Serie de Fundamentos de Mediciones con Sensores. ni.com

Transcripción

1 Serie de Fundamentos de Mediciones con Sensores

2 Fundamentos de Adquisición de Datos Anjelica Warren Gerente de productos National Instruments

3 Qué es la adquisición de datos (DAQ)? 3

4 Por qué realizar mediciones? Los ingenieros necesitan determinar el comportamiento de un sistema para optimizar el rendimiento. Las señales de los sensores indican cómo está funcionando el sistema. Los ingenieros pueden usar esa información para modificar el rendimiento. 4

5 Registro de datos portátil La adquisición de datos portátil es una tarea compleja que proporciona información valiosa sobre el rendimiento real de un vehículo en funcionamiento. Es necesario recopilar diversos datos de orígenes diferentes: es posible que estén involucrados hasta 100 canales, incluidos transductores y buses como CAN. Señales mixtas: vibración, RPM, tensión mecánica, temperatura, torque, carga, presión, velocidad, CAN, etc. 5

6 Qué es la adquisición de datos (DAQ)? 6

7 Qué es la adquisición de datos (DAQ)? 7

8 Qué es la adquisición de datos (DAQ)? 8

9 Componentes del sistema DAQ 9

10 Información general sobre el sensor Convierte fenómenos físicos en una señal eléctrica medible. Transductor o sensor Fenómenos físicos Señal 10

11 Ejemplos de sensores Fenómenos Transductores/sensores Características eléctricas Temperatura Termopares, dispositivos de temperatura resistivos (RTD), termistores Salida de bajo voltaje, no lineal Resistencia baja, no lineal Luz Tubo de vacío, fotosensores Salida de lazo de corriente, si es de corriente (generalmente entre 4 y 20 ma) Sonido Micrófono Salida con carga, conversor alimentado Fuerza y presión Posición y desplazamiento Galgas extensiométricas, transductores piezoeléctricos Potenciómetros, transformador diferencial de variación lineal (LVDT), encoder óptico Resistencia baja, sensibilidad baja, no lineal LVDT: Inductivo, requiere demodulación Vibración Acelerómetro Salida con carga, conversor alimentado ph Electrodos de ph 11

12 Las señales tienen dos formatos: digital y analógico Digital Analógico 12

13 Señales digitales Las señales digitales tienen dos estados: alto y bajo Las líneas digitales de un dispositivo DAQ aceptan y generan señales compatibles con la lógica de transistor a transistor (TTL). Estado alto +5.0 V Indeterminado Estado bajo +2.2 V +0.8 V 0 V Estado Velocidad 13

14 Las señales tienen dos formatos: digital y analógico Digital Analógico 14

15 Señales analógicas Las señales analógicas son señales continuas que pueden tener cualquier valor respecto al tiempo. 15

16 Terminología analógica 4.71 V Nivel El valor instantáneo de la señal en un momento determinado. Forma La forma que toma la señal analógica, que suele indicar otros análisis que pueden realizarse sobre la señal. Frecuencia La cantidad de ocurrencias de un evento que se repite en el tiempo. 16

17 Componentes del sistema DAQ 17

18 Acondicionamiento de señales para mediciones de calidad El acondicionamiento de señales mejora una señal que es difícil de medir con su dispositivo DAQ. El acondicionamiento de señales no siempre es necesario. Acondicionamiento de señales Señal con ruido y de bajo nivel Señal filtrada y amplificada 18

19 Ejemplos comunes de acondicionamiento de señales Transductor/señales Termopares RTD (sensor de temperatura basado en resistencia) Galga extensiométrica Acondicionamiento de señales Amplificación, linealización, compensación de unión fría Excitación de corriente, linealización Excitación de voltaje, configuración de puente, linealización Voltaje alto o de modo común Amplificador de aislamiento Cargas que requieren conmutación de CA o un gran flujo de corriente Ruido de alta frecuencia Relevadores electromecánicos o relevadores de estado sólido Filtros pasa bajas 19

20 Acondicionamiento de señales comunes para mediciones de voltaje Amplificación Atenuación Filtrado Aislamiento 20

21 Amplificación Se utiliza en señales de bajo nivel. Maximiza el uso del rango del convertidor analógico a digital (ADC) y aumenta la precisión. Aumenta la relación señal/ruido (SNR). Amplificador 21

22 Ejemplo: Amplificación y la relación señal/ruido (SNR) Señal de 10 mv Ruido de 1 mv Amplificador de 1000x ADC Ruido de 1 mv» SNR = 10 Señal de 10 mv Amplificador de 1000x ADC 22» SNR =

23 Atenuación Disminuye la amplitud de la señal de entrada para adecuarse al rango del dispositivo DAQ. Es necesario cuando los voltajes de la señal de entrada superan el rango del dispositivo DAQ. Atenuador 23

