Laboratorní přístroj určený k univerzálnímu měření elektrického příkonu aparatury. Pro funkci se předpokládá přivedení proudového a napěťového signálu z měřicích sond. Měřicí sondy mohou být připojeny přes BNC konektory a jsou transformátorem galvanicky odděleny od měřené aparatury. Elektrická pevnost galvanického oddělení je přibližně 2 kV.

Přístroj je určený i pro měření v silných elekrických polích, proto byla zvolena plně stíněná kovová konstrukce, do které je možné umístit všechny citlivé elektrické prvky. Takto byla odebrána značná část konstrukčních součástí běžných laboratorních přístrojů, které jsou citlivé na elektrická pole, a jejich elektromagnetické odstínění je v reálném prostředí problematické. Jde například o ovládací prvky, (tlačítka, přepínače, potenciometry) nebo zobrazovací jednotky jako jsou LCD displeje.

Všechny tyto části byly nahrazeny možností vzdáleného ovládání měřicího systému přes sít Ethernet, která je z principu galvanicky oddělena. V případě potřeby může být galvanické oddělení ještě podstatně zlepšeno využitím optické fyzické vrstvy pro přenos dat.

Zařízení je založeno no použití technologie ze softwarově definovaných přijímačů, proto je vstupní signál vzorkován dvoukanálovým převodníkem SDR-widget. Ten může vzorkovat signál až se vzorkovací frekvencí 192 kHz a bitovým rozlišením 24 bit.

Tato digitalizační jednotka je připojena k jednodeskovému počítači ODROID-C2, který signál dále zpracovává kaskádou nástrojů ze sad signal-piping-tools a gnuradio.

Datový tok je zpracováván tak, že nejdříve jsou packety přenesené přes USB rozhraní akceptovány programem sdr-widget, který obsluhuje hardwarovou periferii SDR-widget výstupem jsou pak očištěná data, která prochází programem buffer, který umožňuje číst data po delších blocích. Bufferovaná data čte program serverstream, která z dat vytváří packety na TCP/IP portu 3701.

Tímto jsou data zpřístupněna pro přenos přes síť ethernet, ale díky velikosti datového toku není vhodné z měřicího přístroje využívat přímo primární datový tok vzorků signálu. Na místo toho je lepší přímo na přístrojovém počítači data zpracovávat do vizuálně přijatelné podoby. K tomu účelu bylo v GNURadiu vytvořeno schéma nástrojů zpracovávajících signál. Podoba tohoto schématu je vizuálně zobrazena na následujícím obrázku.

Na této struktuře je vidět, že začátek zpracování surových dat začíná v bloku TCP Source, který se připojí na výše zmíněný TCP port. Odtud přijímá komplexní data a předává je bloku Throttle, který má za úkol rovnoměrné časové rozložení datového toku podle zvolené vzorkovací frekvence. Následující blok “Complex to Float” rozloží datový tok na dva simulnální toky reálných čísel. Každý z těchto dvou datových toků může být přenásoben konstantou, případně posunut o konstantní offset, aby reálná čísla měla rozměr fyzikálních jednotek proudu a napětí. Následně jsou vzorky vzájemně vynásobeny blokem “Multiply” z výsledku je vytvořena absolutní hodnota, ze které se počítá střední hodnota za posledních ~100 ms. Výsledkem je naměřený střední příkon zařízení. Protože by ale tímto postupem nedocházelo k redukci datových vzorků přenášených k uživateli, tak je na konci výpočtu zařazen decimační FIR filtr. Výstup tohoto filtru je pak možné zobrazovat různými grafickými nástroji, jako je například “WX GUI Scope sink”.

Tento grafický nástroj umožňuje pracovat se signálem podobně, jako kdyby to byla veličina měřená na osciloskopu.

Pro zobrazení měřených dat je potřeba se připojit na měřící počítač umístěný v krabičce měřiče výkonu. K tomu je potřebné znát jeho IP adresu. Pak je už možné se na počítač připojit přes ssh tj.

ssh -XY odroid@odroid64.local

Následně se z příkazového řádku spustí program přes startovací skrip.

cd ACPmeter/SW/
./start.sh

Otevře se grafické okno, kde jsou viditelné aktuální měřené hodonoty.

Editace zpracujícího skriptu je možná nástrojem grc, který se spouští následujícím příkazem

gnuradio-companion

Otevře se grafické okno ve kterém je možné měnit zapojení měřiče výkonu. Referenční zapojení uloženo na měřícím počítači. Případně je možné jej stáhnout z git repozitáře jako soubor Pvalue.grc. Zvolené referenční schéma by pak mělo jít spustit.

Při konstrukci přístroje se ukazuje jako komlikovaný problém zobrazování měřených hodnot na webové stránce generované počítačem.

Tento měřící přístroj vznikl z podpory grantu SGS16/155/OHK5/2T/13 - Economic and Technical Optimization of Ozone Production Yield for Environmental Applications.