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ARGOMENTI TRATTATI

L’impostazione Sperimentale Evoluzione della strumentazione Metodo tradizionale e metodo on-line per l’acquisizione dati Descrizione della struttura generale di un Data Aquisition System (DAS) per grandezze analogiche e per eventi. Data Acquisition System. ARGOMENTI TRATTATI.

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Presentation Transcript

  1. I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  2. L’impostazione Sperimentale Evoluzione della strumentazione Metodo tradizionale e metodo on-line per l’acquisizione dati Descrizione della struttura generale di un Data Aquisition System (DAS) per grandezze analogiche e per eventi Data Acquisition System ARGOMENTI TRATTATI I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  3. Fasi di impostazione ed elaborazione comuni ad ogni esperimento in fisica, indipendentemente dalle tecnologie usate: Data Acquisition System (L’impostazione Sperimentale) 1 OSSERVAZIONE DI UN FENOMENO FISICO L’IMPOSTAZIONE SPERIMENTALE 2 DEDUZIONE O IPOTESI DI LEGGE FISICA 3 INDIVIDUAZIONE DELLE MISURE SPERIMENTALI CHE POSSONO CONFERMARE O CONTRADDIRE L’IPOTESI TEORICA FORMULATA * 4RICERCA DEGLI STRUMENTI PIU’ ADATTI AD EFFETTUARE LE MISURE SPERIMENTALI * 5ALLESTIMENTO DELL’APPARATO SPERIMENTALE CHE REALIZZA LE MISURE * 6 REALIZZAZIONE DELLE MISURE E RACCOLTA DEI DATI * 7 ELABORAZIONE DEI DATI SPERIMENTALI E VERIFICA CRITICA DELL’IPOTESI TEORICA I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  4. Strumenti analogici a lettura discreta (nel tempo) Strumenti a lettura “continua” : registratori XY(stazioni metereologiche, elettrocardiografi) oscilloscopi Strumentazione digitale digitalizzazione strumentazione analogica oscilloscopi digitali data logger (sistemi di acquisizione dati e memorizzazione su nastro o disco magnetico) Strumentazione on-line con computer con inserimento di schede con computer di interfaccia Strumenti digitali collegati con linea seriale RS-232 Strumenti digitali collegati con bus parallelo IEEE488 Strumenti virtuali Data Acquisition System Evoluzione della strumentazione I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  5. TRASDUTTORI Trasformano una grandezza fisica in un’altra più accessibile all’operatore o alla macchina che deve controllare la grandezza fisica Trasduttori “CONTINUI” Data Acquisition System (Metodo tradizionale e metodo on-line) Trasduttori On-Off Rilevare eventi aleatoriche possono essere o veri o falsi (2 soli stati): passaggio particelle, interruttori aperti o chiusi…. Monitorare una grandezza analogica(pressione, ..) che varia in modo continuo in ampiezza e con continuità nel tempo I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  6. INPUT FISICO: FORZA, PRESSIONE, TEMPERATURA, ETC TRASDUTTORE “CONTINUO” SCALA GRADUATA a) TRASDUTTORE PER MISURA TRADIZIONALE ALIMENTAZIONE ELETTRICA OUTPUT ELETTRICO INPUT FISICO: FORZA, PRESSIONE, TEMPERATURA, ETC SISTEMA DI ACQUISIZIONE DATI (DAS ) TRASDUTTORE b) TRASDUTTORE PER MISURA ON LINE Data Acquisition System(Metodo tradizionale e metodo on-line ) I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  7. Data Acquisition System(schema generale) Circuito di Sample/Hold Amplificazione e Offset Filtri TRASDUTTORE “CONTINUO” TRASDUTTORE ON_OFF Elaborazione Elettronica del SEGNALE prodotto dal TRASDUTTORE (ES) CONVERTITORE ANALOGICO DIGITALE (A/D) Schema a blocchi di un DAS Data Acquisition System COMPUTER Adattamento della tensione di uscita del trasduttore per gli stati fisici “on” e “off” allev tensioni