MASTER DEGREE: Industrial Systems Engineering

PAC- Perfrmance-centered Adaptive Curriculum fr Emplyment Needs Prgrama ERASMUS: Acción Multilateral - 517742-LLP-1-2011-1-BG-ERASMUS-ECUE MASTER DEGREE: Industrial Systems Engineering ASIGNATURA ISE2: Sistemas Autmatizads MÓDULO 4: Métds Digitales de Medición en SA TAREA 4-1: METODOS DIGITALES DE MEDICION. TIPOS. EL USO DE MICROPROCESADORES (MP) EN DISPOSITIVOS DE MEDICION

Cntenid TAREA 4-1: METODOS DIGITALES DE MEDICION. ADC TIPOS. EL USO DE MICROPROCESADORES (MP) EN DISPOSITIVOS DE MEDICION...3 1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS...3 2. CONTENIDO...4 2.1 VOLTIMETRO DIGITAL...4 2.2 CARACTERISTICAS DINAMICAS DE ADC...5 2.3 CLASIFICACION DE ADC...5 2.4 ADC PROCESO DE CONVERSION SIMPLE ( analógic digital )...6 2.5 ADC CONVERSION TIEMPO PULSO...8 2.6 APROXIMACION SUCESIVA... 11 2.7 APROXIMACION SUCESIVA. PARAMETROS Y FUNCIONAMIENTO... 12 2.8 ADC PARALELO (flash)... 13 2.9 ADC SUB-RANGING... 14 2.10 COMPARACION DE LOS TIPOS DE ADC... 15 2.11 MEDICION DE LAS TENSIONES DE IMPULSOS... 16 2.12 METODO DE MEDICION DIRECTA... 16 2.13 UTILIZACION DE MICROPROCESADORES EN EQUIPOS DE MEDICION... 17 3. CONCLUSIONES... 18 4. BIBLIOGRAFÍA Y/O REFERENCIAS... 18 5. ENLACES DE INTERÉS... 18 Índice de figuras Figura: 1 Clasificacin...5 Figura: 2 Muestreadr...6 Figura: 3 Cuantificación...7 Figura: 4 Cdificación...7 Figura: 5 Cnversión...8 Figura: 6 Diagrama blques Rampa Simple...8 Figura: 7 Rampa Simple...9 Figura: 8 Cnvertir Vin cntadr...9 Figura: 9 Funcinamient DVM Dble Rampa... 10 Figura: 10 Diagrama blques Rampa dble... 10 Figura: 11 Aprximación sucesiva... 12 Figura: 12 Funcinamient aprximacin sucesiva... 13 Figura: 13 ADC Flash paralel... 14 Figura: 14 Medición directa... 16 MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 2

TAREA 4-1: METODOS DIGITALES DE MEDICION. ADC TIPOS. EL USO DE MICROPROCESADORES (MP) EN DISPOSITIVOS DE MEDICION 1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS En esta tarea se deberá cmparar ds tips de ADC. Pr un lad el cntinu (escalera rampa digital) Pr tr lad el de aprximación sucesiva (cdificación) Nmbrar tdas las ventajas e incnvenientes de un y tr tip. Realizar un pequeñ ejercici en el que ns dan uns parámetrs del generadr y se deberá calcular el tiemp máxim de cnversión. En el tr apartad se deberá explicar de qué depende la reslución de un circuit para medida directa de intervals de tiemp. Finalmente se deberá calcular la frecuencia que deberá tener un generadr si el tiemp de separación mínima cn uns dats dads. MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 3

2. CONTENIDO 2.1 VOLTIMETRO DIGITAL Para realizar medidas tales cm tensión, intensidad, y btener dats de interés, utilizams habitualmente el milímetr. Este, puede ser analógic digital. Pdems clasificarls en función de: - Su prpósit. ( tip de tensión que vams a medir) Crriente cntinua Crriente cntinua y alterna Puls - De acuerd cn sus circuits Lógica Micrprcesadr - Métd de cnversión analógic digital (ADC) Cnversión tiemp puls Integración simple Integración dble Cnversión frecuencia puls Cnversión códig puls Equilibri intensificad ( escalón, rampa ) Aprximación sucesiva ADC (digit a digit) Métds cmbinads - Numer de dígits MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 4

