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Sistemas de adquisición de datos



    1. Sistema Básico de
      Medición
    2. Los sistemas de
      instrumentación Analógicos y
      Digitales
    3. 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:

    1. Transductores: Para la transformación
      de parámetros físicos en señales
      eléctricas.
    2. Acondicionadores de señales Para la
      amplificación, modificación o selección de ciertas partes de estas
      señales.
    3. 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.
    4. 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.

    1. 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
    2. 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.
    3. Explorador o multiplexor. Acepta
      múltiples entradas analógicas y las conecta
      secuencialmente a un instrumento de
      medición.
    4. 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.
    5. 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.
    6. 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.
    7. 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.

     Para ver el
    gráfico seleccione la opción "Descargar" del
    menú superior

    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

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