Data Acquisition System
Data Acquisition System
I° Modulo(DAS) Corso di Elettron 2
ARGOMENTI TRATTATI
L’impostazione Sperimentale
Evoluzione della strumentazione
Metodo tradizionale e metodo on-line per l’acquisizione dati
Descrizione della struttura generale di un Data
Aquisition System (DAS) per grandezze analogiche e per eventi
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L’IMPOSTAZIONE SPERIMENTALE
1 OSSERVAZIONE DI UN FENOMENO FISICO
2 DEDUZIONE O IPOTESI DI LEGGE FISICA
3 INDIVIDUAZIONE DELLE MISURE SPERIMENTALI CHE POSSONO CONFERMARE O CONTRADDIRE L’IPOTESI TEORICA FORMULATA
* 4 RICERCA DEGLI STRUMENTI PIU’ ADATTI AD EFFETTUARE LE MISURE SPERIMENTALI
* 5 ALLESTIMENTO DELL’APPARATO SPERIMENTALE CHE REALIZZA LE MISURE
* 6 REALIZZAZIONE DELLE MISURE E RACCOLTA DEI DATI
* 7 ELABORAZIONE DEI DATI SPERIMENTALI E VERIFICA CRITICA DELL’IPOTESI TEORICA
Fasi di impostazione ed elaborazione
comuni ad ogni
esperimento in fisica, indipendentemente dalle tecnologie usate:
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(L’impostazione Sperimentale)
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•
Strumenti analogici a lettura discreta (nel tempo)• Strumenti a lettura “continua” :
•registratori XY(stazioni metereologiche, elettrocardiografi)
•oscilloscopi
• Strumentazione digitale
•digitalizzazione strumentazione analogica
•oscilloscopi digitali
•data logger (sistemi di acquisizione dati e memorizzazione su nastro o disco magnetico)
• Strumentazione on-line con computer
•con inserimento di schede
•con computer di interfaccia
•Strumenti digitali collegati con linea seriale RS-232
•Strumenti digitali collegati con bus parallelo IEEE488
•Strumenti virtuali
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Evoluzione della strumentazione
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(Metodo tradizionale e metodo on-line) TRASDUTTORI
Trasformano una grandezza fisica in un’altra più accessibile
all’operatore o alla macchina che deve controllare la grandezza fisica
Trasduttori “CONTINUI”
Monitorare una grandezza
analogica(pressione, ..) che varia in modo continuo in ampiezza
con continuità nel tempoe
Trasduttori On-Off
Rilevare eventi aleatoriche possono essere o veri o falsi (2 soli stati): passaggio
particelle, interruttori aperti o chiusi….
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SCALA GRADUATA
TRASDUTTORE
“CONTINUO”
INPUT FISICO:
FORZA, PRESSIONE, TEMPERATURA, ETC
a) TRASDUTTORE PER MISURA TRADIZIONALE
TRASDUTTORE
INPUT FISICO:
FORZA, PRESSIONE, TEMPERATURA, ETC
OUTPUT
ELETTRICO SISTEMA DI ACQUISIZIONE
DATI (DAS ) ALIMENTAZIONE
ELETTRICA
b) TRASDUTTORE PER MISURA ON LINE
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(Metodo tradizionale e metodo on-line )
TRASDUTTORE
“CONTINUO”
Elaborazione Elettronica del SEGNALE prodotto dal
TRASDUTTORE (ES)
CONVERTITORE ANALOGICO DIGITALE (A/D)
COMPUTER
Schema a blocchi di un DAS Data Acquisition System
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(schema generale)
Filtri Amplificazione e Offset
Circuito di Sample/Hold
TRASDUTTORE ON_OFF
Adattamento della tensione di uscita del trasduttore per gli stati
fisici “on” e “off” allev tensioni corrispondenti a”1” e “0” logico
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(circuito di condizionamento del segnale)
AMPLIFICAZIONE o
ATTENUAZIONE e
OFFSET
Segnale dal trasduttore
Dinamica del convertitore A/D 0V
2.5V 0.1V
20V
-0.2V +0.1V
S H S H S H S
Vo= Vi
Vo= Vi
Vo= Vi
Vo= Vi Vi
Vi Vi
Vo
Vo Vo
V
INPUT OUTPUT
S/H
INGRESSO DI CONTROLLO
SCHEMA ELETTRICO DEL SAMPLE AND HOLD
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(il circuito di Sample and Hold)
A/D
Tempo di conversione non nullo Tc
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SCHEMA DI UN DAS con N trasduttori
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(situazioni con n trasduttori)
MUX TRASDUTTORE 1
TRASDUTTORE N
MUX
ANALOGICO OUT
SELETTORI DIGITALI A B C
I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7
A/D COMPUTER
ES ES
T1
T2
Tn
MUX AMPLIFICAZIONE
E OFFSET S/H A/D COMPUTER
DAS DA TRASDUTTORI DELLO STESSO TIPO
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(situazioni con n trasduttori)
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T1
T2
Tn
MUX AMPLIFICAZIONE
E OFFSET
AMPLIFICAZIONE E OFFSET
AMPLIFICAZIONE E OFFSET
ADC COMPUTER
S/H
SISTEMA DI ACQUISIZIONE DATI DA TRASDUTTORI DIVERSI
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(situazioni con n trasduttori)
CONVERSIONE A/D
Campionamento:
la forma d’onda continua d’ingresso xc(t)
viene trasformata nella sequenza xs[n]. Campionatore xc(t)
xs[n]
Quantizzatore x^[n]
Codificatore x^B[n]
Quantizzazione:
i valori assunti da xs[n] vengono discretizzati ottenendo così la sequenza x^[n].
Codifica:
ai valori assunti da x^[n] viene associato un codice, tipicamente binario; la sequenza
x^B[n] così costruita costituisce il risultato
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(le 3 fasi della conversione A/D)
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FUNZIONI DEL CAMPIONATORE
Conversione dal treno di impulsi
alla sequenza discreta
xs(t)
xc(t) xs[n] = xs(nT)
s(t)
X
campionatore
s(t)
-2T -T 0 T 2T 3T xs(t)
-2T -T 0 T 2T 3T xc(t)
-2 -1 0 1 2 3 xs[n] xc(t)
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(il Campionatore)
QUANTIZZAZIONE E CODIFICA DEL SEGNALE
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(il Codificatore)
xs[n] X^[n]
-2 -1 0 1 2 3
X^B[n]= 01,10,10,10,11,11
01B,1D 10B,2D 10B,2D 11B,3D
X^[n] Codificatore
Xs[n] Quantizzatore
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TEOREMA DI NYQUIST
Condizione necessaria e
sufficiente perché il segnale limitato in banda xc(t) sia univocamente determinato dalla sequenza dei suoi
campioni x[n] è che la
frequenza di campionamento sia almeno il doppio della
banda del segnale (Nyquist 1928, Shannon 1949)
1
Xc(j)
-N N
-TN
s< 2N X(ejw) 1/T
0 TN
...
...
X(ejw) 1/T
0 TN
s > 2N
-TN
... ...
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(Nyquist)
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(i traduttori on-off)
Il trasduttore on-off è un elemento che trasforma una
determinata grandezza fisica in una informazione di tipo binario (1-0, si-no, aperto-chiuso)
EVENTO TRASDUTTORE
ON-OFF
“0” se non è accaduto l’evento
“1” se è accaduto l’evento
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trasduttori on-off
L’interruttore è un esempio di dispositivo che può svolgere il ruolo di trasduttore on-off
(0 VOLT) “0”
(5 VOLT) “1”
+5V R
+5V R