2.2 CARACTERISTICAS DINAMICAS DE ADC - Frecuencia de discretizacin. Numer de cnversines pr segund - Tiemp de cnversión. Tiemp entre en cmienz y fin de la cnversión - Tiemp de fijación. En circuits S / H - Tiemp de apertura. Mment de indefinición. - Rang dinámic de Ubx 2.3 CLASIFICACION DE ADC Figura: 1 Clasificación - De acuerd al prcedimient de cnversión Serie Paralel Paralel serie - De acuerd a su tiemp de cnversión Baja velcidad de acción (0,1-100 ms) Media velcidad de acción ( 10-100 ms) Alta velcidad de acción ( 0,1 10 ms) Súper alta velcidad de acción ( 10-100 ns) - De acuerd al tip de cdificación MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 5

2.4 ADC PROCESO DE CONVERSION SIMPLE (analógic digital) Pdems separar el prces en tres sencills pass. 1- En primer lugar, tenems la adquisición de muestras, MUESTREO, en el cual pr medi de un muestreadr, el cual cada un determinad tiemp ns permite btener un dat. Figura: 2 Muestreadr Así irems bteniend uns cnjunts de dats de la siguiente manera 2- CUANTIFICACION En este prces, la señal slamente puede tmar uns determinads valres, pertenecientes a un rang. MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 6

Figura: 3 Cuantificación 3- CODIFICACION En este prces se le asigna una única palabra digital a cada muestra Figura: 4 Cdificación MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 7

2.5 ADC CONVERSION TIEMPO PULSO Figura: 5 Cnversión DIAGRAMA DE BLOQUES RAMPA SIMPLE Figura: 6 Diagrama blques Rampa Simple ERRORES DE RAMPA SIMPLE - Cuantificación. - Inestabilidad de la frecuencia del generadr. - Inestabilidad debid a la cnstante de tiemp. MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 8

Figura: 7 Rampa Simple EJEMPLO CONVERTIR Vin EN MAGNITUD DEL TIEMPO Figura: 8 Cnvertir Vin cntadr DOBLE RAMPA Las ventajas que ns frece sn: - La señal de entrada es la media de la señal real - Buena inmunidad al ruid - Buena precisión MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 9

Incnvenientes - Baja velcidad - Se requiere una alta precisión de ls cmpnentes para btener buens resultads. Funcinamient de este DVM Figura: 9 Funcinamient DVM Dble Rampa Figura: 10 Diagrama blques Rampa dble MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 10

Ventajas - Alta precisión - Independencia del tiemp y el perid del generadr - Alta sensibilidad - Alta estabilidad de ruid - Facilidad de medir vltajes de plaridad diferente Incnvenientes - Acción lenta 2.6 APROXIMACION SUCESIVA Este métd se basa en la cmparación de la tensión medida cn una suma de una serie de vltajes de referencia. Su relación de pess cambia en función de una determinada ley. En este cas, LEY DE PESOS Esta ley asigna a cada bit un valr (pes) cn l que cada psición, tendrá un determinad valr expresad según ptencias de 2. Siend el bit de la derecha el de menr pes, es decir, cn valr 1, y en cnsecuencia el valr de más a la izquierda tendrá el mayr pes. - El errr depende de la exactitud del DAC y el cmparadr, per n depende de la frecuencia del generadr. - Alta sensibilidad y linealidad - Utiliza elevad tiemp de cnversión tiemp cnv max = T Gen. 2 n n= numer de bits MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 11

Figura: 11 Aprximación sucesiva Algritm 1. El bit mayr (más significativ) se cnecta primer a la entrada del DAC. 2. El vltaje estándar btenid en la salida de la DAC se cmpara cn la tensión medida; 3. Si V DAC > V MEAS este bit está excluids y el próxim en pes bit se incluye cn un pes ds veces menr. 4. Si V DAC < V MEAS el bit de estad incluid y el siguiente en el bit de pes también se incluye. 5. La siguiente cmparación de V DAC y V MEAS se lleva a cab y el prces cntinúa cm en ls punts 3 y 4 hasta que se utilizan tds ls bits del DAC y se alcanza el equilibri mejr psible. 2.7 APROXIMACION SUCESIVA. PARAMETROS Y FUNCIONAMIENTO - La cnversión de tiemp en pulss es fija, sl para n pulss. - La precisión la determina el CAD y el cmparadr - El errr de criteri depende del númer de bits de DAC MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 12

