Adquisicion De Datos2

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Sistemas de adquisición de datos

Índice

1. Introducción

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2. Resolución y aliasing

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3. Conversión A/D

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4. Tipos de convertidores A/D

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5. Multiplexación y acondicionamiento de la señal

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6. Entradas de un solo terminal o entradas diferenciales

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7. Conversión D/A

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8. E/S digital

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9. Hardware de adquisición de datos

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10. Sistemas de adquisición de datos comerciales

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11. Bibliografía

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1. Introducción Hoy en día los ordenadores digitales y otros dispositivos basados en microprocesadores han sustituído a las tecnologías analógicas de almacenamiento y visualización en todos los aspectos, excepto en las aplicaciones más simples de adquisición de datos. A pesar de que los ordenadores han tenido un innegable efecto positivo en la práctica de adquisición de datos, éstos sólo entienden un lenguaje binario de unos y ceros. Sin embargo, los procesos de manufacturación y los fenómenos naturales, se rigen todavía por su naturaleza analógica. Es decir, los procesos naturales tienden a variar muy lentamente con respecto al tiempo, sin cambiar de estado de forma discontínua del blanco al negro, de estar encendido a estar apagado. Las medidas analógicas como la presión, temperatura, caudal y posición; para poder ser almacenadas o manipuladas por un ordenador, deben ser traducidas a una representación digital de las mismas. Los sucesos puramente digitales, como el movimiento a pasos de un motor o un pulso generado por un desplazamiento positivo de un medidor de caudal, también deben ser traducidos para adecuar sus niveles de tensión a la lógica transistor-transistor (TTL). De ahí el origen y posterior desarrollo de sistemas de entrada/salida (Figura 1-1) para convertir información analógica y digital procedente de procesos y sucesos del mundo real al lenguaje de los ordenadores.

2. Resolución y aliasing La mayoría de los sensores para medir temperatura, presión y otras variables contínuas proporcionan una salida que varía contínuamente para representar la magnitud de la variable en cuestión. Para hacer que esta señal pueda ser interpretada por un microprocesador, ésta debe ser convertida de un valor contínuo, que varía ligeramente respecto al tiempo, a un número digital y discreto (Figura 1-2).

El proceso de conversión analógico-digital (A/D) ofrece dos retos principales: uno de cuantización y el otro de muestreo en el tiempo. Por cuantización nos referimos a la imprecisión introducida por la conversión

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de un voltaje analógico a un número digital. Los tranductores de medidas o transmisores típicamente proporcionan señales que varían de forma contínua entre 0 y 10 V DC, ± 5 V DC, entre 0 y 100 mV DC, o de 4 a 20 mA DC. Los termopares y los dispositivos que varían su resistencia con la temperatura (RTD) son otro tipo común de entradas de bajo voltaje. Sin embargo, cuando este valor analógico se representa como un número digital, esta resolución puramente contínua se ve reducida a unos pasos discretos. La resolución de la conversión A/D se mide en bits. El número de bits determina el número de partes en las que se divide el rango de entrada para aproximar un voltaje de entrada analógica. Por ejemplo, una resolución de 8 bits para una señal de entrada de 0 a 10 V significa que el rango se divide en 28 = 256 partes de 0.039 V cada una. Los sistemas de adquisición de datos digitales, además, dividen el tiempo en intervalos discretos. En general, no hay información sobre el comportamiento del proceso en el intervalo de tiempo que hay entre las muestras recogidas. Por lo que se debe tener un cuidado especial para asegurarse de que no se pierde ningún dato significativo, y que la interpolación entre los puntos recogidos sea una suposición válida. El teorema de Nyquist define la relación necesaria entre la frecuencia más alta contenida en una señal y la frecuencia de muestreo mínima requerida. Nyquist afirmó que la frecuencia de muestreo debe ser al menos el doble de la componente de mayor frecuencia contenida dentro de la señal de entrada. Así que, para muestrear una onda senoidal de 1 Hz, la frecuencia de muestreo debe ser al menos de 2 Hz. (Pero una frecuencia de 8 a 16 Hz sería mejor para resolver la verdadera forma de la onda.) Entre las consecuencias principales de ignorar el criterio de Nyquist están la pérdida de la información de alta frecuencia y la introducción de aliasing. Si la frecuencia de muestreo no es lo suficientemente elevada, pueden aparecer frecuencias inexistentes (Figura 1-3). Es el aliasing lo que provoca que las hélices de un helicóptero o las ruedas de un carro parezcan girar lentamente en sentido contrario cuando aparecen en una película. Se pueden utilizar filtros pasa-bajo o filtros antialias para limitar el espectro de frecuencia de la onda medida, para que los componentes que no se pueden detectar sean iguales o superen la frecuencia de muestreo.

