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Comunicación de dispositivosAdquisición de datosVerano 2022

Sistema de adquisición de datos (DAQ)DetectorDispositivo de thon-para-fisicos/tuto/labo2/05 instrumentacion/

SensorConvierten las magnitudesfísicas en señales eléctricas.Entrega una señal eléctricaanalógica ( o digital)Instrumento de adquisiciónCircuito de acondicionamiento de señales :manipula una señal de tal forma que seaapropiada para entrada a un ADCDispositivo que digitaliza señalesanalógicas entrantes para que una PCpueda interpretarlas.Componentes principales : Circuito de acondicionamiento deseñales Convertidor analógico-digital (ADC)

DetectorConvierten las magnitudesfísicas en señales eléctricas.Entrega una señal eléctricaanalógica.Instrumento de adquisiciónDispositivo que digitaliza señalesanalógicas entrantes para que una PCpueda interpretarlas.Componentes principales : Circuito de acondicionamiento deseñalesConversor analógico-digital (ADC) : Convertidoranalógico-digital (ADC)Convierte las señales analógicas acondicionadasen valores digitales.Realiza "muestras" periódicas de la señal a una frecuencia predefinida

Comunicación entre Instrumento y PCInterface de conexiónLos dispositivos se conectan a una PC a través de un puerto.Universal Serial Bus(USB)RS-232(vulg. puerto serie)Local Area Network(LAN)Gral. Purpose Instrumentation Bus(GPIB)Cada uno de estas interfaces, además de ser físicamente distintas, tiene su propio protocolode comunicación

Procesador (PC)Desde el procesador se puede configurar el instrumento y adquirir los datos.La señal original es reconstruida desde los datos adquiridos por el softwarePermite procesar, visualizar y almacenar datos de medidaComponentes del SoftwareControladorpermite que el sistema operativo de la PC pueda reconocer el dispositivo ydar así a los programas acceso al instrumento para escritura y lectura.VISAVirtual instrumentsoftware architectureAplicaciónfacilita la interacción entre la PC y el usuarioPermite configurar el instrumento, adquirir, analizar y presentardatos de las medicionesEje: C , Fortran (?), Python, Matlab, Labview, etcEn general se SCPI para la sintaxis de los comandosSCPIStandard Commands forProgramming Instruments

AcondicionamientoAmplificación: las señales de bajo voltaje deben ser amplificadas paramejorar la resolución y disminuir el ruido. Se debe tener en cuenta que elrango de amplificación no supere el rango de entrada del hardware.(amplificadores operacionales no se estudiarán en este curso)Aislamiento: por cuestiones de seguridad la señal generada por eltransductor es aislada. La señal puede contener picos de alto voltajecapaces de dañar al conversor. (Uso de transformadores)Filtrado: las señales no deseadas (“ruido”) son eliminadas seleccionandola banda de frecuencia en la que se encuentra la señal de interés (filtrospasa-banda, pasa-altos y pasa-bajos).

Medición de múltiples señalesMultiplexorPermite medir múltiples señalesprovenientes de diferentesentradas (sensores) y poderprocesarlas con un mismo ADCMultiplexorPuede ser externo al Dispositivo DAQo interno, en este caso se ubicadespués del acondicionamiento de laseñal

Conversión Analógica-Digital(ADC)Codificación en binarioDiscretización de la 000000Voltaje [V]6663 bits:55523 8 valores444333Tiempo [seg]V f (t){V1 , ,V N}{t1 , ,t N}101222120Voltaje [V]77Tiempo [seg]

Conversión Analógica-Digital(ADC) Rango operativo ResoluciónLa resolución de un ADC es elnúmero de bits que poseeEs el rango de valores de voltajeen que el ADC puede operar3 bits:77Voltaje [V]66111 11055101441003301122010110010000023 8 valoresSensibilidad (Resolución en voltaje)Determina la magnitud mínima que debe tenerun cambio en la señal para ser detectadoSensibilidad Rango operativo2Nº bits-1Tiempo [seg]LSB en voltaje (least significant bit voltage)

Ejemplos de Resolución / PrecisiónSensibilidad / ExactitudResolución? 8 bits? 10 bits?28 256 (0 255, -128 127) 210 1024Cantidad de estados pararepresentar la señal analógicaSensibilidad?LSB Escala Total / (2N-1) 5 V / 1023 4.9 mV Mínima variación detectablePrecisión?Repetibilidad de las mediciones Ruido 5 LSB Influencia de factores externos sobrela capacidad de detecciónExactitud?Requiere una calibración contra patrones! Proximidad con el valor real

Depto. de Física - FCEyN - UBA - Lab. 3 – 1er cuatrimestre de 2021Errores de la conversión lidadMonotonicidad

Conversor Analógico-Digital (ADC) de 1 bit

ADC Flash (comparativo)

ADC de aproximaciones sucesivasVinHOROWITZ, Paul; HILL, Winfield. The art of electronics.Cambridge: Cambridge University press, 2002.

Depto. de Física - FCEyN - UBA - Lab. 3 – 1er cuatrimestre de 2021Conversión Analógica-Digital(ADC) Velocidad de Muestreo [Sampling Rate]Dada una señal,Cuál es la mínima frecuencia demuestreo que debo utilizar para noobservar una frecuencia aparente?Teorema de Nyquist :para reconstruir adecuadamente unaseñal, debo emplear una frecuencia demuestreo tal quefS 4 fgenfS2 fmax

Conversores Analógico Digitales - Especificaciones -¿Qué tener en cuenta?- Temporales tiempo de medición frecuencia de sampleo tipo: sampleo/promediado ruido signal-to-noise ratio noise floor jitter -etc.- Comunicación serie/paralelo/i2c/USB/PCI/etc. codificación memoria- Amplitud rango de entrada (Volts) tipo entrada: diferencial/modo común cantidad de canales resolución (bits) Sensibilidad (Volts/bit) errores no-linealidad integral no-linealidad diferencial ganancia offsetref: Texas InstrumentsApplication Note SBAA147B

Actividad 0.1Conociendo el instrumentalAnalizar la terna de instrumentos que figuran a continuación (de acuerdo al número de grupo), completar el cuadro dela mejor manera posible con las especificaciones requeridas usando la hoja de datos o el manual de usuario de cadaequipo, y discutir cual sería el o los equipos más adecuados (o el o los menos adecuados) de la terna para realizar latarea mencionada.G1. Tektronix TDS1002B // NI-DAQ 6210 // AgilentHP 34401AG2. Tektronix TDS1002B // NI-DAQ 6210 // Agilent34970A 34904AG3. Tektronix TDS1002B // NI-DAQ 6212 // AgilentHP 34401AG4. Tektronix TDS1002B // Agilent 34970A 34904A// NI-DAQ 6210G5. Tektronix TDS1002B // Agilent HP 34401A //Arduino UNOG6. Tektronix TDS1002B // NI-DAQ 6210 // ArduinoUNOG7. Tektronix TDS1002B // Agilent HP 34401A //Arduino UNOG8. Tektronix TDS1002B // Agilent 34970A 34904A// Arduino UNORegistrar la forma de un pulso eléctrico de unos 100 ns deduración (ancho de banda 10 MHz).Medir 7 valores de temperatura de un proceso usandotermocuplas (ΔV 2 mV). Ancho de banda 0.5 HzRegistrar la posición angular en la oscilación amortiguada deun péndulo. Ancho de banda 1 0HzRegistrar 5 valores de voltaje correspondientes a señaleseléctricas de 1 V RMS. Ancho de banda 2 kHzRegistrar la posición angular en la oscilación amortiguada deun péndulo. Ancho de banda 10 HzRegistrar 3 valores de voltaje correspondientes a señaleseléctricas de 1 V RMS. Ancho de banda 2 kHzMedir la temperatura de un proceso de enfriamiento conuna termocupla (ΔV 2 mV). Ancho de banda 0.5 HzMedir 7 valores de temperatura de un proceso usandotermocuplas (ΔV 2mV). Ancho de banda 0.5 Hz

Mediciones digitalesSi el instrumentotiene pantalla,a veces con elinstrumentoalcanza

Comunicación con instrumentos

Comunicación con instrumentosSCPI

Comunicándonos con PythonUsamos el paquete emplo de comunicación con un instrumentoosc es un objeto que representa a lacomunicación con el instrumento

¿Qué comandos entiende VISA?write: le enviamos un mensaje al instrumentoread: si el instrumento mandó un mensaje, lo leemos(si no mandó nada, obtendremos un timeout)query: enviar mensaje y leer respuesta luego

¿Qué comandos entiende VISA?Podemos especificar el encoding query ascii values query binary values

¿Qué comandos entiende VISA?LEER EL MANUAL DEL INSTRUMENTO!!!!MEASUrement:IMMed:SOUrce[1]Set or query the channel for immediate measurementEj.: osc.write(‘MEAS:INM:SOU CH1’)MEASUrement:IMMed:TYPeSet or query the immediate measurement to be takenMEASUrement:IMMed:UNIts?Return the immediate measurement unitsMEASUrement:IMMed:VALue?Return the immediate measurement S200-TPS2000Programmer EN-US-RevA.pdfScripts con comandos básicos para el osciloscopio y el generador de xNRwxJ

G2. Tektronix TDS1002B // NI-DAQ 6210 // Agilent 34970A 34904A Medir 7 valores de temperatura de un proceso usando G3. Tektronix TDS1002B // NI-DAQ 6212 // Agilent HP 34401A Registrar la posición angular en la oscilación amortiguada de un péndulo. Ancho de banda 1 0Hz G4. Tektronix TDS1002B // Agilent 34970A 34904A // NI-DAQ 6210