24 Filtros Los filtros eliminan los ruidos no deseados de una señal medida y bloquean las frecuencias no deseadas. Dominio del tiempo Filtro pasa bajas Dominio del tiempo Dominio de la frecuencia Dominio de la frecuencia 24

25 Aislamiento El aislamiento ayuda a pasar una señal desde el origen hacia un dispositivo de medición sin una conexión física directa. Bloquea señales de modo común altas. Elimina lazos a tierra. Protege su instrumentación. Electromagnético Aislamiento Capacitivo Óptico 25

26 Componentes del sistema DAQ 26

27 Las tres consideraciones de la adquisición de datos: Resolución Resolución Rango Tasa de muestreo Resolución de 6 bits Señal original Resolución de 3 bits 27

28 Las tres consideraciones de la adquisición de datos: Rango Resolución Rango Tasa de muestreo Rango de -2 V -10 a 2 V V a 10 V Señal original Resolución de 3 bits 28

29 Las tres consideraciones de la adquisición de datos: Tasa de muestreo Resolución Rango Tasa de muestreo Forma de onda original (10 Hz) Tasa de muestreo = Hz 29

30 Consideraciones de la tasa de muestreo Una señal de entrada analógica es continua con respecto al tiempo. La señal muestreada es una serie de muestras discretas adquiridas a una tasa de muestreo especificada. Mientras más alta sea la velocidad de muestreo, más se parecerá la señal muestreada a nuestra señal real. Si la velocidad de muestreo no es lo suficientemente rápida, se producirá un error denominado aliasing. Señal real Señal muestreada 30

31 Aliasing Tasa de muestreo: con qué frecuencia se realiza una conversión A/D Alias: representación errónea de una señal Muestra adecuada Amplitud Aliasing por submuestreo 6 Frecuencia Amplitud 2 Frecuencia 31

32 El uso del Teorema de Nyquist evita el aliasing Frecuencia Para representar con precisión la frecuencia de la señal original... Debe tomar una muestra dos veces mayor al componente de frecuencia máxima de la señal. Forma Para representar con precisión la forma de la señal original Debe tomar una muestra entre 5 y 10 veces mayor al componente de frecuencia máxima de la señal. 32

33 El Teorema de Nyquist en acción Señal con aliasing Onda sinusoidal de 100 Hz Muestra a 100 Hz Muestra adecuada solo para frecuencia Onda sinusoidal de 100 Hz Muestra a 200 Hz Onda sinusoidal de 100 Hz Muestra a 1 khz Muestra adecuada para frecuencia y forma 33

34 Componentes del sistema DAQ 34

35 Por qué el software es importante? Costo total de la aplicación de medición = Precio de hardware + precio de software + costos de desarrollo Precio visible Costo oculto 35

36 Por qué el software es importante? 36 %, Precio de hardware y software 64 %, Costos de desarrollo Fuente: Encuesta a clientes y clientes potenciales de adquisición de datos de National Instruments,

37 Por qué es importante un controlador? Software de aplicación LabVIEW, C,.NET Controlador de hardware DAQmx Bus USB, PXI Express, Ethernet, PCI, Wireless Hardware de DAQ Varios dispositivos 37

38 Opciones de software Configuración Programación 38

39 Opciones de software Configuración Código de LabVIEW Programación Código C DAQmxCfgSampClkTiming( taskhan dle,, ,, DAQmx_Val_FiniteSamps, 1000 ); DAQmxClearTask( taskhandle ); 39

40 Solución de adquisición de datos de NI PXI Optimizado para grandes cantidades de canales y estrecha sincronización Sistema NI CompactDAQ Se personaliza con diversos chasis y tipos de módulo DAQ de escritorio Se instala en la ranura de un equipo de escritorio para obtener la máxima transferencia de datos Dispositivo único 40 DAQ portátil Se conecta fácilmente a cualquier equipo portátil o de escritorio con una instalación simple

41 Supere la brecha entre hardware y software con NI- DAQmx NI-DAQmx es un controlador de hardware único y gratuito que admite varios lenguajes de desarrollo y cientos de plataformas de hardware de adquisición de datos NI. La marca LabWindows se utiliza bajo una licencia de Microsoft Corporation. Windows es una marca registrada de Microsoft Corporation en Estados Unidos y otros países. 41

42 Cómo elegir el mejor sistema de adquisición de datos para su aplicación Su sistema DAQ requiere: Acondicionamiento de señales adecuado Resolución adecuada Tasa de muestreo adecuada Tipo adecuado de temporización y disparo Bus correcto La mejor técnica de calibración interna El conjunto más eficaz de software para análisis y reportes 42

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