Incertezza cursori dell'oscilloscopio digitale

[enbarberis]

Ciao a tutti!
Ho effettuato delle misure con l'oscilloscopio digitale Agilent DS03102A. In particolare ho misurato la tensione picco-picco e il valore efficace di un segnale sinusoidale tramite le misure automatiche offerte dallo strumento.
Purtroppo sul manuale non riesco ad orientarmi per trovare l'incertezza di queste misure.

Il manuale e` disponibile a questo link: http://led.delen.polito.it/specifications/data/agilentDSO3102A.pdf
Le specifiche dello strumento iniziano da pagina 120.

C'e` una tabella sulla "Vertical System Characteristics" ma parla solo di misure in DC e non accenna minimamente i cursori o la misura del valore efficace. Come mi devo muovere?

Grazie mille per l'aiuto

P.S. Non so se puo` tornare utile ma il valore efficace viene calcolato come dove con si intendo tutti gli N campioni del segnali

[SerTom]

Qualsiasi oscilloscopio digitale, mediante il proprio ADC, esegue dei campionamenti della tensione applicata all'ingresso, ricostruendo un segnale variabile grazie ad una sequenza di singole letture che si susseguono al sample rate previsto.
Ogni singola lettura può essere considerata come una lettura in DC ed è per questo motivo che ti viene data solo questa precisione di lettura.
Tutte le elaborazioni successive (che avvengono su dati che a questo punto sono digitali) partono dalla singola lettura e dalla frequenza del campionamento e si portano dietro l'errore del campione originale.

Bye Ser.Tom

[enbarberis]

Innanzitutto grazie mille!
Effettivamente non l'avevo mai vista in questi termini. L'oscilloscopio digitale per campionare usa anche un sample & hold e quindi misura solo tensioni continue.

Tuttavia ci sono delle cose che non mi tornano.

Sul manuale l'incertezza della misura e` specificata come:



Usando il metodo deterministico otteniamo come incertezza di misura della tensione picco-picco:





Pero` qui nasce un problema! Io conosco solo Vpp e non le due tensioni Vmax e Vmin. Come posso calcolare la loro incertezza? La formula dice 3%(lettura) ma io non conosco il loro valore.

Stesso ragionamento si puo` fare con la misura del valore efficace:





Qui addirittura dovrei conoscere tutte le N misure. Mi sto complicando la vita o mi sta sfuggendo qualcosa?

Grazie ancora per l'aiuto!

[SerTom]

Non ho capito dove vuoi arrivare ...
Comunque io la metterei così (semplifico) la lettura può avere un errore del ±3% (più altri errori ma semplifico anche questi); quindi, se il valore letto fosse 100, devi considerare che il vero valore può andare da un minimo di 97 ad un massimo di 103....

Una osservazione, non so che tipo di misura ti interessi (piuttosto che sia solo un esercizio teorico) ma considera che l'oscilloscopio non è lo strumento ideale (leggi adeguata precisione) per le semplici misure di tensione.
Per farti vedere le variazioni nel tempo, i digitali anche per farti vedere fenomeni non ripetitivi, allora l'oscilloscopio è impagabile, me per le semplici misure di tensione trovi di meglio a prezzi minori.

Bye Ser.Tom

[enbarberis]

Scusa se non mi sono espresso bene ma quando ho scritto il messaggio ero di fretta.

In pratica il mio problema e` il seguente: sto scrivendo una relazione per l'universita` e ho bisogno di specificare per ogni misura effettuata con l'oscilloscopio digitale la relativa incertezza.
Ho dovuto usare l'oscilloscopio in quanto l'esperienza di laboratorio serve a capire le varie precisioni degli strumenti. Per esempio devo fare un grafico di compatibilita` di misure del valore efficace tra diversi strumenti (tester, multimetro e oscilloscopio).

Quindi in conclusione ho la necessita` di conoscere l'incertezza delle misure eseguite con l'oscilloscopio digitale.

Sono in grado di calcolarla per misure eseguite manualmente in questo modo:



Per esempio, misuro 500mV @ 200mV/div con incertezza di lettura di 0.2 divisioni. Cosi` facendo ottengo una incertezza:



Fin qua tutto bene. Sono semplici misure dirette "a schermo" senza utilizzo di cursori o funzioni particolari. (Un po' come se avessi misurato su un oscilloscopio analogico)

Lo scopo di questo thread e` di capire come devo comportarmi quando utilizzo misure automatiche. Infatti per misurare Vpp non sono io a posizionare i cursori, ci pensa da solo l'oscilloscopio. Penso che cosi` facendo l'incertezza debba diminuire in qualche modo.

In pratica sto chiedendo se c'e` differenza di incertezza tra una misura manuale, come nell'esempio qui sopra con Vpp, e una automatica eseguita dall'oscilloscopio.
In altri termini vorrei capire come si calcola l'incertezza delle misure automatiche.

Spero di essermi espresso bene questa volta.

Grazie ancora

[DirtyDeeds]

Ogni singola lettura può essere considerata come una lettura in DC ed è per questo motivo che ti viene data solo questa precisione di lettura.

Purtroppo non è così semplice SerTom

L'oscilloscopio digitale per campionare usa anche un sample & hold e quindi misura solo tensioni continue.

E la risposta dinamica del circuito di ingresso, dell'amplificatore, del sample-and-hold e dell'ADC dove la mettiamo?

