Sistemas de adquisición de datos

2. Sistema Básico de Medición
3. Los sistemas de instrumentación Analógicos y Digitales
4. Sistema Generalizado de Adquisición de Datos

Sistema Básico de Medición:

Esta compuesto principalmente por un transductor, acondicionador de señal y una unidad de grabado, almacenamiento o indicación.

El transductor o detector primario (ó sensor) es el elemento o grupo de elementos que responde a la cantidad física a ser medida y utiliza energía de dicha cantidad para transformar su propio estado en tal forma que el resultado de dicha transformación pueda ser utilizado como información útil y representativa de dicha cantidad.

Una célula fotovoltaica es un caso típico de transductor que toma la energía proveniente de la luz y produce a su salida (bajo condiciones de corto circuito) una corriente proporcional a la intensidad de la luz incidente en un ancho de banda dado.

Otro ejemplo es el potenciómetro el cual produce como salida un cambio en la resistencia vista desde un extremo hasta la toma central o cursor. Dicha salida o cambio de resistencia está relacionada con la posición angular del eje (para el caso de potenciómetros rotativos) mediante una ley que puede o no ser lineal.

En ambos casos la información que se quiere medir ha sido transformada en una variable que puede ser manipulada.

Sin embargo, antes de poder ser almacenada, indicada, transmitida o usada como acción de control, será necesaria una etapa intermedia con el objeto de producir niveles y formas de señal apropiadas para dichas tareas.

Los sistemas de adquisición de datos se utilizan para medir y registrar señales obtenidas básicamente de dos maneras:

a) Aquellas que se originan a partir de la medición directa de cantidades eléctricas, que pueden incluir voltajes de cd y ca, frecuencia o resistencia; suelen hallarse en las áreas de prueba de componentes electrónicos, estudios ambientales y trabajos de control de calidad.

b) Señales que se originan a partir de transductores, como galgas extensiométricas y termopares.

Los sistemas de instrumentación se pueden clasificar en dos clases principales: Analógicos y Digitales.

Los sistemas analógicos tratan en forma analógica la información de mediciones. Un sistema analógico se puede definir como una función continua, como una gráfica de voltaje contra tiempo, o desplazamiento contra presión.

Los sistemas digitales manejan la información en forma digital. Una cantidad digital puede consistir en un número de pulsos discretos y discontinuos cuya relación de tiempo contiene información referente a la magnitud o naturaleza de la cantidad.
Un sistema de adquisición de datos analógico consta de algunos o todos los elementos siguientes:

2. Transductores: Para la transformación de parámetros físicos en señales eléctricas.
3. Acondicionadores de señales Para la amplificación, modificación o selección de ciertas partes de estas señales.
4. Dispositivos de presentación visual Para monitoreo continuo de las señales de entrada. Estos dispositivos pueden incluir osciloscopio de varios canales o de un solo canal, osciloscopio de almacenamiento, panel de medidores, desplegados numéricos, etcétera.
5. Instrumentos de registro de gráficas Para obtener un registro permanente de los datos de entrada. Estos incluyen registradores de tinta y plumilla para proporcionar registros continuos en cortes de papel, sistemas de registro óptico como los registradores de galvanómetro de espejo y los registradores ultravioleta. Instrumentación de cinta magnética para guardar los datos de entrada, conservar su forma eléctrica original y reproducirlos posteriormente para un más detallado.

Un sistema de adquisición de datos digital puede incluir algunos o todos los elementos que se muestran en la figura 2. Las operaciones esenciales dentro de un sistema digital incluyen manipulación de señales analógicas, medición, conversión y manejo de datos digitales, y programación y control interno.

La función de cada elemento del sistema de la figura 1 se describe a continuación.

2. Transductor. Transforma parámetros físicos en señales eléctricas aceptables par el sistema de adquisición. Algunos parámetros son la temperatura, presión, aceleración, desplazamiento de pesos y velocidad; también es factible medir directamente cantidades eléctricas, como voltaje, resistencia, o frecuencia
3. Acondicionador de señal. Por lo general incluye la circuitería de soporte para el transductor. Esta circuitería puede proporcionar la energía de excitación, circuito de equilibrio y elementos de calibración. Un ejemplo de acondicionador de señal es un puente balanceado con una galga extensométrica y unidad de fuente de energía.
4. Explorador o multiplexor. Acepta múltiples entradas analógicas y las conecta secuencialmente a un instrumento de medición.
5. Convertidor de señal. Transforma la señal analógica en una forma para el convertidor analógico-digital. Un ejemplo de este dispositivo es un amplificador de voltajes de bajo nivel generados por termopares o galgas extensiométricas.
6. Convertidor analógico-digital (ADC). Convierte el voltaje analógico a su forma digital equivalente. La salida del convertidor A/D se puede desplegar visualmente y estar disponible como voltaje en pasos discretos para procesamiento posterior o grabación en un registrador digital.
7. Equipo auxiliar. Esta sección contiene instrumentos para funciones de programación de sistemas y procesamiento digital de datos. Las funciones auxiliares incluyen linearización y comparación de límites. Estas funciones se pueden ejecutar mediante instrumentos individuales o mediante una computadora digital.
8. Registrador digital. Registra información digital en tarjetas perforadas, cinta de papel perforado, cinta magnética, páginas mecanografiadas o una combinación de estos sistemas. El registrador digital puede ir luego de una unidad de acoplamiento que transforma la información digital en la forma apropiada para la entrada del registrador digital seleccionado.

