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Sistema di Acquisizione dati - Sistema di Acquisizione

elettronica


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Sistema di Acquisizione dati

Il sistema di acquisizione dati permette di acquisire dal mondo fisico, per controllare un sistema.

Se voglio controllare con un sistema l'acquisizione, essa potrà essere reazionata o non reazionata.

Se voglio che il mio sistema rimanga stabile in una certa situazione, dopo aver elaborato il dato prendo una decisione.

  • Sistema stabile



Variabile Fisica Decisione








Se non mi interessa che il sistema sia controllato prelevo la variabile fisica, la elaboro e la visualizzo.

Oval: Sistema

Dato visualizzato dall'utente

 




Elaboratore

 
Var.Fisica Non prendo

Left-Right Arrow: Sistema non controllato
Il dato può essere manipolato
decisioni





Segnale


Conv.

A/D

 
Grandezza Digitalizzato

Elettrica

S/H

 

Adattamento


 

Trasduttore o Sorgente (sensore più trasduttore elettrico)

 
Grandezza

Fisica


Amplificatore Campionamento

+

Filtraggio










Sistema di Acquisizione

  • Acquisizione                               

Linee di controllo




Dati




Segnali da Digitali

altri trasduttori


  • Distribuzione






Da altri Ricostruzione

dispositivi di uscita


ACQUISIZIONE



L'elaborazione può essere realizzata, tutta o in parte, in forma analogica.

Tuttavia la crescente diffusione dei microprocessori e dei sistemi programmabili fa preferire soluzioni di tipo digitale, in quanto:

  • L'elaboratore e il trasferimento di segnali digitali consente notevoli semplificazioni circuitali anche se i segnali da trattare sono molti
  • Si hanno migliori prestazioni circa l'immunità ai disturbi
  • Facile è la conversione e la versabilità del sistema intervenendo sul programma di elaborazione dei dati.

Pertanto necessitano di temporizzazioni e sequenzialità precise sia in acquisizione che in distribuzione.


TRASDUTTORE

Dispositivo circuitale in grado di fornire una grandezza elettrica proporzionale alla grandezza          fisica in esame o alla sua variazione.





CONDIZIONAMENTO

Interfaccia tra il circuito di rilevamento e gli altri blocchi, realizzato mediante amplificatori e filtri. I segnali sono condizionati in modo che il trasferimento dell'informazione possa avvenire con le caratteristiche di precisione, linearità, immunità al rumore, isolamento elettrico, richieste per una data applicazione.


AMUX(Multiplazione analogica)

Il multiplatore seleziona il segnale analogico in ingresso a seconda del codice presente sulle linee digitali di indirizzo portandole in uscita.


S/H(Campionamento)

Campiona e mantiene il segnale per inviarlo al blocco seguente che è il convertitore analogico digitale. Precise devono essere per i due blocchi AMUX e S/H, la temporizzazione e la sequenzialità delle informazioni al fine di poter trasferire in modo corretto all'ADC e acquistare dall'elaboratore.


ADC(Campionamento)

Converte il valore campionato in una sequenza di bit, rappresentante un numero proporzionale alla grandezza analogica di ingresso. Parametri importanti:



il numero di bit in uscita

espulsione massima del segnale in ingresso

tempo di conversione


Elaboratore

Acquisisce ed elabora i dati controllando il trasferimento da o a un dispositivo remoto

DISTRIBUZIONE




  • DAC(Conversione)

Converte la stringa di bit elaborata in un livello di tensione proporzionale alla stringa in ingresso.


  • ADEMUX(Demultiplazione Analogica)

La demultiplazione analogica trasferisce il livello elettronico in ingresso in uno dei canali di uscita a seconda della selezione che gli viene dalle linee di controllo.


  • S/H Filtro

Campiona, mantiene e filtra ciascun segnale in uscita dall'ADEMUX





  • Dispositivi in uscita

I dispositivi in uscita possono essere:

Attuatori: Dei dispositivi che convertono i segnali elettrici nella grandezza fisica da controllare o voluta.

Visualizzatori: Display

S/H (Sample & Hold)



Isosceles Triangle: -

+A2
Isosceles Triangle: -

+A1





Vo


Va Vc C


Poiché un convertitore A/D impiega un tempo finito per digitalizzare un segnale analogico in ingresso, eventuali variazioni del segnale durante il processo di conversione possono determinare errori significativi.