Il motivo per cui l'incertezza di cursori o reticolo è specificata solo per tensioni continue è che in realtà non si ha la più pallida idea di come valutare quell'incertezza nel caso di forme d'onda arbitrarie. In altre parole, quella è un'incertezza sulla misura delle coordinate di un punto sullo schermo, non sulla misura di un segnale: per un segnale arbitrario l'incertezza di misura dipende anche dalla distorsione di forma causata dalla risposta dell'oscillopio.

[enbarberis]

Il motivo per cui l'incertezza di cursori o reticolo è specificata solo per tensioni continue è che in realtà non si ha la più pallida idea di come valutare quell'incertezza nel caso di forme d'onda arbitrarie.

Ma davvero e` cosi`? Il mio professore, giustamente, ci ha detto che una misura senza incertezza non ha alcun valore. Allo stesso modo uno strumento di misurazione che non indica la sua incertezza non ha valore.

In pratica se non posso stimare l'incertezza allora non posso usare l'oscilloscopio in quanto non ho nessuna garanzia su quello che misuro.

[MarcoD]

Non vorrei suscitare una polemica, io poi sono poco più di un radiomeccanico...

...hai ragione... ma ti comporti come un metrologo talebano fondamentalista...

... l'oscilloscopio serve per conoscere la forma d'onda non? per misurarne l'ampiezza...
che poi il mondo digitale elaborando i vari pixel, calcoli un numero e lo chiami valore efficace..
è algoritmicamente corretto e forse ha anche un significato fisico..ma chi sa come gli errori di calcolo e misura come influiscono.
Poi alcune cause di imprecisione sono correlate fra loro (Nella misura di Vpp= Vmax - Vmin , alcuni errori nella misura di Vmax e Vmin sono comuni e nella differenza si sottraggono).

[DirtyDeeds]

Ma davvero e` cosi`?

Oh, yes.

Il mio professore, giustamente, ci ha detto che una misura senza incertezza non ha alcun valore.

Giusto, o meglio ha il valore che gli si vuol dare: se misuro la temperatura di casa per diletto posso anche non valutarne l'incertezza, purché poi non usi quella misura per, ad esempio, dimostrare al condominio che il riscaldamento è tenuto troppo alto.

Allo stesso modo uno strumento di misurazione che non indica la sua incertezza non ha valore.

Questo è sbagliato. La valutazione dell'incertezza di misura è un'attività costosa in termini di tempo e soldi, talvolta estremamente costosa (per certe misure, la valutazione dell'incertezza può portare via anche un anno di tempo). I costruttori specificano l'incertezza per tutti gli usi attesi dei loro strumenti.

Per esempio, i costruttori di multimetri, per la maggior parte degli strumenti in AC --anche quelli a vero valore efficace-- specificano l'incertezza di misura solo per tensioni sinusoidali, al più moderatamente distorte. Se misuri il valore efficace di un'onda quadra, l'incertezza non è specificata: il costruttore non prevede che quello strumento sia usato per misurare tensioni non sinusoidali. E quindi? E quindi sta all'utilizzatore valutare l'incertezza dello strumento per gli usi non intesi dal costruttore.

Prendiamo un altro esempio: l'impedenzimetro vettoriale Keysight E4980A (costo circa 10 k€) ha delle specifiche di incertezza abbastanza complete. Se uno va a vedere le specifiche vede che l'incertezza base è dello 0,05%, ma che per molte misure si è sopra lo 0,1%. Se uno però misurasse il rapporto di due impedenze, per esempio un condensatore da 100 pF e uno da 200 pF, potrebbe pensare che l'incertezza di rapporto sia molto migliore perché, se si mantiene la stessa portata, conta solo l'errore di non linearità. Il costruttore però non specifica tale parametro, e se uno vuole usare l'impedenzimetro in quel modo, non previsto dal costruttore, deve farsi la valutazione dell'incertezza da sé. Infatti c'è chi lo ha fatto (due o tre gruppi), ma è stato un lavoro di ricerca che ha preso un bel po' di tempo.

In pratica se non posso stimare l'incertezza allora non posso usare l'oscilloscopio in quanto non ho nessuna garanzia su quello che misuro.

Come ti ho detto, il costruttore riporta, di fatto, l'incertezza della misura delle coordinate di un punto. Per segnali con banda limitata, molto al di sotto della banda passante dell'oscilloscopio, è ragionevole assumere che il segnale non sia significativamente distorto dall'oscilloscopio e che l'incertezza coincida con quella specificata. Per segnali a banda larga, comparabile con quella dell'oscilloscopio, l'incertezza deve essere valutata caso per caso dall'utilizzatore. Tale valutazione va fatta, se vale la pena farla: come detto anche da altri, per la maggior parte degli usi reali dell'oscilloscopio, una valutazione raffinata dell'incertezza non ha interesse.

In conclusione: è vero che una misura senza incertezza è inutilizzabile, ma non c'è scritto da nessuna parte che deve essere il costruttore di uno strumento a valutarne l'incertezza per tutte le possibili grandezze di ingresso.

[enbarberis]

Grazie mille della risposta completa. Stupidamente da studente che ragiona solo in modo teorico e non pratico pensavo che fosse sempre compito dei costruttori specificare l'incertezza degli strumenti. Anche il tecnico di laboratorio mi ha detto le stesse parole. In pratica se non viene specificata l'incertezza bisogna sovrastimare cercando di ottenere un'incertezza corretta, e se proprio voglio un'incertezza piu` accurata devo cambiare strumento.
Grazie