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, amb aquest procés les convertim a digitals perquè és més fàcil i econòmic tractar-les. Un cop hem tractat la informació la retornem al món físic tal i com les hem obtingut, analògiques.

Un sistema de mesura electrònic es pot descriure com un conjunt de blocs funcionals. 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 principals tipus de cadenes de mesura:

• Cadena de mesura: fase on es capta el senyal a partir dels sensors, posteriorment aquest es condiciona, es fa la conversió analògica digital i acaba arriba 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, es fa la conversió de digital a analògic, el condicionament del senyal i arribant finalment 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 compleix unes certes característiques (voltatge, intensitat...) en funció del fenomen físic mesurat.
• Condicionament del senyal: Modifica el senyal elèctric per facilitar la seva posterior anàlisi o digitalització.
• Conversor A/D: Conversió del senyal elèctric a dades binàries (digital).
• Conversor D/A: Conversió de dades binàries a un impuls elèctric.
• Processament: Modifica el senyal digital per poder extreure la informació d'interès. Això ens permet fer 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 varies etapes. A vegades pot ser complicat diferenciar-les: ja que per una part estan íntimament lligades a la qualitat de la observació i per una altre part la seva integració en una instrumentació eficaç por confondre-les. A continuació intentarem posar una mica de ordre.

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

• Formar: Treballar els fotons per contar-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 el que hem observat.

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

Equacions dinàmiques

Molts dels resultats sobre equacions diferencials consisteixen en 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 es demostrar el resultat per a una equació dinàmica on el domini de la funció desconeguda és també anomenat 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 conjunt de nombres enters, però 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, aquesta 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 esta 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 actuadors

Un sistema complet per supervisar i respondre a aquestes observacions es compon dels següents tres components:

1. Sensor: Aquesta és l'entrada del sistema, no serà un mecanisme a través d'una observació. Aquesta observació pot ser la temperatura ambient. El resultat d'aquest component és un analògica o digital del senyal.
2. Regulador: Normalment això es fa per un microprocessadors o processadors de senyal digital, Que treballa amb valors digitals.
3. Actuador: Aquí, 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 majors de 25 °C:

1. Si en un sistema de sensor s'utilitza un termistor (component electrònic el qual la resistència varia en funció de la calidesa de l'ambient), en utilitzar un Pont de Wheatstone un pot obtenir un senyal analògic amb la temperatura que t'està proposant.
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 encès. 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 '1 'o '0', per a convertir un senyal analògic amb el qual podem controlar l'actuador.
5. Al final de la cadena hi ha un actuador. En aquest cas, per exemple, 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 a 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 donant un so per produir.