3. Conversión A/D Los convertidores analógico-digital (A/D) convierten las señales eléctricas de naturaleza contínua al lenguaje digital de los ordenadores. Se puede colocar un conversor analógico-digital con su circuitería asociada en una tarjeta de un PC, o en gran variedad de configuraciones remotas o en red. Además del convertidor, la placa también puede contener circuitos de muestreo y retención, un amplificador, un multiplexor, circuitos de sincronización y elementos acondicionadores de la señal (Figura 1-4). También incluyen los circuitos lógicos necesarios para controlar la transferencia de datos a la memoria del computador

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o a un registro interno de la tarjeta.

A la hora de elegir qué tipo de convertidor A/D se va a utilizar en una aplicación, el rendimiento debe ser suficiente para cumplir los requerimientos de los transductores analógicos de entrada a utilizar. También se debe tener en cuenta la precisión, el espectro de frecuencias, la máxima amplitud y el rango de la señal. Una característica importante en el rendimiento de un convertidor A/D es su resolución, expresada en bits. Un convertidor A/D divide el rango de entrada en 2n partes, donde n es el número de bits. Dicho de otra forma, la resolución indica el número de niveles utilizados para representar el rango de entrada analógico y determina la sensibilidad del convertidor a un cambio en la entrada analógica. Se puede amplificar la señal de entrada para aumentar la sensibilidad aparente, en el caso de que el rango máximo esperado de la señal sea menor que el rango de entrada del convertidor A/D. Como los convertidores A/D de mayor resolución son más caros, es especialmente importante no comprar más resolución de la necesaria. Si se tiene unos transductores de temperatura con el 1 % de precisión (1 de 100), un convertidor A/D de 16 bits (1 de 65.536) ofrece más resolución de la necesaria. La precisión absoluta de la conversión A/D es una función de la estabilidad del voltaje de referencia (el voltaje conocido con respecto al cual se compara el voltaje desconocido) y del rendimiento del comparador. En conjunto, de poco sirve conocer la precisión del convertidor A/D en sí. Es más significativa la precisión del sistema, junto con el multiplexor, el amplificador y el resto de cirtuitería asociados. El otro parámetro primario de rendimiento del convertidor A/D a considerar es la velocidad, productividad en un dispositivo multicanal. En conjunto, la velocidad del sistema depende de los tiempos de conversión, de adquisición, de transferencia y del número de canales a los que da servicio el sistema: •

Tiempo de adquisición: Es el tiempo que necesita el circuito analógico para adquirir la señal. También llamado tiempo de apertura, es el tiempo durante el cual el convertidor debe observar el voltaje analógico para poder completar una conversión.

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Tiempo de conversión: Es el tiempo necesario para generar el valor digital que se corresponda con el valor analógico.

•

Tiempo de transferencia: Es el tiempo necesario para enviar el valor digital a la memoria del ordenador.

Entonces, la productividad será igual al número de canales a los que se da servicio dividido por el tiempo

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necesario para realizar estas tres funciones.

