Usuari:Dani89mc/Cadena de mesura

La cadena de mesura és el procés que s'aplica a un senyal. Va des del moment en què un sensor recull la informació del món físic fins al moment en què un actuador torna a transmetre la informació tractada al món físic. A l'hora de tractar un senyal, hem d'aplicar aquest procés per obtenir un senyal digital i poder-lo tractar amb un DSP o similar, segons les nostres necessitats. Generalment, les dades que capten els sensors són analògiques, i amb aquest procés les convertim en digitals perquè així és més fàcil i econòmic de tractar-les. Un cop hem tractat les dades, les retornem al món físic tal com les hem obtingudes, analògiques.

Un sistema de mesura electrònic es pot descriure com un conjunt de blocs funcionals, i cadascun dels blocs realitza una funció específica. Aquest conjunt de blocs rep el nom de "cadena de mesura" Exemple: una cadena de mesura electroacústica està formada per un micròfon, un atenuador, un filtre, un amplificador i un voltímetre.

Gràfic sobre una cadena de Mesura

Elements principals

Hi ha dos tipus de cadenes de mesura principals:

• Cadena de mesura: es capta el senyal a partir dels sensors, posteriorment el senyal es condiciona, se'n fa la conversió analògica digital i acaba arribant a la CPU (PLC, ordinador... o qualsevol dispositiu capaç de tractar digitalment el senyal).

Fenomen físic → Sensors → Condicionament del senyal → Conversor A/D → Ordinador

• Cadena d'actuació: el senyal digitalitzat i processat fa el recorregut de la cadena de mesura a la inversa, és a dir, fa la conversió de digital a analògic, el condicionament del senyal i, finalment, arriba als actuadors.

Ordinador → Conversor D/A → Condicionament del senyal → Actuador → Fenomen físic

Conceptes

• Fenomen físic: qualsevol fenomen que pugui ser mesurat, captat, enregistrat per un sensor.
• Sensor: dispositius amb capacitat de generar un senyal que compleixi unes certes característiques (voltatge, intensitat...) en funció del fenomen físic mesurat.
• Condicionament del senyal: modifica el senyal elèctric per facilitar-ne la posterior anàlisi o digitalització.
• Conversor A/D: conversió del senyal elèctric en dades binàries (digital).
• Conversor D/A: conversió de dades binàries en un impuls elèctric.
• Processament: modifica el senyal digital per poder-ne extreure la informació d'interès. Això ens permet fer-ne una anàlisi àmplia i detallada gràcies a les dades recollides. A més a més, podem fer estudis estadístics, comparacions, etc. Aquesta tasca pot ser realitzada per qualsevol dispositiu capaç de tractar dades digitals (ordinador, FPGA, etc.), sempre que la seva potència pugui satisfer el tractament necessari en cada cas.

Etapes

La cadena de mesura es pot dividir en diverses etapes. De vegades pot ser complicat diferenciar-les, ja que per una part estan íntimament lligades a la qualitat de l'observació i, per una altra, la seva integració en una instrumentació eficaç les pot confondre. A continuació intentarem posar-hi una mica d'ordre.

• Col·lectar: escollir un embut de fotons (amb les propietats adequades) i transformar el frontal d'una ona inicial en un frontal d'ona més concentrat.

• Formar: treballar els fotons per comptar-los, classificar-los per colors i/o localitzar-los espacialment.

• Detectar: convertir un senyal lluminós en elèctric, sense perdre cap de les propietats guanyades per l'instrument.

• Analitzar: traduir en mesures físiques allò que hem observat.

• Tractar: començar (lleugerament) el tractament de les mesures.

Equacions dinàmiques

Molts dels resultats sobre equacions diferencials consisteixen a traslladar fàcilment els resultats corresponents per a les diferents equacions. L'estudi de les equacions dinàmiques en escales de temps revela aquestes discrepàncies, i ajuda a evitar els resultats de la prova en dues ocasions: un cop per equacions diferencials i, una vegada més, per a les diferents equacions. La idea general és demostrar el resultat per a una equació dinàmica en què el domini de la funció desconeguda s'anomena escala de temps, que pot ser un subconjunt tancat arbitrari dels reals. D'aquesta manera, els resultats s'apliquen no només al conjunt de nombres reals o al conjunt de nombres enters, sinó a escales de temps més general com el Conjunt de Cantor.

Transformada de Laplace i transformada Z

La transformada de Laplace es pot definir mitjançant funcions en escales de temps. Utilitza la mateixa taula de transformacions per a qualsevol escala de temps arbitrari. Aquesta transformació es pot utilitzar per resoldre equacions dinàmiques en escales temporals. Si l'escala de temps està formada per enters no negatius, llavors la transformació és igual a la transformada de Z modificada: Z'{x}(z)=(Z{x}(z+1))/(z+1).

Exemple d'actuadors

Un sistema complet per supervisar i respondre aquestes observacions està format pels tres components següents:

1. Sensor: és l'entrada del sistema, no és un mecanisme a través d'una observació. Aquesta observació pot ser la temperatura ambient. El resultat d'aquest component és analògic o digital depenent del senyal.
2. Regulador: normalment això es fa per un microprocessador o processador de senyal digital, que treballa amb valors digitals.
3. Actuador: la decisió final analògica o digital a terme.

Un exemple per aclarir les etapes del procés anterior: considerem un sistema que és capaç d'escalfar un local d'enviament. Fa una crida per a una temperatura de menys de 20 °C, la calefacció està engegada i s'elimina a més de 25 °C:

1. Si en un sistema de sensor s'utilitza un termistor (component electrònic la resistència del qual varia en funció de la calidesa de l'ambient), en utilitzar un Pont de Wheatstone podem obtenir un senyal analògic amb la temperatura que ens proposa.
2. Llavors, el senyal analògic de control per un conversor analògic-digital (conversor A/D) que redirigeix el senyal analògic 0/4-20 mA del senyal de corrent o voltatge Volt proporcional a valors digitals.
3. El processador és el valor digital de comparar els valors desitjats. Si el sensor de temperatura (termistor) s'observa per sota de 20 °C, per exemple, el processador envia un senyal digital amb el valor '1 'per indicar que la calefacció ha d'estar encesa. Si el processador arriba a la conclusió que la temperatura és superior a 25 °C, per exemple, envia un senyal digital amb valor '0'.
4. Fins al convertidor D/A a la sortida digital del bloc processador, el valor del senyal és '1' o '0' per convertir un senyal analògic amb el qual podem controlar l'actuador.
5. Al final de la cadena hi ha un actuador, en aquest cas, un interruptor per activar o desactivar la calefacció. Això podria ocórrer a través de la utilització d'un relé.

El funcionament d'un actuador és notable en comparació amb el d'un sensor. Un sensor detecta el medi ambient i envia un actuador, no obstant això, s'utilitza un senyal per influir en el seu medi ambient. Aquesta influència pot ser indirecta, un interruptor per regular la calefacció com abans, o com un altaveu, una membrana vibrant que dóna un so per produir.