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Serie de Fundamentos de Mediciones con Sensores
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Fundamentos de Adquisicin de Datos
Anjelica Warren Gerente de productos National Instruments
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Qu es la adquisicin de datos (DAQ)?
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Por qu realizar mediciones?
Los ingenieros necesitan determinar el comportamiento de un sistema para optimizar el rendimiento.
Las seales de los sensores indican cmo est funcionando el sistema.
Los ingenieros pueden usar esa informacin para modificar el rendimiento.
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Registro de datos porttil La adquisicin de datos porttil es una tarea compleja que proporciona informacin valiosa sobre el rendimiento real de un vehculo en funcionamiento.
Es necesario recopilar diversos datos de orgenes diferentes: es posible que estn involucrados hasta 100 canales, incluidos transductores y buses como CAN.
Seales mixtas: vibracin, RPM, tensin mecnica, temperatura, torque, carga, presin, velocidad, CAN, etc.
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Qu es la adquisicin de datos (DAQ)?
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Qu es la adquisicin de datos (DAQ)?
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Qu es la adquisicin de datos (DAQ)?
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Componentes del sistema DAQ
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Informacin general sobre el sensor
Convierte fenmenos fsicos en una seal elctrica medible.
Transductor o sensor
Seal Fenmenos fsicos
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Ejemplos de sensores Fenmenos Transductores/sensores Caractersticas elctricas Temperatura Termopares, dispositivos de
temperatura resistivos (RTD), termistores
Salida de bajo voltaje, no lineal Resistencia baja, no lineal
Luz Tubo de vaco, fotosensores Salida de lazo de corriente, si es de corriente (generalmente entre 4 y 20 mA)
Sonido Micrfono Salida con carga, conversor alimentado
Fuerza y presin Galgas extensiomtricas, transductores piezoelctricos
Resistencia baja, sensibilidad baja, no lineal
Posicin y desplazamiento
Potencimetros, transformador diferencial de variacin lineal (LVDT), encoder ptico
LVDT: Inductivo, requiere demodulacin
Vibracin Acelermetro Salida con carga, conversor alimentado
pH Electrodos de pH
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Analgico
Las seales tienen dos formatos: digital y analgico
Digital
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Seales digitales
Las seales digitales tienen dos estados: alto y bajo Las lneas digitales de un dispositivo DAQ aceptan y generan seales compatibles con la lgica de transistor a transistor (TTL).
+0.8 V 0 V
+5.0 V
+2.2 V
Estado alto
Estado bajo
Indeterminado
Estado
Velocidad
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Analgico
Las seales tienen dos formatos: digital y analgico
Digital
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Seales analgicas
Las seales analgicas son seales continuas que pueden tener cualquier valor respecto al tiempo.
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Terminologa analgica
Nivel El valor instantneo de la seal en un momento determinado.
Forma La forma que toma la seal analgica, que suele indicar otros
anlisis que pueden realizarse sobre la seal.
Frecuencia La cantidad de ocurrencias de un evento que se repite en el
tiempo.
4.71 V
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Componentes del sistema DAQ
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Acondicionamiento de seales para mediciones de calidad El acondicionamiento de seales mejora una seal que es difcil de medir con su dispositivo DAQ.
El acondicionamiento de seales no siempre es necesario.
Seal con ruido y de bajo nivel Seal filtrada y amplificada
Acondicionamiento de seales
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Transductor/seales Acondicionamiento de seales
Termopares Amplificacin, linealizacin, compensacin de unin fra
RTD (sensor de temperatura basado en resistencia) Excitacin de corriente, linealizacin
Galga extensiomtrica Excitacin de voltaje, configuracin de puente, linealizacin
Voltaje alto o de modo comn Amplificador de aislamiento
Cargas que requieren conmutacin de CA o un gran flujo de corriente
Relevadores electromecnicos o relevadores de estado slido
Ruido de alta frecuencia Filtros pasa bajas
Ejemplos comunes de acondicionamiento de seales
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Acondicionamiento de seales comunes para mediciones de voltaje
Amplificacin
Atenuacin
Filtrado
Aislamiento
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Amplificacin
Se utiliza en seales de bajo nivel. Maximiza el uso del rango del convertidor analgico a digital (ADC) y aumenta la precisin.
Aumenta la relacin seal/ruido (SNR).
Amplificador
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Ejemplo: Amplificacin y la relacin seal/ruido (SNR)
Seal de 10 mV Ruido de 1 mV
SNR = 10
Amplificador de 1000x
Ruido de 1 mV
ADC
ADC
Amplificador de 1000x
Seal de 10 mV
SNR = 10 000
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Atenuacin
Disminuye la amplitud de la seal de entrada para adecuarse al rango del dispositivo DAQ.
Es necesario cuando los voltajes de la seal de entrada superan el rango del dispositivo DAQ.
