{"id":3055,"date":"2017-12-08T10:00:20","date_gmt":"2017-12-08T09:00:20","guid":{"rendered":"http:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/?p=3055"},"modified":"2021-02-17T11:48:46","modified_gmt":"2021-02-17T10:48:46","slug":"lcr-meter-ueber-matlab-auslesen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/2017\/12\/08\/lcr-meter-ueber-matlab-auslesen\/","title":{"rendered":"LCR-Meter \u00fcber Matlab auslesen"},"content":{"rendered":"
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LCR-Meter 4297A Agilent<\/p><\/div>\n

In diesem Post m\u00f6chte ich mich einmal etwas anderem widmen. Es geht nicht um Retrotechnik, sondern um eine Kleinigkeit, die mir das Arbeiten im B\u00fcro erleichtert. Eines der vielen Messger\u00e4te mit denen ich zu tun habe, ist ein Agilent LCR-Meter. Mit dem LCR-Meter 4297A kann man bekannterweise ja die Induktivit\u00e4t, die Kapazit\u00e4t, etc. von elektrischen Bauteilen und generell von Strukturen, die dem Bereich der Elektronik\/Elektrotechnik zugeordnet sind, messen. Grob gesagt, der 4297A misst eigentlich nur Strom \/ Spannung, die Phasenlage  zwischen den beiden und die Energierichtung. Und das bei einer bestimmten Frequenz. Mathematisch werden dann aus diesen Paramatern alle Gr\u00f6\u00dfen wie L,C,R,X,Y,Q,PHI,… errechnet und ausgegeben. Die Frequenz hier hierbei vom 1MHz bis 3GHz (in 100kHz Schritten) einstellbar. Idealerweise kann das Messger\u00e4t nicht nur in einem Frequenzpunkt messen, sondern auch in vielen. Mit „vielen“ ist hier gemeint, dass das Messger\u00e4t Frequenztabellen mit 32 Eintr\u00e4gen erzeugen kann. Von diesen Tabellen existieren acht St\u00fcck. So ist es m\u00f6glich, den Verlauf einer gemessenen Gr\u00f6\u00dfe in Form einer Kurve darzustellen. Allerdings ist das ziemlich umst\u00e4ndlich. Die Inhalte der Tabellen m\u00fcssen h\u00e4ndisch (als „csv“ Dateien) Tabelle f\u00fcr Tabelle exportiert und gespeichert werden. Das bedeutet, jede Tabelle muss einzeln angew\u00e4hlt werden. Danach ist der Dialog „Export List View“ zu selektieren – dann ein Speicherpfad und Dateiname anzugeben. Erst jetzt werden die ersten 32 Datens\u00e4tze exportiert. Dieser Vorgang ist insgesamt achtmal zu wiederholen. Gespeichert wird auf eine 3,5 Zoll Floppy Disc – das einzige verf\u00fcgbare Medium. Man k\u00f6nnte den 4297A optional auch in ein LAN h\u00e4ngen und eine Dateifreigabe einrichten. Der h\u00e4ndische Export bleibt aber nicht erspart. Auf einem „normalen“ Rechner k\u00f6nnen die  .csv Files jetzt ge\u00f6ffnet werden. Die m\u00fcssen dann im postprocessing h\u00e4ndisch zusammengef\u00fcgt werden. Erst jetzt kann aus den Daten ein Diagramm gebastelt werden. Hier bietet sich als Tool Matlab von Matworks an, das in unseren Laboren im Rahmen der Ausbildung h\u00e4ufig eingesetzt wird.<\/p>\n

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NI GPIB – USB Controller<\/p><\/div>\n