Se la variazione del segnale di ingresso durante il tempo di conversione è superiore al valore del bit meno significativo, il dato digitale in uscita può presentare un errore superiore a 1LSB(bit meno significativo).


Dv             <  VFS * 1

Dt max 2N           tc


1LSB=Q= VFS  

2N   


I parametri significativi di S/H sono:

  • Tempo di acquisizione, tempo affinché l'uscita Va raggiunga il valore finale
  • Tempo di apertura, tempo che intercorre da quando viene dato il comando di HOLD a quando l'interruttore si apre completamente
  • Decadimento, rappresenta la variazione della tensione in uscita durante la fase di mantenimento.
  • Dinamica d'ingresso, l'escursione max della tensione d'ingresso
  • Segnale di controllo, riguarda il livello logico e la tensione necessari per portare in ON e OFF l'intervallo analogico



TASDUTTORI

I trasduttori possono essere di vario tipo:

Grandezza misurabile

Tipo di Trasduttore

Grandezza in uscita

Posizione

Potenzionetri

Variazione di resistenza


Estintometri


Spostamento

Trasduttori capacitivi

Variazione di capacità


Trasduttore ad effetto di Hell

Tensione


Trasduttori ottici digitali

Treno di impulsi




Fotodiodi

Corrente


Fototransistor


Velocità

Dinamo Tachimatria

Tensione


Encoder Tachimetria

Ferquenza di impulsi


Trasduttori Pizzoelettrici

Tensione

Intensità

Fotodiodi

Corrente


Fototransistor


Luminosità

Fotoresistenze

Variazione di resistenza


Celle Fotovoltaiche

Tensione

AMPLIFICAZIONE E FILTRO



AMPLIFICAZIONE

Si realizza con amplificatori operazionali che amplificano il segnale e lo traslano di livello entro i range di valori dettati dal convertitore ADC


FILTRO

Filtra il segnale, cioè fa passare il segnale utile e non lascia passare quello inutile.

È un dispositivo in grado di eliminare tutti quei segnali considerati Disturbo cioè Rumore.


Segnale:

Ampiezza Amplificazione

Frequenza Filtraggio

Il filtro è drisciminante rispetto la frequenza.

I filtro si suddividono in:

Passa Basso

L'insieme delle frequenze passanti tra D e fh sono chiamate banda passante o banda utile.

Fh è la frequenza di taglio.

La frequenza di taglio è quella frequenza alla quale l'amplificazione decade di 3dB rispetto al valore max.

Il dB viene utilizzato nell'elettronica per esprimere i rapporti tra potenze, tensioni e correnti.

Filtro passivo

L'ordine del filtro è determinato dal numero di elementi capacitivi all'interno del filtro.

Il filtro passivo è di 1°ordine del filtro passa basso.


Diagrammi di Bode

Servono a studiare il modulo e l'argomento della f.d.t. in funzione di f.

Poiché la f.d.t. considerata è quella di un sistema stabile, allora i poli e gli zeri sono reali negativi o nulli.

I diagrammi di Bode sono diagrammi che mi consentono di rappresentare graficamente il modulo e la fase della f.d.t. al variare della pulsazione w.

Sono diagrammi semilogaritmici.

Nel diagramma del modulo i Poli sono i valori che annullano in denominatore e mi introducono con contributo di -20dB/dec(-90°), mentre gli Zeri sono i valori che annullano il numeratore e mi introducono un contributo di +20dB/dec(+90°).


Filtri attivi

Trasformata di La Place

È un operatore matematico che mi consente di passare dal dominio del tempo al dominio immaginario.

Filtri con polinomi approssimati

Butter Worth

Massima piattezza in banda passante.

Chebyschev

Ha un Roll-Off iniziale elevato.

Roll-Off pendenza della curva della funzione di trasferimento, cioè ha un'attenuazione elevata già subito dopo la f.d.t.

Questo si ottiene con uno smorzamento basso, già con ordine di filtro basso.

Bessel

Bassa linearità della f.d.t. della fase in banda passante ciò comporta un ritardo costante di fase; si utilizzano per realizzare linee di ritardo.






















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