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Los sistemas de adquisición de datos se utilizan en un gran número de aplicaciones (en constante aumento), en una variedad de áreas industriales y científicas, como la industria biomédica, aeroespacial y telemetría. El tipo de sistema de adquisición de datos, analógica o digital, depende del uso de los datos registrados.

En general, los sistemas de datos analógicos se utilizan cuando se requiere un amplio ancho de banda o cuando se puede tolerar poca exactitud. Los sistemas digitales se aplican cuando el proceso físico que en estudio varía poco (ancho de banda angosto) y cuando se necesita una exactitud alta y bajo costo por canal.

Los sistemas digitales varían en complejidad desde sistemas de un solo canal para medición y registro de voltajes de cd hasta sistemas automáticos de múltiples canales, los cuales miden un gran número de parámetros de entrada, los comparan con respecto a condiciones o límites preestablecidos y llevan a cabo cálculos y toman decisiones sobre la señal de entrada. Los sistemas digitales en general son más complejos que los analógicos, tanto en términos de volumen y complejidad de los datos de entrada que pueden manejar.

Los sistemas de adquisición de datos a menudo utilizan registradores de cinta magnética. Los sistemas digitales requieren convertidores para cambiar voltajes analógicos en números o cantidades digitales discretas. Inversamente, la información digital se puede convertir de nuevo en analógica, como voltaje o corriente, con lo cual puede utilizarse como una cantidad de realimentación que controla un proceso industrial.

Sistema Generalizado de Adquisición de Datos.

En muchos casos, la señal o información resultante puede requerir un procesamiento que generalmente está a cargo de un microprocesador, microcomputador o minicomputadora, dependiendo esto de muchos factores que van desde las consideraciones económicas, a las puramente técnicas.

Por otra parte, un multiprocesamiento de la información proveniente de más de una parte del proceso o de varios procesos puede ser necesario.

El sistema básico de medición queda entonces como se muestra en la figura 3.

Debe observarse, de la figura anterior, que han sido incorporados nuevos detalles.

En primer lugar, se intenta obtener información acerca de varios transductores mediante el uso de un solo convertidor Analógico/Digital (AID), así como también, un solo elemento de procesamiento. La razón imnediata es fundamentalmente económica, ya que, en general, el elemento más costoso en cualquier sistema de adquisición de datos que manipule a la señal en forma digital, es el convertidor AID, apartando por supuesto el costo del procesador.

convertidores A/D como señales deban ser procesadas. Como se discutirá más adelante, ésta puede ser una solución necesaria en casos de señales que varíen rápidamente con el tiempo.

El sistema generalizado de adquisición de datos trabaja como sigue: El procesador es el centro del sistema y es responsable no solamente delprocesamiento propiamente dicho de la información, sino también, se encarga del control de los demás bloques del sistema con el objeto de que operen en forma coordinada. Los transductores son elementos que obtienen energía de la cantidad fisica a ser medida y producen una señal eléctrica (tensión o comente) que pueda ser tratada electrónicamente.

La señal eléctrica proveniente de los sensores debe ser acondicionada con el objeto de que presente características adecuadas desde el punto de vista de ancho de banda, nivel, impedancia y ruido para que pueda ser muestreada en el muestreador.

El muestreador ("Multiplexer") es responsable de la selección en el momento oportuno (requerido por el procesador) de una de las señales provenientes de los acondicionadores. Con el objeto de que la señal permanezca constante durante el tiempo de conversión, ésta es mantenida con el nivel que tenía al momento de su muestreo, mediante el dispositivo de retención, el cual actúa como una memoria analógica.

El convertidor Analógico/Digital (A/D), se encarga de llevar las señales analógicas presentes en el retentor, a forma digital de manera que puedan ser procesadas por el procesador.

La información obtenida por éste, podrá ser filtrada digitalmente, así como también, usada para controlar algún sistema, almacenada, mostrada o transmitida a lugares remotos.

Bibliografía

Hector A. Navarro D (1995). Instrumentación Electrónica Moderna. Editorial Innovación Tecnológica – Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela

William D. Cooper y Albert D. Helfrick (1991). Instrumentación Electrónica Moderna. Editorial Prentice Hall.

Realizado por:

Irlenys Tersek Rodríguez

Ingeniero en Electrónico en Computación

Chivacoa, Junio 10 de 2005