4. Tipos de convertidores A/D Los convertidores analógico-digital están clasificados según su resolución o número de bits, el cómo consigue realizar la conversión la circuitería A/D varía según los dispositivos. Hay cuatro tipos principales de convertidores A/D que se utilizan en aplicaciones industriales y de laboratorio: de aproximaciones sucesivas, flash/paralelo, de integración y rampa/contador. Algunos están optimizados para ser rápidos, otros para ser económicos y otros para obtener un compromiso entre prioridades de competencia (Figura 1-5). Las tareas industriales y de laboratorio típicamente requieren de 12 a 16 bits, aunque 12 es el valor más común. En general, si se aumenta la resolución aumentan los costes y disminuye la velocidad de conversión.

•

Método de aproximaciones sucesivas: Es el diseño más común utilizado en aplicaciones industriales y de laboratorio en general (Figura 1-6). Este diseño ofrece un compromiso efectivo entre resolución, velocidad y coste. En este tipo de diseño se utilizan un convertidor digital-analógico (D/A) interno y un sólo comparador (un circuito que decide cuál de los dos voltajes es mayor) para aproximar el voltaje desconocido. Esto lo hace cambiando los bits del convetidor D/A hasta que los voltajes coincidan dentro del bit menos significativo. La velocidad de muestreo bruta para los convertidores de aproximación sucesiva está en el intervalo de 50 kHz a 1 MHz.

Para conseguir velocidades de muestreo mayores se utiliza una técnica redundante, que genera una conversión aproximada inicial, seguida de un paso para corregir el bit menos significativo después de permitir un tiempo de establecimiento suficiente. Por lo tanto, la conversión se completa más rápido a expensas de añadir hardware adicional. La redundancia es útil cuando se deseen conseguir grandes velocidades y a la vez grandes resoluciones. •

Flash/paralelo: Cuando se requiere una operación de gran velocidad, se utiliza una conversión A/D en paralelo o de tipo flash. Este diseño utiliza múltiples comparadores dispuestos en paralelo para

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Instrumentación y periféricos procesar muestras a más de 100 MHz con una resolución que va desde 8 hasta 12 bits. La comparación se realiza con una cadena de comparadores, con sus apropiadas referencias, operando en paralelo (Figura 1-7).

El inconveniente de este diseño es el gran número de comparadores relativamente caros que hacen falta. Por ejemplo, un convertidor de 12 bits necesita 4095 comparadores. •

Integración: Este tipo de convertidor A/D integra un voltaje de entrada desconocido durante un periodo de tiempo específico, integrándolo luego hasta cero. Este tiempo se compara con la cantidad de tiempo que ha sido necesaria para realizar una integración similar con un voltaje de referencia conocido. Los tiempos relativos necesarios y el voltaje de referencia conocido permiten obtener el voltaje de entrada desconocido. Hay disponibles en el mercado convertidores con una resolución que va desde 12 hasta 18 bits, y con unas frecuencias de muestreo netas de 10 a 500 kHz. Debido a que este tipo de diseño calcula de forma efectiva el promedio del voltaje de entrada con respecto al tiempo, también suaviza el ruido de la señal. Además, si se elige un periodo de integración que sea múltiplo de la frecuencia de la línea alterna, se consigue un excelente rechazo al ruido de modo común. Los convertidores por integración, más precisos y más lineales que los de aproximaciones sucesivas, son una buena elección para las señales de bajo voltaje.

•

Rampa/contador: De diseño similar al de aproximaciones sucesivas, los convertidores A/D de tipo rampa o contador utilizan un circuito comparador y un convertidor D/A (Figura 1-8). Este diseño progresivamente incrementa un contador digital, y con cada nueva cuenta genera el correspondiente voltaje analógico y lo compara con el voltaje de entrada desconocido. Cuando coinciden, el contador contiene el valor digital equivalente al de la señal desconocida.

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Una variación del método del contador es el método de la rampa, que sustituye un amplificador operacional u otro circuito de rampa analógico por el convertidor D/A. Esta técnica es algo más rápida.

