçlu ve diferansiyel girişler arasındaki farkı bilmek önemlidir, çünkü verilerinizin kalitesini büyük ölçüde etkileyebilir.

Tek uçlu (single ended) bir giriş, bir kablo ile toprak arasındaki voltaj farkını ölçer. Bu fark daha sonra çıktıyı sağlamak için güçlendirilir.

Sinyali taşıyan tel elektrik arkaplan gürültüsünü alırken tek uçlu girişler parazitten etkilenebilir. Tek uçlu bir girişteki sinyal de toprak döngülerine maruz kalabilir.

Örneğin, bir güç kablosunun (60Hz’de 110V taşıyan) yakınında bulunan sensör kablosu, güç kablosundan EMF (Elektrik ve Manyetik Alan) gürültüsüne maruz kalabilir.

Burada bir ivmeölçer kablosu Simcenter SCADAS Mobile bağlanır ve bir hava tankına monte edilir. Sensör kablosunun üstünden bir güç kablosu geçmektedir.

Aşağıdaki grafik kabloda neler olduğunu göstermektedir. Solda, kablo (gri kutu) ve EMF’nin yandan (kırmızı ok) girmesi var. Kablonun içinde, kablo üzerinde istenen sinyali (mor) ve kablo üzerinde EMF’yi (kırmızı, 60Hz) görüyoruz. Sağda kablonun çıkışını görüyoruz.

Sol: Gri kutu, algılayıcıyı Simcenter SCADAS’a bağlayan kabloyu temsil eder. Mor istenen sinyaldir, kırmızı EMF’dir. Sağ: Çıkış (Simcenter SCADAS veri toplamada gösterilir) sistemi, istenen sinyal ve gürültünün eklenmesiyle oluşur. Sağ Alt: Çıktının bir FFT’si: sinyal ve gürültü (60Hz) bileşenlerinden oluşur.Bu nedenle, tek uçlu (single ended) girişler gürültüye duyarlıdır.

Gürültü sinyal seviyesine göredir. Yüksek çıkış voltajına (ivmeölçerler) sahip sensörler kullanıldığında, EMF gürültüsü çıkışı etkilemeyebilir. Ancak, sensör nispeten düşük voltaj çıkışına (gerinim ölçerler) sahipse, gürültünün çıkış üzerinde büyük bir etkisi olacaktır.

Bir diferansiyel girişin toprağa referansı yoktur. Aksine, diferansiyel giriş sinyali bir (+) sinyal kablosu ve bir (-) sinyal kablosu olmak üzere iki kablo üzerinde taşır. Aşağıdaki şekle bakın. (+) Ve (-) sinyal kabloları kablo boyunca taşınır ve EMF kablo boyunca yandan sokulur.

Soldaki gri kutu, (+) ve (-) sinyal kablolarıyla teli temsil eder. Soldaki mor dalgalar tellerde istenen sinyallerdir. Kırmızı dalgalar EMF gürültüsüdür. Kırmızı ok, bir güç kablosundan EMF’yi temsil eder. Sağdaki mor dalga, iki tel üzerindeki sinyalleri birbirinden çıkardıktan sonra ortaya çıkar.

Çıkış değeri, iki kablodaki sinyaller arasındaki farktır (ortak mod reddi). Çıktının gürültüyü ortadan kaldırdığına ve istenen sinyalin ikiye katlandığına dikkat edin. Bunun nedeni, (+) telindeki sinyalin (-) telindeki sinyalin tersi olmasıdır (çünkü (-) telindeki sinyal -1 ile çarpılır). Bu nedenle, (-) sinyal telini (+) sinyal telinden çıkararak istenen sinyal iki katına çıkar. EMF kaynaklı gürültü her kabloda aynıdır (çünkü yandan gelir). İki sinyal kablosu arasındaki fark alınarak EMF gürültüsünün çoğu reddedilir.

Örnek
İki adet gerinim pulu aynı çubuğa yapıştırılır ve Simcenter SCADAS Mobile’ a bağlanır. Pullardan biri tam köprü (full bridge) yani diferansiyel giriş, diğeri ise çeyrek köprü (quarter bridge) yani tek uçlu (single ended) giriştir.

Soru 1: Hangi pulun okuduğu değer zaman alanında daha fazla gürültüye sahip olacak? Tam köprü mü, çeyrek köprü mü?

Soru 2: Pulların yanında bir güç kablosu (110V, 60Hz) tutulduğunda, hangi sinyal, kablonun oluşturduğu EMF’den daha fazla etkilenecektir? Tam köprü sinyali mi yoksa çeyrek köprü sinyali mi?

Cevap 1: Çeyrek köprü bağlantılı (tek uçlu) gerinim puluzaman alanında çok daha gürültülü bir okuma üretir.

Cevap 2:Çeyrek köprü bağlantılı (tek uçlu) gerinim pulu EMF’den daha fazla etkilenirken, diferansiyel giriş göstergesi gürültüyü reddeder.

Aşağıdaki grafik, iki gerinim sinyalinin FFT’sini göstermektedir.

İki gerinim pullarından gelen sinyallerin FFT’sini etkileyen 60Hz EMF ve harmonikleri.
Daha yakından bakıldığında, 60Hz güç kablosu gürültüsünün genliğinin, tam köprüde çeyrek köprüden çok daha az olduğunu görülebilir.

Tek uçlu giriş, diferansiyel girişten çok daha fazla güç kablosu gürültüsünden etkilenir.
Diferansiyel giriş kullanmak EMF gürültüsünü azaltmak için harika bir yoldur!

Kanal Ayarı İpuçları

Sensörünüzün tek uçlu mu yoksa diferansiyel mi olduğuna dair bir ipucu ister misiniz? Kanal kurulumu altında, kaplin sütununu ekleyin (Tools->Channel Setup Visibility). Hangi InputMode ayarladığınıza bağlı olarak, kaplin otomatik olarak uygulanır. Tam köprü gerinim ölçerler diferansiyeldir, yarım köprü ölçerler, çeyrek köprü ölçerler ve ICP sensörleri tek uçludur.

Giriş Modunu Voltaj AC, Voltaj DC veya Aktif sensöre ayarlıyorsanız, kaplin otomatik olarak tek uçlu olarak ayarlanacaktır. Diferansiyel sensörü kullanıyorsanız, kaplin diferansiyele değiştirmeniz gerekir.

Uygulama hakkında sorularınız için DTA Mühendislik Test Bölümü mühendisleriyle iletişime geçebilirsiniz.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *