Lezioni, Misure meccaniche e termiche

Misure meccaniche e termiche

Campionamento

Partiamo da che tipo di informazione sono in grado di dare i segnali: analogici e digitali.

I primi sono segnali completi, forniscono con continuità informazioni sul fenomeno ma sono difficili da manipolare, allora si discretizzano in livelli che variano in numero a seconda della risoluzione del convertitore.

_{VMAX - VMIN}
---------------------
LSB = 2^b
(Least Significant Bit)

Si ottiene in tal modo il segnale digitale. Per un giusto campionamento A/D sono da considerare due parametri fondamentali:

1. Numero di bit (del trasduttore)
2. Intervallo dei valori da convertire (per adattare ad esso le prestazioni del trasduttore)

Misure meccaniche e termiche

Campionamento

Partiamo da che tipo di informazioni sono in grado di dare i segnali analogici e digitali. I primi sono segnali completi, forniscono con continuità informazioni sul fenomeno ma sono difficili da manipolare, allora si discretizzano in livelli che variano in numero a seconda della risoluzione del convertitore.

LSB = (V_max - V_min) / 2^b
(Least Significant Bit)

Si ottiene in tal modo il segnale digitale.

Per un giusto campionamento A/D sono da considerare due parametri fondamentali:

1. Numero di bit (del trasduttore)
2. Intervallo dei valori da convertire (per adattare ad esso le prestazioni del trasduttore)

A seguito del metodo di bisezione adottato dal convertitore, possiamo definire che l'errore, cioè lo scarto fra il segnale continuo analogico e quello digitale è pari al massimo a _LSB/₂ poiché il convertitore fa scattare di un livello quando la tensione è crescente di un valore pari alla metà della differenza fra i due livelli. (visualizzazione a gradino).

Per rendere minimo l'errore di conversione, si deve cercare di non "sprecare" livelli facendo coincidere le prestazioni del convertitore con il FS (fondo scala), cioè _VMAX-_VMIN. Questo non è sempre semplice, poiché si possono presentare diverse dinamiche.

Per esempio abbiamo fenomeni che vengono registrati con FS fino (+10 V) e prevedono un'acquisizione limitata di dati. La conversione A/D avviene in un tempo di apertura T_APERTURA < _ΔTC se no non riesce a campionare il segnale dopo.

_N = (_{Fs MAX - Fs MIN}/2^b) + F_{s MIN} = _{VALORE
NUMERO CHE ESCE DAL CONVERTITORE
MISURAZIONE ESATTA}

Esistono 3 soluzioni:

1. Amplificare il segnale stando più attenti alle saturazioni.
2. Ricollocare lo zero: esistono molti fenomeni che registrano solo incrementi o decrementi (esempio il potenziometro → solo positivo) oppure i convertitori hanno una scala che va da più o meno di uno stesso valore, quindi sarà necessario riposizionare lo zero meccanico sommando o sottraendo una stessa quantità ad ogni valore, in valore prefissato.
3. Filtro passa-alto capace di eliminare il valor medio; soluzione particolare da utilizzare solo se c'è un interesse alle piccole variazioni attorno al valor medio e non alla crescita o decrescita globale, inoltre come tutti i filtri attenuano delle frequenze che forse sarebbero utili e introduce sfasamenti.

Per scegliere un convertitore A/D guardo 2 parametri:

• Numero di bit;
• FS del canale da convertire;

Scelto il convertitore, parliamo di campionamento; per un buon risultato dobbiamo scegliere opportunamente l'intervallo di campionamento (ΔTc) e la frequenza di campionamento (fc = ¹⁄_ΔTc).

Valori troppo elevati anche se fornirebbero misura accurata, sono da evitare per non saturare la memoria; valori invece troppo bassi fornirebbero misure aleatorie.

Legge di Nyquist

La regola è semplice:

Frequenza più alta in seguito alla scomposizione in singole armoniche con Fourier.

Se non si rispetta questa legge si incorre in un problema irreversibile e non correggibile chiamato aliasing con la comparsa di armoniche fittizie.

Frequenze più alte vengono specchiate e risultano più basse.

Segnale analogico

Esempio:

V
tempo
apparente

Al posto che trovarmi una sinusoide ho una frequenza costante! Con valore non noto.

Commettendo aliasing, ottengo un grafico che è soggetto alla regola del sipario, la quale mi dice che se piego il grafico in qualunque punto m.f_C le righe si sovrappongono. In questo modo posso capire qualunque frequenza a