5. Multiplexación y acondicionamiento de la señal Como se muestra en la Figura 1-4, los convertidores A/D rara vez funcionan por sí solos, sino que se debe incluir en el sistema la circuitería asociada para el acondicionamiento de la señal, para la multiplexación, para amplificación y otras funciones. Cada aplicación requerirá una serie de añadidos que pueden ser implementados en gran variedad de configuraciones físicas: en una tarjeta de E/S de un PC, dentro de un transmisor remoto o en un panel de terminación local. •

Multiplexación: En muchas aplicaciones industriales y de laboratorio se deben covertir múltiples señales analógicas a formato digital. Si la velocidad no es el factor limitante, a veces se comparte un convertidor A/D entre múltiples canales de entrada utilizando un mecanismo de conmutación llamado multiplexador. Esto se realiza debido al coste relativamente alto de los convertidores. Los multiplexores también permiten que se comparta entre múltiples canales la amplificación y el resto de circuitería de acondicionamiento de la señal. La conmutación se controla mediante software o hardware auxiliar.

•

Muestreo y retención: Es importante saber que un multiplexor reduce la frecuencia con la que se adquieren los datos, y que todavía se debe tener en cuenta el criterio de Nyquist. Durante un proceso típico de adquisición de datos se leen secuencialmente cada uno de los canales. A esto se le llama muestreo estándar o distribuido. A una lectura de todos los canales se le llama un escaneo. Debido a que cada canal se adquiere y convierte en un intervalo de tiempo diferente, se crea una asimetría en el tiempo de muestreo entre las distintas muestras (Figura 1-9).

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Si es importante la sincronización de las entradas, algunas tarjetas de adquisición ofrecen una operación en modo “burst” o circuitería simultánea de muestreo y retención. En el modo burst, o de muestreo pseudosimultáneo, se adquiere cada canal a la máxima velocidad de la tarjeta, luego se espera un intervalo de tiempo definido por el usuario antes de muestrear otra vez. Los verdaderos sistemas de muestreo y retención simultánea pueden muestrear todos los canales dejando unos pocos nanosegundos entre muestreos, eliminando las discontinuidades de fase y tiempo en casi todos los procesos (excepto en los más rápidos). Esencialmente, un condensador conmutado en cada canal conserva la señal de entrada correspondiente. Antes de empezar el proceso de conversión A/D, se abren simultáneamente todos los conmutadores, dejando almacenado el último valor instantáneo en los condensadores. •

Escalado de la señal: Los convertidores A/D trabajan mejor con señales en el rango de 1 a 10 V, debido a esto, las señales de bajo voltaje se deben amplificar antes de realizar la conversión—ya sea individualmente o multiplexando un circuito compartido. Del mismo modo, se deben atenuar las señales de alto voltaje.

Los amplificadores también pueden aumentar la resolución de los convertidores A/D con señales de bajo nivel. Por ejemplo, un convertidor A/D de 12 bits con una ganancia de 4 puede digitalizar una señal con la misma resolución que un convertidor de 14 bits con una ganancia de 1. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los amplificadores de ganancia fija, los cuales multiplican todas las señales de manera proporcional, aumentan la sensibilidad a señales de bajo voltaje pero no aumentan el rango dinámico del convertidor. Por otro lado, los amplificadores de ganancia programable (PGA) se pueden configurar para aumentar automáticamente la ganancia a medida que disminuye el nivel de la señal aumentando de manera efectiva el rango dinámico del sistema. Un PGA con tres niveles de ganancia establece tres órdenes de magnitud y puede hacer que un convertidor de 12 bits se comporte casi como un convertidor de 18 bits. Sin embargo, esta funcionalidad disminuye la frecuencia de muestreo. Desde el punto de vista del sistema, el rendimiento del amplificador debe estar a la par con el del convertidor A/D en sí; la precisión de la ganancia se debe especificar como un pequeño porcentaje de la ganancia total. El ruido del amplificador y el error del desplazamiento también deben ser pequeños. •

Otras funciones de acondicionamiento: Las funciones de acondicionamiento de señales A/D varían dependiendo del tipo de la aplicación. Las opciones que se utilizan son: •

Conversión de corriente a voltaje: Una señal cuya corriente va de 4 a 20 mA se puede convertir fácilmente en una señal de voltaje utilizando una resistencia (Figura 1-10). Una resistencia de

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250 ohmnios producirá una salida de 1 a 5 V.