- Per linealidad diferencial, per acción rápida FUNCIONAMIENTO Figura: 12 Funcinamient aprximación sucesiva 2.8 ADC PARALELO (flash) Se utilizan cmparand la tensión medida cn 2^n tensines de referencia pr medi de cmparadres. Esta cnversión se lleva a cab en un sl cntact para cients de décadas de nansegunds. La tensión de referencia es suministrada pr un divisr de tensión, bteniend un nivel alt si el cmparadr ha cambiad y nivel baj en cas cntrari. Ls incnvenientes sn el gran númer de elements que hacen falta y la difícil implementación de cmparadres idéntics, así cm la alta n linealidad. MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 13

Figura: 13 ADC Flash paralel La principal ventaja es la velcidad 2.9 ADC SUB-RANGING Este ADC utiliza un menr númer de cmpensadres que ls ADC flash paralels, En lugar de utilizar un cmparadr pr LSB cm un cnvertidr de flash, un sub-ranging ADC utiliza mens cmparadres, cnsume mens energía, tiene menr capacidad de entrada, y puede alcanzar reslucines más altas. Desventajas, que n es tan rápid cm el ADC paralel MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 14

2.10 COMPARACION DE LOS TIPOS DE ADC Pdems hacer un breve resumen de ls diferentes tips de ADC - Dble rampa Velcidad : BAJA Cste: MEDIO - Flash Velcidad: MUY RAPIDA Cste: ALTA - Aprximación sucesiva Velcidad: MEDIA-RAPIDA Cste: BAJA - Sigma delta Velcidad: MEDIO Cste: BAJA MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 15

2.11 MEDICION DE LAS TENSIONES DE IMPULSOS Una de las frmas de medir intervals de tiemp es pr medi de diagramas de circuits de cincidencia, en l que simplemente se cmparan ds más pulss para ver si caen en el mism interval de tiemp. Pdems encntrar ls siguientes tips: - Entre un impuls de partida y un impuls de parada de la misma fuente - Entre un impuls de partida y un impuls de parada de ds fuentes diferentes; - Entre un impuls de partida y un númer de parada ; - La duración de un impuls. Y ls siguientes métds: - Medición directa - Alargar el interval - Vernier - Analógica - Cnversión tiemp amplitud 2.12 METODO DE MEDICION DIRECTA Figura: 14 Medición directa Ls ds blques de entrada y el de RS-desde un impuls cn una duración Tx, igual al interval de tiemp entre el inici y la señal de parada. Después de la duración de este puls se mide digitalmente pr la manera cncida. MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 16

El diagrama de circuit, puede ser fácilmente ajustad para la medición de la duración de las señales, en que ls blques de entrada se cnvierten en redundantes y el puls medid se envía al punt en el lugar del impuls de referencia, es decir, directamente al circuit AND, haciend el papel de un selectr de tiemp. El errr prviene principalmente de la cuantificación y puede ser reducid si la lngitud de la cuantificación se reduce. 2.13 UTILIZACION DE MICROPROCESADORES EN EQUIPOS DE MEDICION Cn la utilización de micrprcesadres en aparats de medida lgrams: - Establecimient autmátic de la gama y el md de de la medición; - Cntrl de la peración en tds ls blques de un dispsitiv; - Prgramación y cnfiguración del md para lgrar la precisión deseada; - Múltiples medicines y prcesamient estadístic si es necesari; - Cntrl autmátic y aut-test; - Representación cnveniente de ls resultads; - Reducción del cnsum de energía; - Alta fiabilidad. MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 17

3. CONCLUSIONES En este dcument pdems ver un resumen de las técnicas habituales para la cnversión de una señal analógica a digital, así cm una cmparación de ls principales métds, viend sus ventajas y diferencias en cuant a velcidad, cste 4. BIBLIOGRAFÍA Y/O REFERENCIAS www.ld.me.gatech.edu http://www.dte.us.es 5. ENLACES DE INTERÉS Se detallarán ls enlaces links que puedan ser de interés en relación cn el tema de la tarea. www.uned.es. http://www.tu-plvdiv.bg/en/ MÉTODOS DIGITALES DE MEDICIÓN EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS 18