PRILOGA 4

OBDELAVA PODATKOV ZA SISTEM POMOČI PRI ZAVIRANJU (BAS)

(glej odstavek 7.2.3 tega pravilnika)

1. ANALOGNA OBDELAVA PODATKOV

Pasovna širina celotnega kombiniranega sistema pretvarjanja/beleženja izmerjenih vrednosti ne sme biti manjša od 30 Hz.

Za izvajanje potrebnega filtriranja signalov je treba uporabiti nizkoprepustne filtre razreda 4 ali več. Širina prepustnega pasu (od 0 Hz do frekvence fo pri – 3 dB) ne sme biti manjša od 30 Hz. Odstopanja pri amplitudi v ustreznem frekvenčnem območju od 0 Hz do 30 Hz morajo biti manjša od ± 0,5 odstotka. Vsi analogni signali morajo biti obdelani s filtri, ki imajo dovolj podobne fazne značilnosti za zagotovitev, da so razlike v časovnem zamiku zaradi filtriranja v okviru potrebne točnosti pri merjenju časa.

Opomba: Med analognim filtriranjem signalov z različnimi frekvenčnimi vsebinami lahko pride do premikov faz. Zato je primernejša metoda obdelave podatkov, opisana v odstavku 2 te priloge.

2. DIGITALNA OBDELAVA PODATKOV

2.1 Splošna ugotovitev

Pri pripravi analognih signalov je za preprečitev napak potujevanja frekvenc, faznih in časovnih zamikov treba upoštevati slabljenje amplitude filtra in frekvenco vzorčenja. Boljše vzorčenje in digitalizacija ter minimiziranje napak digitaliziranja vključuje povečanje signalov pred vzorčenjem; število bitov na vzorec; število vzorcev na cikel; ojačevalnike vezja za vzorčenje in zadrževanje (sample and hold) in ustrezen časovni razmik med vzorci. Za dodatno nefazno digitalno filtriranje je treba izbrati pasovne širine za prepuščanje in zaustavitev frekvenčnega pasu ter slabljenje in dovoljeno valovanje v vsakem od teh pasov; ter popraviti fazne zamike pri filtrih. Vsakega od teh dejavnikov je treba upoštevati za doseganje sorazmerne točnosti vseh zajetih podatkov, ki znaša ± 0,5 odstotka.

2.2 Napake potujevanja frekvenc

Za preprečitev nepopravljivih napak potujevanja frekvenc je treba analogne signale pred vzorčenjem in digitalizacijo ustrezno filtrirati. Pri izbiri vrstnega reda uporabljenih filtrov in njihovih pasovnih širin za prepuščanje frekvenčnega pasu je treba upoštevati potrebno enakomernost ojačanja v ustreznem frekvenčnem območju in frekvenco vzorčenja.

Na podlagi minimalnih lastnosti filtra in frekvence vzorčenja je treba zagotoviti:

(a) da je v zadevnem frekvenčnem območju 0 Hz do fmaks = 30 Hz slabljenje manjše od ločljivosti sistema za zajetje podatkov, in

(b) da se na polovici frekvence vzorčenja (tj. frekvenca Nyquist ali frekvenca „zgibanja“) velikosti vseh komponent frekvence signala in hrupa znižajo na manj, kot znaša ločljivost sistema.

Za ločljivost 0,05 odstotka mora biti slabljenje filtra v frekvenčnem območju od 0 do 30 Hz manj kot 0,05 odstotka, pri vseh frekvencah, ki so nad eno polovico frekvence vzorčenja, pa več kot 99,95 odstotka.

Opomba: Za filter Butterworth je slabljenje podano kot:

in

pri čemer je:

n razred filtra,

fmaks zadevno frekvenčno območje (30 Hz),

fo mejna frekvenca filtra;

fN frekvenca Nyquist ali frekvenca „zgibanja“.

Za filter četrtega razreda

za A = 0,9995: fo = 2,37 · fmaks

za A = 0,0005: fS, = 2 · (6,69 · fo), pri čemer je fS, frekvenca vzorčenja 2 · fN.

2.3 Fazni premiki zaradi filtriranja in časovni zamiki za protiprekrivno filtriranje

Prekomernemu filtriranju se je treba izogniti, vsi filtri pa morajo imeti dovolj podobne fazne značilnosti za zagotovitev, da se razlike v časovnem zamiku nahajajo znotraj potrebne točnosti za merjenje časa. Fazni premiki so zlasti pomembni, kadar se izmerjene spremenljivke pomnožijo in tako tvorijo nove spremenljivke, saj se pri multiplikaciji amplitud dodajajo fazni premiki in s tem povezani časovni zamiki. Fazni premiki in časovni zamiki se zmanjšajo s povečanjem fo. V kolikor so poznane enačbe, ki opisujejo filtre pred vzorčenjem, se njihovi fazni premiki in časovni zamiki odpravijo z enostavno uporabo algoritmov v frekvenčnem prostoru.

Opomba: V frekvenčnem območju, v katerem lastnosti amplitud filtra mirujejo, se lahko fazni premik Φ filtra Butterworth oceni z

Φ = 81 · (f/f0) stopinj za drugi razred,

Φ = 150 · (f/f0) stopinj za četrti razred,

Φ = 294 · (f/f0) stopinj za osmi razred.

Časovni zamik za vse razrede filtrov je: t = (Φ/360) · (1/f0).

2.4 Vzorčenje in digitalizacija podatkov

Pri 30 Hz se amplituda signala spremeni do 18 odstotkov na milisekundo. Za omejitev dinamičnih napak, ki so posledica spreminjanja analognih vnosov, na 0,1 odstotka, mora biti čas vzorčenja ali digitalizacije manj kot 32 μs. Vse pare ali sklope vzorcev podatkov, ki se bodo primerjali, je treba jemati sočasno ali v dovolj kratkem obdobju.

2.5 Sistemske zahteve

Podatkovni sistem mora imeti ločljivost 12 bitov (± 0,05 odstotka) ali več in točnost ± 0,1 odstotka (2 lb). Protiprekrivni filtri morajo biti razreda 4 ali več, ustrezen razpon podatkov fmaks pa 0 do 30 Hz.

Za filtre četrtega razreda mora biti frekvenca prepustnega pasu fo (od 0 Hz do frekvence fo) višja od 2,37 · fmaks, če se fazne napake naknadno prilagodijo v digitalni obdelavi podatkov, sicer pa višja od 5 · fmaks. Za filtre četrtega razreda mora biti frekvenca vzorčenja podatkov fs višja od 13,4 · fo.