•

Filtrado: Hay disponibles gran cantidad de dispositivos físicos y circuitos que ayudan a separar las señales deseadas de frecuencias específicas de ruido eléctrico no deseado como picos de la línea alterna y otras interferencias electromagnéticas o de radiofrecuencia (EMI/RFI). Si la frecuencia de la señal de interés es menor que la del ruido se puede utilizar un filtro pasa bajo. Los filtros pasa alto y rechazo de banda están diseñados para eliminar las interferencias de baja frecuencia y bandas específicas de frecuencia, respectivamente.

•

Excitación: El voltaje proporcionado por la tarjeta de adquisición de datos o el acondicionador de señal discreta a un determinado tipo de transductores como las galgas extensiométricas.

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Aislamiento: Se utiliza para proteger el personal y el equipo de altas tensiones. Los aisladores bloquean las sobrecargas del circuito mientras dejan pasar la señal de interés.

•

Linearización: Muchos transductores, como los termopares, tienen una respuesta no lineal a un cambio lineal en el fenómeno físico a medir. En estos casos, se debe utilizar la circuitería o el software necesarios para hacer que esta respuesta sea lineal.

6. Entradas de un solo terminal o entradas diferenciales Otra cosa a tener en cuenta, a la hora de especificar el hardware de adquisición de datos analógicos es si se van a utilizar entradas de un solo terminal (Figura 1-11). Las entradas de un solo terminal son menos caras pero pueden ser problemáticas si existen diferencias de potencial en las masas.

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En una configuración de un solo terminal, la tensión de alimentación de la señal y la entrada del amplificador están tomadas respecto de la masa. Esto es adecuado para señales de alto nivel donde la diferencia de potencial entre las masas es relativamente baja. Sin embargo, una diferencia de potencial en las masas crea un flujo de corriente a través de la masa (conocido como bucle de masas) que genera errores. Por el contrario, las entradas diferenciales conectan las entradas positiva y negativa del amplificador a ambos terminales del origen de la señal. Cualquier voltaje inducido de bucle de masas aparece en ambos terminales y es rechazado como un error de modo común. El inconveniente de estas conexiones diferenciales es que son el doble de caras que las entradas de un solo terminal. Una tarjeta de entrada analógica de ocho canales sólo puede manejar cuatro entradas diferenciales.

7. Conversión D/A Las salidas analógicas se utilizan normalmente para operar sobre válvulas y motores en entornos industriales y para generar entradas de dispositivos electrónicos a probar. La conversión digital-analógico (D/A) es de algún modo la inversa de la conversión A/D, pero tiende a ser generalmente más directa. Al igual que las configuraciones de entradas analógicas, se comparte un convertidor D/A común entre varias señales de salida multiplexadas. Los rangos estándar de salida analógica son prácticamente los mismos que los de entrada analógica: ± 5 V cc, ± 10 V cc, 0-10 V cc, y 4-20 mA cc. Esencialmente, la circuitería lógica para una salida de voltaje analógica utiliza una palabra digital (o conjunto de bits) para abrir (o cerrar, dependiendo de si el bit vale 1 ó 0) una serie de resistencias de un circuito conectado a un voltaje de referencia. Esta escalera de resistencias puede estar formada por resistencias de un valor ponderado o una red R-2R utilizando resistencias de sólo dos valores (o de uno si se colocan en serie) (Figura 1-12). Debido a que sólo hace falta un valor de resistencias, es más fácil calcular los coeficientes de temperatura de una escalera R-2R que de una red ponderada, obteniendo salidas más precisas.

