Acondicionamiento de señales

El acondicionamiento de señales convierte su dispositivo de adquisición de datos en un sistema completo y le ayuda a conectarse directamente a un amplio rango de tipos de sensores y señales, desde termopares hasta señales de alto voltaje. Las tecnologías clave para acondicionamiento de señales mejoran de forma general multiplican por 10 el rendimiento y la precisión del sistema de adquisición de datos.

Los sistemas de adquisición de datos (DAQ) basados en PC y dispositivos insertables son usados en um amplio rango de aplicaciones en los laboratorios, en el campo y en el piso de una planta de manufactura. Típicamente, los dispositivos DAQ insertables son instrumentos de propósito general diseñados para medir señales de voltaje. El problema es que la mayoría de los sensores y transductores generan señales que debe acondicionar antes de que un dispositivo DAQ pueda adquirir con precisión la señal. Este procesamiento al frente, conocido como acondicionamiento de señal, incluye funciones como amplificación, filtrado, aislamiento eléctrico y multiplexado. Es así que la mayoría de los sistemas DAQ basados en PC incluyen algún tipo de acondicionamiento de señal además del dispositivo DAQ y la PC.

Acondicionamiento de Transductores

Los transductores son dispositivos que convierten fenómenos físicos como temperatura, carga, presión o luz a señales eléctricas como voltaje y resistencia. Las características de los transductores definen muchos de los requerimientos de acondicionamiento de señales de un sistema DAQ.

Función de los acondicionamientos de señales

Amplificación de la señal

Las señales del mundo real son a menudo muy pequeñas en magnitud, el acondicionamiento de señal puede mejorar la exactitud de datos. Los amplificadores alzan el nivel de la señal de entrada de mejorar el ADC, aumentando la resolución y la sensibilidad de la medida. Aunque muchos dispositivos de DAQ tienen amplificadores, muchos transductores, tales como termopares, requieren la amplificación adicional.

Muchos transductores producen señales de salida de mili-voltios o de micro-voltios. La amplificación de estas señales de bajo nivel directamente en un dispositivo de DAQ, también amplifica cualquier ruido de las conexiones de la señal. Cuando la señal es pequeña, incluso un pequeño ruido puede perturbar la señal llevando datos erróneos. Un método simple para reducir el de relación señal/ruido es amplificar la señal tan cerca a la fuente como sea posible. De esta forma se amplía la señal sobre el nivel de ruidos antes de que el ruido en las conexiones pueda corromper la señal y mejore la relación señal/ruido de los medidores. Por ejemplo, la siguiente ilustración demuestra un termopar de tipo J J-tipo que tiene como salida, una señal de pequeña tensión que varíe por cerca de 50 µV/°C.

FILTRADO

Los sistemas de condicionamiento de señal pueden incluir filtros para rechazar el ruido indeseado dentro de cierta gama de frecuencia de 50 y 60 Hz. Por lo tanto, la mayoría de los sistemas de condicionamiento de señal incluyen filtros de paso bajo diseñados específicamente para proporcionar el rechazo del ruido de 50 o 60 Hz.

CLASIFICACIÓN (según implementación)

• ACTIVOS

Incluyen redes RC y A.O. No usan L (voluminosas y no lineales) 

Pueden tener ganancia > 1

Adecuados para baja frecuencia y pequeña señal

Necesitan una fuente de alimentación externa 

Sencillos, adecuados para frecuencias altas donde los filtros activos pueden estar limitados por el BW del A.O. 

• PASIVOS

Son redes RCL

•DIGITALES

Procesado digital de la señal

FILTROS ANTI-ALIASING.

Otro uso común de los filtros es la prevención del fenómeno aliasing, fenómeno que se presenta cuando la señal se muestrea lentamente. El teorema de Nyquist indica que al muestrear una señal analógica, cualquier componente de la señal en las frecuencias mayores a la mitad de la frecuencia de muestreo aparecen los datos muestreados como señal más baja de la frecuencia. Usted puede evitar la distorsión de la señal solamente quitando cualquier componente de la señal sobre la mitad de la frecuencia de muestreo con los filtros de paso bajo.

Se incrementa el rango de muestreo o paso de la señal a través de filtros de paso bajo para remover componentes de frecuencias altas.

AISLAMIENTO

La conexión incorrecta entre los sistemas y tierra, es una de las causas más comunes de los problemas de medida, ruido. Los sistemas de condicionamiento de señal con aislamiento pueden prevenir la mayor parte de los problemas. Estos dispositivos pasan la señal de su fuente al dispositivo de medida sin una conexión física usando un transformador, óptico, o técnicas de acoplamiento capacitivo.