ARGOMENTI TRATTATI

I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica 1

Data Acquisition SystemData Acquisition System

I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

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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

Data Acquisition System


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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:

Data Acquisition System(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

Data Acquisition SystemEvoluzione della strumentazione


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Data Acquisition System(Metodo tradizionale e metodo on-line)

TRASDUTTORITrasformano 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 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 DIACQUISIZIONE

DATI (DAS )

ALIMENTAZIONEELETTRICA

b) TRASDUTTORE PER MISURA ON LINE

Data Acquisition System(Metodo tradizionale e metodo on-line )


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TRASDUTTORE“CONTINUO”

Elaborazione Elettronica delSEGNALE prodotto dal TRASDUTTORE (ES)

CONVERTITORE ANALOGICO

DIGITALE (A/D)

COMPUTER

Schema a blocchi di un DASData Acquisition System

Data Acquisition System(schema generale)

FiltriAmplificazione

e OffsetCircuito di

Sample/Hold

TRASDUTTOREON_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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Data Acquisition System(circuito di condizionamento del segnale)

AMPLIFICAZIONE o

ATTENUAZIONEe

OFFSET

Segnale dal trasduttore

Dinamica del convertitore A/D

0V

2.5V

0.1V

20V

-0.2V+0.1V


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S H S H S H S

Vo= Vi

Vo= Vi

Vo= Vi

Vo= Vi

ViVi

Vi

Vo

Vo

Vo

V

t

INPUT OUTPUTS/H

INGRESSO DI CONTROLLO

SCHEMA ELETTRICO DEL SAMPLE AND HOLD

Data Acquisition System(il circuito di Sample and Hold)

A/D

Tempo di conversione non nullo Tc

Tc Tc Tc Tc


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SCHEMA DI UN DAS con N trasduttori

Data Acquisition System(situazioni con n trasduttori)

MUX

TRASDUTTORE 1

TRASDUTTORE N

MUXANALOGICO

OUT

SELETTORI DIGITALI

A B C

I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7

A/D COMPUTERES ES


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T1

T2

Tn

MUX AMPLIFICAZIONEE OFFSET

S/H A/D COMPUTER

DAS DA TRASDUTTORI DELLO STESSO TIPO

Data Acquisition System (situazioni con n trasduttori)


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T1

T2

Tn

MUX

AMPLIFICAZIONE E OFFSET



ADC COMPUTERS/H

SISTEMA DI ACQUISIZIONE DATI DA TRASDUTTORI DIVERSI

Data Acquisition System (situazioni con n trasduttori)


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CONVERSIONE A/DCampionamento: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 della conversione.

Data Acquisition System(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)

Data Acquisition System(il Campionatore)


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QUANTIZZAZIONE E CODIFICA DEL SEGNALE

Data Acquisition System(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] CodificatoreXs[n] Quantizzatore


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TEOREMA DI NYQUISTCondizione 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)

1Xc(j)

-N N

-TN

s< 2NX(ejw)

1/T

0 TN

......

X(ejw)

1/T

0 TN

s > 2N

-TN

... ...

Data Acquisition System(Nyquist)


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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)

EVENTOTRASDUTTORE

ON-OFF

“0” se non è accaduto l’evento

“1” se è accaduto l’evento


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Data Acquisition Systemtrasduttori 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

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