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Además, para las salidas de alta resolución, se necesitan valores de resistencias muy elevados en la aproximación de resistencias ponderadas.

Las especificaciones clave de una salida analógica son: •

Tiempo de establecimiento: Periodo necesario para que un convertidor D/A responda a un cambio en un punto de la escala completa.

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Linearidad: Se refiere a la capacidad del dispositivo para dividir con precisión el voltaje de referencia en incrementos del mismo tamaño.

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Rango: El voltaje de referencia indica el límite del voltaje de salida disponible.

Debido a que la mayoría de salidas analógicas sin acondicionar están limitadas a 5 mA de corriente, a menudo se necesitan amplificadores y acondicionadores de señal para alimentar un elemento de control final. También se puede utilizar un filtro pasa baja para difuminar los escalones discretos de la salida.

8. E/S digital A direferencia de los transductores analógicos los cuales miden variables contínuas como presión o temperatura, muchos transductores proporcionan una salida que tiene dos estados: alto o bajo, abierto o cerrado. Una presión puede ser demasiado alta o temperatura demasiado baja, produciendo el cierre de un interruptor. Tampoco las salidas son estrictamente analógicas—las electroválvulas típicamente están abiertas o cerradas, muchas bombas y calentadores están normalmente encendidos o apagados. Otra forma de E/S digital son las señales por pulsos, siendo un evento contabilizable una vuelta completa de un medidor de caudal o tacómetro de una turbina. La E/S digital también se puede utilizar para comunicaciones en paralelo entre tarjetas de expansión, y para generar señales de reloj y otras señales sincronizadoras. Estos tipos de entradas y salidas (E/S) digitales o discretas son más fáciles de tratar por los sistemas de adquisición de datos basados en microprocesador que las señales analógicas. De forma similar a los convertidores analógico-digital utilizados para E/S analógica, la E/S digital está diseñada para trabajar directamente con cambios en el voltaje en la lógica transistor-transistor (TTL). La lógica TTL típicamente establece el nivel de voltaje bajo entre 0 y 0.8 V y el nivel alto entre 2.0 y 5.0 V. Los niveles de tensión situados entre 0.8 y 2.0 V no están permitidos. Por lo tanto, un cambio de voltaje, del nivel alto al nivel bajo (o viceversa) representa un cambio de estado digital del nivel alto al bajo, de estar encendido a estar apagado, etc.

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Entradas digitales: La mayoría de las entradas digitales procedentes de interruptores, relés u otras interfaces compatibles con TTL se pueden leer directamente con las tarjetas de E/S digitales. Otros tipos de entradas requeriran algún acondicionamiento de la señal, normalmente para reducir el voltaje y adaptarlo a los niveles TTL. En el mercado hay disponibles gran cantidad de módulos acondicionadores de señal que proporcionan un aislamiento y otras funciones de acondicionamiento digital.

•

Salidas digitales: Una salida digital proporciona una forma de encender o apagar un dispositivo. Suele ser necesario una amplificación de la señal para poder mover los relés, contactores, motores, etc. a los que se conecta esta salida.

•

Pulsos de E/S: Un tipo separado de E/S digital son las entradas y salidas por pulsos, que se utilizan para medir frecuencias y para aplicaciones de conteo. Las entradas por pulsos se pueden utilizar para contar el giro de una turbina, y las salidas por pulsos se pueden utilizar para controlar un motor paso a paso.

