Descripción de los Sistemas de Digitalización de Datos.

Una computadora, es un procesador de señales digitales, las cuales consisten en niveles de voltaje discretos (0 ó 1). Por otra parte, la mayoría de las señales son analógicas, es decir, pueden tomar cualquier valor dentro de un rango dado.

La Adquisición de Datos, consiste en tomar un conjunto de variables mensurables en forma física y convertirlas en tensiones eléctricas (diferencia de potencial), de tal manera que se puedan utilizar en la computadora. Se requiere una etapa de acondicionamiento que adecúa la señal a niveles compatibles con el elemento que hace la transformación a señal digital. El elemento que hace dicha transformación es la Tarjeta de Adquisición de Datos. Una vez que las señales eléctricas se transformaron en digitales dentro de la memoria de la computadora, se les puede procesar con un programa de aplicación adecuado (MATLAB, LABVIEW, etc.) al uso que el cliente desea, y/o archivarlas en disco duro, graficarlas en pantalla, imprimirlas, etc.

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De la misma manera que se toma una señal eléctrica y se transforma en una digital dentro de la tarjeta madre de la unidad central de procesamiento (CPU por sus siglas en inglés), se puede tomar una señal digital o binaria y convertirla en una eléctrica. En este caso, el elemento que hace la transformación es nuevamente la Tarjeta de Adquisición de Datos de salida o placa de control. La señal dentro de la memoria de la computadora la genera un programa adecuado a las aplicaciones que quiere el usuario y luego de procesada es recibida por mecanismos que ejecutan movimientos mecánicos, a través de servomecanismos, que también son transductores.

Entre otras, algunas ventajas que se pueden mencionar son:  Flexibilidad de procesamiento.

 Posibilidad de realizar las tareas en tiempo real o en análisis posteriores.  Alta capacidad de almacenamiento.

 Rápido acceso a la información y toma de decisión.

 Posibilidad de simular una gran cantidad de dispositivos de medición y activar varios instrumentos al mismo tiempo.

 Facilidad de automatización.

Un sistema de adquisición de datos consta básicamente de:

A. Fuentes de señales, que son de dos clases (analógicas ó digitales). B. Elementos medición directa.- producen la señal como resultado de

cantidades eléctricas, como mediciones de voltaje, de corriente, de resistencia, de frecuencia, etc.

C. Transductores.- dispositivos que censan los fenómenos físicos y convierten parámetros no eléctricos en señales eléctricas, ejemplos de ellos son las resistencias detectoras de temperatura (termopares), los transductores de flujo, transductores de presión, etc. En cada caso las señales eléctricas son proporcionales a los parámetros físicos que monitorean.

D. Elementos de acondicionamiento de señales. Estos elementos realizan la tarea de amplificar las señales de bajo nivel, aislarlas y filtrarlas para tomar mediciones más precisas. Además, algunos transductores usan voltaje o corriente como excitación para poder producir su valor de salida. El acondicionamiento de señales se divide entonces en:

 Amplificación.- es el tipo más común de acondicionamiento, cuando las señales son muy pequeñas deben amplificarse para incrementar su resolución y reducir el ruido. Para tener la mayor precisión posible, la señal debe amplificarse tal que el máximo rango de voltaje de la señal acondicionada iguale el máximo rango de entrada del convertidor análogo digital.

 Aislamiento.- Se aíslan las señales del transductor del medio ambiente para reducir ruidos que las distorsionan. Así como las señales de un transductor del equipo receptor, como en el caso

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de una entrada de control digital, para evitar transiciones de voltaje que lo dañen. Una razón adicional es asegurar que las lecturas del equipo de medición no sean afectadas por diferencias en potenciales de tierra o voltajes. Cuando la entrada del dispositivo de medición y la señal adquirida son referenciadas a tierra y hay diferencias de potencial entre ambas tierras esta diferencia puede resultar en lo que se conoce como lazo de tierra que ocasiona imprecisiones en la señal adquirida, o si la diferencia es muy grande, puede dañar el sistema de medición. Al aislar la señal del transductor del DAQ se asegura la exactitud de las señales.

 Multiplexado.- es una técnica para medir varias señales con un solo dispositivo. A menudo se multiplexa para monitorear diferentes fuentes de señales de lenta variación como la temperatura. El instrumento toma muestra de un canal, cambia al siguiente canal y toma otra muestra, y así continua. Dado que el sistema monitorea más de un canal, la velocidad de muestreo efectiva de cada canal individual es inversamente proporcional al número de canales muestreados.

 Filtrado.- Su propósito es remover las señales indeseadas de las que se están tratando de medir. Un filtro de ruido se usa en señales de tipo DC, tales como temperatura para atenuar señales de alta frecuencia que reducen la precisión de la medición. Las señales tipo AC, tales como las de vibración, requieren otros filtros conocidos como filtros anti aliasing que es un filtro con una ventana de corte muy alta para remover casi completamente las frecuencias indeseables, si la señal de ruido no se removiera sería adicionada a la señal original.

 Linealización.- Muchos transductores como los termopares, tienen una respuesta no lineal a los cambios en el fenómeno que están midiendo por lo que se requieren rutinas de linealización que calculan los nuevos valores correspondientes a su medición. El desarrollo de la electrónica y la computación han propiciado de manera satisfactoria el desarrollo de técnicas de análisis de señales con aplicación al procesamiento de señales, entre otras las generadas por vibración. El alto costo de instrumentos comerciales para la recolección y análisis de vibraciones, así como su arquitectura cerrada, ha llevado a buscar nuevas alternativas. Los “instrumentos virtuales” o instrumentos basados en sistemas de adquisición de datos constituyen una herramienta poderosa para el desarrollo de instrumentos de análisis más económicos y flexibles.

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