In qualsiasi progetto o esperimento intrapreso, i dati prodotti determineranno in ultima analisi i frutti del vostro lavoro. Senza dati, non saremmo in grado di comprendere come funziona effettivamente un sistema.
Ad esempio, se si desidera installare una serpentina di riscaldamento che aiuti l'oggetto a raggiungere una temperatura specifica, non è possibile comprenderne il livello di successo senza misurare la temperatura. Un compito semplice come misurare e registrare la temperatura è chiamato ACQUISIZIONE DEI DATI. Un altro esempio è la misurazione e la registrazione della differenza di corrente attraverso un resistore.
In sostanza, l'acquisizione dei dati è un processo che comporta la raccolta di informazioni per comprendere il fenomeno elettrico o fisico utilizzando sensori, dispositivi di misurazione e un computer. Insieme, questi componenti formano un sistema di acquisizione dati o sistema DAQ.
In questa guida imparerete:
- Che cos'è un sistema DAQ?
- Componenti di base di un sistema DAQ
- Come misurare con un dispositivo DAQ?
- Fattori che influenzano l'accuratezza della misurazione
- Vantaggi dell'utilizzo di dispositivi DAQ
- Applicazioni importanti del sistema DAQ
Che cos'è un sistema DAQ?
Come già discusso, il DAQ o ACQUISIZIONE DEI DATI comprende un Sistema di Misurazione e un computer in grado di misurare proprietà elettriche o fisiche e effettuare la registrazione dei dati per ulteriori analisi.
Il concetto di DAQ è stato introdotto nel 1963, dove ruotava principalmente attorno al monitoraggio o al controllo di un'entità fisica con un software. IBM è stata la prima azienda ad annunciare un computer realizzato esclusivamente per attività di acquisizione dei dati, chiamato IBM 7700 Data Acquisition System.
L'IBM 7700 è stato sostituito nel 1964 da un sistema più potente, l'IBM 1800 Data Acquisition and Control System. Con il progresso della tecnologia, le capacità di elaborazione sono cambiate drasticamente, consentendoci oggi di elaborare e archiviare rapidamente i dati in numerosi modi.
I sistemi DAQ ne sono un eccellente esempio. Questi dispositivi sono in grado di acquisire dati da un sistema reale e di memorizzarli in un formato facilmente recuperabile per ulteriori analisi ingegneristiche o scientifiche.
Considerando l'intuitività dei sistemi DAQ, questi sistemi di misurazione basati su computer sono di fondamentale importanza in una varietà di settori verticali che richiedono precisione, come l'edilizia, l'elettronica, la produzione e la manifattura, solo per citarne alcuni.
I sistemi DAQ possono essere portatili o azionati a distanza. I sistemi DAQ portatili sono utili quando è necessaria l'esecuzione di letture di un campione con cui è possibile interagire fisicamente. Le misurazioni DAQ a distanza vengono effettuate dove la presenza umana è incompatibile.
Componenti di base di un sistema DAQ Le macchine IBM del 1960 erano giganteschi computer alti 1,8 metri. Fortunatamente, i moderni sistemi DAQ sono compatti, ma molte volte più potenti dei loro predecessori.
Anni di progressi tecnologici nell'elettronica hanno reso possibile la realizzazione di macchine così eleganti che non compromettono l'accuratezza delle misurazioni.
Un sistema DAQ di base è composto da quattro parti:
Sensori
I sensori o trasduttori interagiscono con il soggetto misurato, direttamente o indirettamente (a contatto o senza contatto). Essi convertono i valori fisici in segnali elettrici. Il tipo di sensori utilizzati in un sistema DAQ varia in base alla natura della sua applicazione.
Ad esempio, la misurazione della temperatura richiede un sensore di temperatura, mentre un sensore fotovoltaico è utile per misurare la luce. La loro funzione comune è quella di convertire segnali analogici come luce, temperatura, velocità, ecc. in segnali digitali per il computer. I sistemi DAQ utilizzano sensori di alta qualità che forniscono letture accurate con un rumore minimo o nullo.
Trasmissione/Condizionamento del segnale
I segnali elettrici provenienti dai sensori non possono essere utilizzati direttamente, in quanto necessitano di una modifica. Questa modifica è necessaria perché i segnali spesso contengono rumore o potrebbero essere così deboli da non poter essere misurati dal sistema DAQ.
Pertanto, viene utilizzato un circuito aggiuntivo per ottimizzare i segnali, denominato condizionatore di segnale. Il processo di ottimizzazione dei segnali è noto come condizionamento del segnale.
Il condizionatore di segnale utilizza circuiti di filtraggio per separare il rumore dal segnale reale e utilizza un circuito di amplificazione per rafforzare i segnali deboli. Queste sono due delle funzioni comuni che svolgono.
Esistono anche altri processi, come la calibrazione, la linearizzazione e l'eccitazione, che possono essere realizzati con un circuito di condizionamento del segnale adeguato. La scelta del circuito di condizionamento del segnale dipende in gran parte dalle caratteristiche del sensore.
Hardware DAQ
L'hardware DAQ è l'entità hardware collegata tra il computer e i sensori. L'hardware DAQ è collegato al computer tramite le porte USB o gli slot PCI-Express sulla scheda madre.
L'hardware DAQ riceve i segnali analogici dai sensori e li converte in segnali digitali leggibili dai computer. Ma questa è solo una delle funzioni dell'hardware DAQ.
Alcune delle caratteristiche comuni di un sistema DAQ sono:
ADC: converte i segnali analogici in segnali digitali
Convertitore da digitale ad analogico: supporto per l'immissione e l'emissione di segnali binari
RS232, RS485: Bus di interfaccia utilizzati per comunicare con altri dispositivi
Ingresso single-ended: Supporto per l'acquisizione di input da cavi single-ended
Esiste anche un hardware DAQ autonomo in grado di funzionare da solo senza richiedere un collegamento a un computer. Ciò è possibile grazie a un processore e a un'unità di calcolo integrati nell'hardware DAQ. L'hardware DAQ autonomo è in grado di aiutare gli utenti con la rappresentazione dei dati in tempo reale.
Gli oscilloscopi e i data logger autonomi sono esempi eccellenti di sistemi DAQ in grado di funzionare senza un computer.
Computer
L'ultimo anello della catena DAQ è un computer che raccoglie tutti i dati provenienti dall'hardware DAQ per un'ulteriore analisi. Tuttavia, collegare l'hardware DAQ a un computer non è sufficiente per dare un senso ai dati.
È necessaria una soluzione DAQ che utilizzi i dati provenienti dall'hardware DAQ per creare risultati leggibili e significativi. In altre parole, la soluzione DAQ funge da interfaccia tra l'utente e l'hardware DAQ. I computer sono fondamentali per eseguire calcoli di ordine superiore con i dati raccolti dal DAQ.
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