Um diesen umst\u00e4ndlichen Prozess wesentlich zu vereinfachen, habe ich ein kleines Skript erstellt, das \u00fcber die SCPI – Befehle (S<\/strong>tandard C<\/strong>ommands for P<\/strong>rogrammable I<\/strong>nstruments) mit dem Messger\u00e4t kommuniziert. Das soll hei\u00dfen: Das Messger\u00e4t ist \u00fcber einen GPIB-USB Controller mit einem PC verbunden. Auf dem PC befindet eine Matworks Matlab Installation samt den ben\u00f6tigten Toolboxen. Das Matlab-Skript soll nun einfach die Tabellen der Reihe nach durchschalten und die Inhalte der einzelnen Parameter auslesen und einem Array speichern. Der Inhalt der Arrays wir dann direkt in einem Plot dargestellt. Diese Methode bedient sich aber nur der Inhalte der Tabellen. Es w\u00e4re nat\u00fcrlich auch m\u00f6glich, \u00fcber das Skript in einer Schleife jede gew\u00fcnschte Frequenz direkt einzustellen, die Messwerte auszulesen, die n\u00e4chste Frequenz anzuw\u00e4hlen usw.  Das w\u00fcrde max. 29990 Punkte \u00fcber den gesamten Frequenzbereich ergeben. Die acht Tabellen \u00e1 32 Punkte erlauben hingegen nur 256 Punkte. Das ist f\u00fcrs erste aber ausreichend und auch viel schneller.<\/p>\n

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Transmission Line 50 Ohm mit Abschlusswiderstand<\/p><\/div>\n

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die Leitung ist terminiert<\/p><\/div>\n

In dem Beispiel ist der Impedanzverlauf (Z-Verlauf) einer 50 Ohm Transmission Line dargestellt. Das Ende der Leitung ist dabei mit einem 50Ohm Widerstand abgeschlossen. Der Frequenzbereich ist 1MHz bis 3 GHz. Anders sieht es aus, wenn die Leitung offen oder kurz geschlossen ist. Die elektromagnetische Welle wird dann nicht, wie bei dem „matched“ (angepassten) System am Ende der Leitung in W\u00e4rmeenergie umgewandelt, sondern zur\u00fcck in das System reflektiert.<\/p>\n

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die Leitung ist kurzgeschlossen<\/p><\/div>\n

Das folgende ganz einfache Matlabskript erm\u00f6glicht das Auslesen der Messger\u00e4teparameter. Das Skript dient als Beispiel, wie man schnell zu den Messdaten kommt. Im Programmingmanual des Herstellers vom LCR-Meter sind alle SCPI Kommandos und reichlich Beispiele angef\u00fchrt, mit denen man mit dem Messger\u00e4t kommunizieren kann.<\/p>\n