Atenuador
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Filtros
Los filtros eliminan los ruidos no deseados de una seal medida y bloquean las frecuencias no deseadas.
Dominio del tiempo Filtro pasa bajas
Dominio de la frecuencia
Dominio del tiempo
Dominio de la frecuencia
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Aislamiento
El aislamiento ayuda a pasar una seal desde el origen hacia un dispositivo de medicin sin una conexin fsica directa.
Bloquea seales de modo comn altas. Elimina lazos a tierra. Protege su instrumentacin.
Electromagntico
Capacitivo
ptico
Aislamiento
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Componentes del sistema DAQ
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Las tres consideraciones de la adquisicin de datos: Resolucin
Resolucin Rango Tasa de muestreo Resolucin
de 6 bits
Resolucin de 3 bits
Seal original
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Las tres consideraciones de la adquisicin de datos: Rango
Resolucin Rango Tasa de muestreo
Seal original
Resolucin de 3 bits
Rango de -10 V a
10 V
Rango de -2 V a 2 V
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Las tres consideraciones de la adquisicin de datos: Tasa de muestreo
Resolucin Rango Tasa de muestreo Forma de onda original (10 Hz)
Tasa de muestreo = 11 Hz Tasa de muestreo = 25 Hz Tasa de muestreo = 100 Hz
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Consideraciones de la tasa de muestreo Una seal de entrada analgica
es continua con respecto al tiempo.
La seal muestreada es una serie de muestras discretas adquiridas a una tasa de muestreo especificada.
Mientras ms alta sea la velocidad de muestreo, ms se parecer la seal muestreada a nuestra seal real.
Si la velocidad de muestreo no es lo suficientemente rpida, se producir un error denominado aliasing.
Seal real
Seal muestreada
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Tasa de muestreo: con qu frecuencia se realiza una conversin A/D
Alias: representacin errnea de una seal
Aliasing
Muestra adecuada
Aliasing por submuestreo Frecuencia
Am
plitu
d
6
Frecuencia
Am
plitu
d
2
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El uso del Teorema de Nyquist evita el aliasing
Para representar con precisin la frecuencia de la seal original... Frecuencia
Debe tomar una muestra dos veces mayor al componente de frecuencia mxima de la seal.
Para representar con precisin la forma de la seal original Forma
Debe tomar una muestra entre 5 y 10 veces mayor al componente de frecuencia mxima de la seal.
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El Teorema de Nyquist en accin
Seal con aliasing
Muestra adecuada solo para frecuencia
Muestra adecuada para frecuencia y
forma
Onda sinusoidal de 100 Hz
Onda sinusoidal de 100 Hz
Muestra a 100 Hz
Muestra a 200 Hz
Muestra a 1 kHz Onda sinusoidal de 100 Hz
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Componentes del sistema DAQ
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Por qu el software es importante?
Costo total de la aplicacin de medicin =
Precio de hardware + precio de software + costos de desarrollo
Costo oculto Precio visible
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Por qu el software es importante?
36 %, Precio de hardware y software 64 %,
Costos de desarrollo
Fuente: Encuesta a clientes y clientes potenciales de adquisicin de datos de National Instruments, 2005
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Por qu es importante un controlador?
Hardware de DAQ Varios dispositivos
Bus USB, PXI Express, Ethernet, PCI, Wireless
Controlador de hardware DAQmx
Software de aplicacin LabVIEW, C, .NET
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Opciones de software
Programacin Configuracin
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Opciones de software
Programacin Configuracin
DAQmxCfgSampClkTiming( taskHandle, , 10000.0, , DAQmx_Val_FiniteSamps, 1000 );
Cdigo de LabVIEW Cdigo C
DAQmxClearTask( taskHandle );
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Solucin de adquisicin de datos de NI
DAQ porttil Se conecta fcilmente a cualquier equipo porttil o de escritorio con una instalacin simple
NI CompactDAQ Se personaliza con diversos chasis y tipos de mdulo
PXI Optimizado para grandes
cantidades de canales y estrecha sincronizacin
DAQ de escritorio Se instala en la ranura de un
equipo de escritorio para obtener la mxima transferencia de datos
Sistema
Dispositivo nico
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Supere la brecha entre hardware y software con NI-DAQmx NI-DAQmx es un controlador de hardware nico y gratuito
que admite varios lenguajes de desarrollo y cientos de plataformas de hardware de adquisicin 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 pases.
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Cmo elegir el mejor sistema de adquisicin de datos para su aplicacin Su sistema DAQ requiere:
Acondicionamiento de seales adecuado
Resolucin adecuada
Tasa de muestreo adecuada
Tipo adecuado de temporizacin y disparo
Bus correcto
La mejor tcnica de calibracin interna
El conjunto ms eficaz de software para anlisis y reportes
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