9. Hardware de adquisición de datos En nuestros días, los avances tecnológicos han hecho relativamente fácil la instalación, configuración y puesta en marcha de un sistema de adquisición de datos de alto rendimiento. El único inconveniente que tiene esto es la dificultad de elegir un sistema de entre todos los disponibles en el mercado. Esta decisión requiere un tiempo de estudio, análisis y consideración: cualquier sistema funcionará, pero para una aplicación en particular hay algunos sistemas mejores que otros. Es posible seleccionar gran número de productos y configuraciones diferentes que adquieran y procesen datos igual de bien. Estos productos van desde pequeños dispositivos individuales montados en el campo de acción (como acondicionadores de señal o pequeños transmisores montados en una regleta), hasta tarjetas de adquisición de datos que pueden ser instaladas en un PC. Prácticamente todos estos dispositivos y sistemas de adquisición de datos tienen las mismas especificaciones y opciones básicas en sus hojas de características: • • • • • • • •

Acondicionamiento de la señal Número de canales de entrada analógicos (de un sólo terminal y/o diferenciales) Frecuencia de muestreo Resolución Precisión Nivel de tensión de la entrada analógica Número de salidas analógicas E/S digitales

Además de comparar las especificaciones básicas de los sistemas se debe examinar cómo está diseñado y construido el producto. A menudo la precisión depende de la cantidad de ruído que coge el sistema. Los sistemas de adquisición de datos modernos minimizan este problema de varias formas: •

Tecnología de montaje superficial (SMT): Se acorta la longitud de las pistas del circuito impreso, lo cual mejora la resistencia al ruído eléctrico.

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Circuítos integrados específicos para la aplicación (ASIC): Combinan la funcionalidad de varios componentes en uno sólo, eliminando las conexiones entre estos dispositivos, aumentando la velocidad, mejorando la precisión y reduciendo la exposición al ruído.

•

Tamaño reducido del circuito impreso: Gracias a las tecnologías SMT y ASIC se han podido construir numerosos sistemas de adquisición de datos de tamaño reducido.

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Entradas aisladas: Protegiendo el cirtuito de daños, cortocircuitos o ruídos que puedan haber en la línea de entrada.

Finalmente, el usuario debe decidir qué tipo de sistema de adquisición de datos va a utilizar. Hay dos opciones principales: •

Tarjetas de adquisición de datos: Se conectan directamente al chasis del ordenador. Con éstas la toma de medidas y el control de procesos resultan extremadamente económicas para el usuario de un laboratorio o industria típicos. Una tarjeta de adquisición de datos con 16 canales de entrada analógicos y un precio de 1000$ a 2000$ supone un coste de 62.5$ a 125$ por canal, que comparado con los 350$ (o más) de un sistema independiente normal. Una tarjeta de adquisición de datos típica tiene estas características: 9 Entradas analógicas: 8 diferenciales o 16 simples 9 Resolución: de 12 a 16 bits 9 Rango de entrada: mV y V 9 Frecuencia de muestreo: 30-330 KHz 9 Salidas analógicas: 2 9 E/S digitales: de 8 a 16 9 Precio: de 199$ a 1200$ Hay disponibles en el mercado muchas otras tarjetas con más entradas, mayor resolución y mayores frecuencias de muestreo. ƒ Tarjetas de alta velocidad Muestrean a una velocidad que va desde 330 kHz a 20 MHz. Se utilizan en las pruebas del túnel de viento, en los test de colisión de coches, en el procesamiento de imágenes de video y de ultrasonidos, y en el análisis de formas de ondas. A estas velocidades la tarjeta debe comunicarse con el ordenador mediante acceso directo a memoria (DMA), llegando a tener algunas tarjetas dos canales DMA. Una tarjeta típica de alta velocidad tiene estas características: 9 Entradas analógicas: 8 diferenciales o 16 simples 9 Resolución: 12 bits 9 Rango de entrada: mV y V 9 Frecuencia de muestreo: 330 KHz a 1 MHz 9 Salidas analógicas: 2 9 E/S digitales: de 8 9 Precio: de 595$ a 2399$ ƒ Tarjetas de alta precisión Estas tarjetas ofrecen resoluciones de 18 bits, de 20 bits e incluso más. La precisión se ve afectada por otras variables además de la resolución, que son: la anchura del código (menor voltaje que puede detectar un convertidor A/D), el tiempo de establecimiento, y el tiempo de comversión A/D.