corrispondenti a”1” e “0” logico I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  8. Data Acquisition System(circuito di condizionamento del segnale) 0.1V 2.5V 20V 0V AMPLIFICAZIONE o ATTENUAZIONE e OFFSET +0.1V -0.2V Segnale dal trasduttore Dinamica del convertitore A/D I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  9. INGRESSO DI CONTROLLO S/H A/D INPUT OUTPUT SCHEMA ELETTRICO DEL SAMPLE AND HOLD Tempo di conversione non nullo Tc Vi V Vo Vo Vo= Vi Vi Vi Vo= Vi Vo= Vi Vo Vo= Vi Tc Tc Tc t Tc Data Acquisition System(il circuito di Sample and Hold) SHS H S H S I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  10. MUX ANALOGICO I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 OUT SELETTORI DIGITALI A B C TRASDUTTORE 1 TRASDUTTORE N MUX A/D COMPUTER ES ES SCHEMA DI UN DAS con N trasduttori Data Acquisition System(situazioni con n trasduttori) I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  11. Data Acquisition System(situazioni con n trasduttori) COMPUTER T1 MUX T2 AMPLIFICAZIONE E OFFSET A/D S/H Tn DAS DA TRASDUTTORI DELLO STESSO TIPO I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  12. T1 AMPLIFICAZIONE E OFFSET MUX T2 AMPLIFICAZIONE E OFFSET COMPUTER ADC S/H Tn AMPLIFICAZIONE E OFFSET SISTEMA DI ACQUISIZIONE DATI DA TRASDUTTORI DIVERSI Data Acquisition System(situazioni con n trasduttori) I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  13. CONVERSIONE A/D Campionamento: la forma d’onda continua d’ingresso xc(t) viene trasformata nella sequenza xs[n]. xc(t) Campionatore xs[n] Quantizzatore x^[n] Codificatore x^B[n] Data Acquisition System(le 3 fasi della conversione A/D) Quantizzazione: i valori assunti da xs[n] vengono discretizzati ottenendo così la sequenza x^[n]. Codifica: ai valori assunti da x^[n] viene associato un codice, tipicamente binario; la sequenza x^B[n] così costruita costituisce il risultato della conversione. I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  14. FUNZIONI DEL CAMPIONATORE campionatore s(t) s(t) -2T -T 0 T 2T 3T xc(t) X xs[n] = xs(nT) xs(t) xc(t) xs(t) -2T -T 0 T 2T 3T xc(t) xs[n] -2 -1 0 1 2 3 Data Acquisition System(il Campionatore) Conversione dal treno di impulsi alla sequenza discreta I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  15. QUANTIZZAZIONE E CODIFICA DEL SEGNALE -2 -1 0 1 2 3 Codificatore Xs[n] X^[n] Quantizzatore Data Acquisition System(il Codificatore) xs[n] X^[n] 11B,3D 10B,2D 10B,2D 01B,1D X^B[n]= 01,10,10,10,11,11 I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  16. TEOREMA DI NYQUIST Condizione necessaria e sufficiente perché il segnale limitato in banda xc(t) sia univocamente determinato dalla sequenza dei suoi campioni x[n] è che la frequenza di campionamento sia almeno il doppio della banda del segnale (Nyquist 1928, Shannon 1949) Xc(j) 1 -N N  s > 2N X(ejw) 1/T ... ...  -TN 0 TN X(ejw) s< 2N 1/T ... ...  -TN 0 TN Data Acquisition System(Nyquist) I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  17. Il trasduttore on-off è un elemento che trasforma una determinata grandezza fisica in una informazione di tipo binario (1-0, si-no, aperto-chiuso) “1” se è accaduto l’evento EVENTO TRASDUTTORE ON-OFF “0” se non è accaduto l’evento Data Acquisition System (i traduttori on-off) I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

  18. L’interruttore è un esempio di dispositivo che può svolgere il ruolo di trasduttore on-off R +5V +5V R Data Acquisition System trasduttori on-off (0 VOLT) “0” (5 VOLT) “1” I° Modulo(DAS) Corso di Elettronica

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