Data Acquisition System

(1)

(2)

I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica 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

(3)

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:

Data Acquisition System

(4)

• 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

(5)

Data Acquisition System

(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

e

con continuità nel

tempo

Trasduttori On-Off

Rilevare eventi aleatoriche

possono essere o veri o falsi

(

2 soli stati

): passaggio

(6)

I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica 6 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

Data Acquisition System

(7)

TRASDUTTORE “CONTINUO”

Elaborazione Elettronica del SEGNALE prodotto dal

TRASDUTTORE (ES)

CONVERTITORE ANALOGICO DIGITALE (A/D)

COMPUTER

Schema a blocchi di un

DAS

D

ata

A

cquisition

S

ystem

Data Acquisition System

(schema generale)

Filtri Amplificazione_{e Offset} Circuito di Sample/Hold

TRASDUTTORE ON_OFF

Adattamento della tensione di uscita del trasduttore per gli stati

(8)

Data Acquisition System

(circuito di condizionamento del segnale)

AMPLIFICAZIONE o

ATTENUAZIONE e

OFFSET

Segnale dal trasduttore

(9)

S H S H S H S V_o= V_i V_o= V_i V_o= V_i V_o= V_i V_i V_i V_i V_o V_o V_o V INPUT OUTPUT S/H INGRESSO DI CONTROLLO

SCHEMA ELETTRICO DEL SAMPLE AND HOLD

Data Acquisition System

(il circuito di Sample and Hold)

A/D

(10)

SCHEMA DI UN DAS con N trasduttori

Data Acquisition System

(situazioni con n trasduttori)

(11)

T1

T2

Tn

MUX AMPLIFICAZIONE

E OFFSET S/H A/D COMPUTER

DAS DA TRASDUTTORI DELLO STESSO TIPO

Data Acquisition System

(12)

I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica 12 T1 T2 Tn MUX AMPLIFICAZIONE E OFFSET AMPLIFICAZIONE E OFFSET AMPLIFICAZIONE E OFFSET ADC COMPUTER S/H

SISTEMA DI ACQUISIZIONE DATI DA TRASDUTTORI DIVERSI

Data Acquisition System

(13)

CONVERSIONE A/D

Campionamento:

la forma d’onda continua d’ingresso x

_c

(t)

viene trasformata nella sequenza x

_s

[n].

Campionatore

x

_c

(t)

x

s

[n]

Quantizzatore

x^[n]

Codificatore

x^

_B

[n]

Quantizzazione:

i valori assunti da x

_s

[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

Data Acquisition System

(14)

FUNZIONI DEL CAMPIONATORE

Conversione dal

treno di impulsi

alla sequenza

discreta

x

_s

(t)

x

_c

(t)

_x

s

[n] = x

s

(nT)

s(t)

X

campionatore

s(t)

-2T -T 0 T 2T 3T

x

_s

(t)

-2T -T 0 T 2T 3T

x

_c

(t)

-2 -1 0 1 2 3

x

s

[n]

x

_c

(t)

Data Acquisition System

(15)

QUANTIZZAZIONE E CODIFICA DEL SEGNALE

Data Acquisition System

(16)

TEOREMA DI NYQUIST

Condizione necessaria e

sufficiente perché il segnale

limitato in banda x

_c

(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 X

_c

(j

Ω

)

-

Ω

_N

Ω

_N

Ω

-T

Ω

_N

Ω

s

< 2

Ω

N

X(e

jw

₎

1/T

0 T

Ω

_N

ω

...

X(e

jw

₎

1/T

0 T

Ω

_N

Ω

s

> 2

Ω

N

-T

Ω

_N

ω

...

Data Acquisition System

(17)

Data Acquisition System

(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

(18)

Data Acquisition System

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