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Sistemas independientes: Sistemas de E/S que adquieren los datos en el lugar donde sucede el fenómeno físico a medir, y los envían al ordenador a través de la red o de un sistema de comunicaciones de algún tipo.

10. Sistemas de adquisición de datos comerciales Data Translation Serie DT300: Esta serie está formada por tarjetas de adquisición de datos PCI de bajo coste y gran funcionalidad.

Cada tarjeta de la serie contiene 16 entradas analógicas simples u 8 diferenciales, 23 líneas digitales de E/S, y 4 canales de contador/temporizador. La siguiente tabla recoge las principales características de esta serie de productos de Data Translation:

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Serie DT3000: Esta serie está formada por tarjetas de adquisición de datos PCI de alto rendimiento. Estas tarjetas contienen hasta 64 canales analógicos, frecuencia de muestreo de 330 kHz, y resolución de 12 a 16 bits. La siguiente tabla recoge las características principales de la serie DT3000 de Data Translation:

Serie DT3100: Esta serie se caracteriza por ofrecer altas resoluciones y altas velocidades. Esta serie consiste en tres tarjetas: la DT3010, una tarjeta multifunción de alta velocidad; la DT3016, de alta resolución; y la DT3010/32, igual que la DT3010 pero con un buffer FIFO de 32 KB. Estas tres tarjetas disponen de 32 entradas analógicas simples o 16 diferenciales, dos salidas digitales, dos salidas analógicas y 4 canales de contador/temporizador. La siguiente tabla recoge las principales características:

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NuDAQ PCI-9114: Esta es una tarjeta PCI de alto rendimiento que ofrece las siguientes características: ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

bus PCI de 32 bits, PnP 32 entradas analógicas simples o 16 diferenciales 16 bits de resolución Ganancia del amplificador de 1, 10, 100 ó 1000 Frecuencia máxima de muestreo en un sólo canal 100 kHz 16 canales de E/S digitales aislados

La siguiente figura muestra el esquema de la tarjeta:

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PCI-9118: Esta tarjeta ofrece las siguientes características: ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

bus PCI de 32 bits Resolución de 12 bits (9118DG/HG) o de 16 bits (9118HR) Hasta 330 kHz (9119DG/HG) o hasta 100 kHz (9118HR) 16 entradas analógicas simples o 8 direrenciales Ganancia programable x1, x2, x4, x8 (9118DG/HR) o x1, x10, x100, x1000 (9118HG) Dos canales analógicos de salida 4 canales digitales de E/S

Advantech PCI-1710: ƒ ƒ ƒ

16 entradas analógicas simples o 8 diferenciales resolución de 12 bits frecuencia de muestreo de 100 kHz

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Instrumentación y periféricos 2 canales de salida analógicos 16 E/S digitales

PCI-1712: La tarjeta PCI-1712 es una tarjeta de alta velocidad multifunción. ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

16 entradas analógicas simples o 8 diferenciales resolución de 12 bits frecuencia de muestreo de hasta 1 MHz ganancia programable para cada canal de entrada 2 canales de salida analógicos 16 canales de E/S digitales 3 contadores/temporizadores de 16 bits programables

La siguiente fifura muestra el diagrama de bloques de la tarjeta de adquisición de datos PCI-1712:

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11. Bibliografía ; Omega, Transactions Volume 2, Capítulos 1, 2 y 5 ; Data Translation, DT300 Series ; Data Translation, DT3000 Series ; Data Translation, DT3010 Series ; ADLink Technology, NuDAQ PCI-9114DG/HG User’s Guide ; ADLink Technology, NuDAQ PCI-9118 DG/HG/HR User’s Guide ; Advantech, PCI-1710 Data Sheet ; Advantech, PCI-1712 Data Sheet

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