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\r\n%auslesen der agilent LCR Keule 4287A\r\n%gekodet von ingmar bihlo Ende November 2017\r\n\r\n%anschluss \u00fcber gpib ni adapter\r\n%LCR gpip adresse: 5\r\n%%\r\n%vorarbeiten an LCR Keule\r\n%\r\n% Es m\u00fcssen 8 Tabellen mit je 32 Punkten definiert sein\r\n% (power und average ist egal, wird nicht ausgelesen)\r\n% die CALibration muss gemacht worden sein\r\n% unter "measurement parameters" muessen vier parameter definiert sein\r\n% zb. Z, qhi, R, L, etc... diese sind dann in den variablen param1 bis 4\r\n% enthalten\r\n\r\n%%\r\n\r\n% gpib interface oeffnen und identifier lesen\r\ng = gpib('ni', 0, 5);\r\ng.InputBufferSize = 100000; % Set the buffer size\r\nfopen(g);\r\nfprintf(g, '*IDN?')\r\nidn = fscanf(g);\r\nfclose(g);\r\n\r\nnum1all=0; % initialisieren der variablen f\u00fcr den summenvector\r\nnum2all=0;\r\nnum3all=0;\r\nnum4all=0;\r\nfreq=0;\r\n\r\nfopen(g);\r\n%read list parameters (frequency points)\r\nfprintf(g, ':SOUR:LIST?');\r\nfpoint=fscanf(g);\r\nlistchar=strsplit(fpoint,',');\r\nlist=[cellfun(@str2num, listchar(:,1:end))]\r\nclear listchat; clear fpoint;\r\n\r\n%analyze list content\r\npoints=freq(1);\r\n\r\nfor i=1:8\r\n%Tables selecten\r\nfprintf(g, strcat(':SOUR:LIST:TABL 0',num2str(i)));\r\npause(1); %pause 1s zum umschalten der tabelle\r\n\r\n%parameter1 abholen\r\nfprintf(g, ':DATA:FDAT1?'); %parameter 1 anfragen\r\npar1=fscanf(g); %parameter 1 holen\r\n\r\nstring1=strsplit(par1,','); %parameter 1 string nach komma zerlegen\r\n%num1=[cellfun(@str2num, string1(:,1:end))] %parameter 1 strings in dec konvertieren\r\nnum1=[cellfun(@str2num, string1(:,1:end))];\r\nnum1all=[num1all,num1]; %parameter1 aktuell mit parameter1 aus vorherigem durchlauf concentenaten\r\n\r\nfprintf(g, ':DATA:FDAT2?');\r\npar2=fscanf(g);\r\nstring2=strsplit(par2,',');\r\nnum2=[cellfun(@str2num, string2(:,1:end))]\r\nnum2all=[num2all,num2];\r\n\r\nfprintf(g, ':DATA:FDAT3?');\r\npar3=fscanf(g);\r\nstring3=strsplit(par3,',');\r\nnum3=[cellfun(@str2num, string3(:,1:end))]\r\nnum3all=[num3all,num3];\r\n\r\nfprintf(g, ':DATA:FDAT4?');\r\npar4=fscanf(g);\r\nstring4=strsplit(par4,',');\r\nnum4=[cellfun(@str2num, string4(:,1:end))]\r\nnum4all=[num4all,num4];\r\n\r\n%read list parameters (frequency points)\r\nfprintf(g, ':SOUR:LIST?');\r\nfpoint=fscanf(g);\r\nlistchar=strsplit(fpoint,',');\r\nlistraw=[cellfun(@str2num, listchar(:,1:end))];\r\nlist=listraw(:,2:end); %von pos2 das feld schreiben (an pos ist die anzahl der zeilen)\r\n\r\nfor c=1:3:96\r\nfreq=[freq,list(c)]; %von jedem 3. wert aus list ein neues array bilden\r\nend\r\n\r\nclear listchat; clear fpoint;\r\n\r\npause (1);\r\nend\r\n\r\n%%\r\n\r\n%ausgabevariablen festlegen\r\nfrequency=freq(:,2:end);\r\nparam1=num1all(:,2:end);\r\nparam2=num2all(:,2:end);\r\nparam3=num3all(:,2:end);\r\nparam4=num4all(:,2:end);\r\n\r\n%%\r\n% Cell array richtig uma drahn\r\nx1=param1(1:32);\r\ny1=param1(33:256);\r\nparam1 = [y1 x1];\r\n\r\nx2=param2(1:32);\r\ny2=param2(33:256);\r\nparam2 = [y2 x2];\r\n\r\nx3=param3(1:32);\r\ny3=param3(33:256);\r\nparam3 = [y3 x3];\r\n\r\nx4=param4(1:32);\r\ny4=param4(33:256);\r\nparam4 = [y4 x4];\r\n%%\r\n%uerberfl\u00fcssige variablen loeschen\r\nclear c; clear i; clear list; %clear freq;\r\nclear par1;clear par2;clear par3;clear par4;\r\nclear string1;clear string2;clear string3;clear string4;\r\nclear num1all;clear num2all;clear num3all;clear num4all;\r\n\r\nfclose(g);\r\n\r\n%plotten der ergebnisse\r\nfigure(1);\r\nplot(frequency,param1);\r\ngrid on; hold on;\r\nxlabel('Frequency [Hz]'); ylabel('Measurement Parameter1 |Z| [Ohm]');\r\ntitle('Agilent LCR Keule');\r\n\r\nfigure(2);\r\nplot(frequency,param2);\r\ngrid on; hold on;\r\nxlabel('Frequency'); ylabel('Measurement Parameter2');\r\ntitle('Agilent LCR Keule');\r\n\r\nfigure(3);\r\nplot(frequency,param3);\r\ngrid on; hold on;\r\nxlabel('Frequency'); ylabel('Measurement Parameter3');\r\ntitle('Agilent LCR Keule');\r\n\r\nfigure(4);\r\nplot(frequency,param4);\r\ngrid on; hold on;\r\nxlabel('Frequency'); ylabel('Measurement Parameter4');\r\ntitle('Agilent LCR Keule');\r\n<\/pre>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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