Neste artigo, discutiremos os condicionadores de sinal e o que eles fazem nos sistemas DAQ (Data Acquisition-Aquisição de dados), com detalhes suficientes para que você:

  • Veja como os condicionadores de sinal funcionam
  • Saiba como eles são usados nos sistemas DAQ
  • Entenda sua importância na cadeia de sinal

Você está pronto para começar? Vamos lá!

O que é um Condicionamento de Sinal

Condicionamento de Sinais é um dos elementos fundamentais de um moderno dispositivo de aquisição de dados (também conhecido como sistema DAQ ou DAS). O objetivo básico de um sistema de aquisição de dados é fazer medições físicas. Eles são compostos dos seguintes componentes básicos:

O que os Condicionadores de Sinal Fazem?

Os sistemas de aquisição de dados precisam se conectar a uma ampla variedade de sensores e sinais para realizar seu trabalho. Os condicionadores de sinal pegam o sinal do sensor, processam e enviam para o subsistema A / D.

Como o nome indica, eles estão no negócio de condicionamento de sinais para que estes sinais possam ser convertidos no domínio digital pelo subsistema A / D e, em seguida, exibidos, armazenados e analisados.

Afinal, você não pode conectar diretamente 500V a uma das entradas de uma placa A / D - e termopares, RTDs, LVDTs e outros sensores requerem condicionamento para operar e fornecer uma saída de tensão normalizada que pode ser inserida no A / D cartão.

Principais Requisitos dos Condicionadores de Sinal

Hoje, os condicionadores de sinal incluem alguns dos elementos necessários que os tornam úteis para os modernos sistemas de aquisição de dados. Esses elementos são:

  • Isolamento elétrico
  • Alimentação dos sensores
  • Os conectores certos para conexões de sensores
  • Seleção da faixa de medição
  • Filtragem de sinal
  • Conformidade com os requisitos do sensor.

Vamos agora olhar para cada um desses elementos dos condicionadores de sinal.

Veja Sistemas de aquisição de dados da Dewesoft com condicionamento de sinal sofisticado

Dewesoft DAQ Systems

Isolamento Elétrico ou Galvânico

Os melhores condicionadores de sinal fornecem isolamento elétrico entre as entradas e suas saídas. O isolamento reduz o ruído, evita loops de terra na cadeia de medição e garante medições precisas.

Comumente chamado de Isolamento galvânico, isolamento elétrico é a separação de um circuito de outras fontes de potencial elétrico. Isso é especialmente importante nos sistemas de medição, porque a maioria dos sinais existe em níveis relativamente baixos e os potenciais elétricos externos podem influenciar bastante o sinal, resultando em leituras incorretas. Os potenciais de interferência podem ter natureza CA e CC.

Por exemplo, quando um sensor é colocado diretamente em um componente em teste (por exemplo, uma fonte de alimentação) com potencial acima do terra (ou seja, não em 0V), isso pode impor um deslocamento DC no sinal de centenas de volts. A interferência ou ruído elétrico também pode assumir a forma de sinais CA criados por outros componentes elétricos no caminho do sinal ou no ambiente ao redor do teste. Por exemplo, luzes fluorescentes na sala podem irradiar 400 Hz, que podem ser captadas por sensores muito sensíveis.

É por isso que os melhores sistemas de aquisição de dados têm entradas isoladas - para preservar a integridade da cadeia de sinais e garantir que o que o sensor produz seja realmente o que foi lido. Existem vários tipos de técnicas de isolamento empregadas hoje.

É importante que o isolamento ocorra não apenas de canal para terra, mas também de canal para canal. As linhas de excitação também devem ser isoladas sempre que necessário. Um sistema de isolamento abrangente evita danos aos sistemas devido a tensão excessiva e evita loops de terra e medições incorretas.Como um exemplo, os condicionadores de sinal dos sistemas SIRIUS DAQ da Dewesoft fornecem isolamento de 1000V (o módulo HV de alta tensão é classificado adicionalmente como CAT II 1000V).

EM BREVE!
Saiba mais sobre o isolamento do DAQ:

The Importance of Isolation in Data Acquisition Systems guide

As Conexões Corretas do Sensor

Os melhores condicionadores de sinal são totalmente adaptados aos sensores com os quais devem ser usados. No nível mais básico, isso inclui o uso dos conectores apropriados para esses sensores.

SIRIUS DAQ system showing a variety of connector types: BNC, LEMO, DB9, bananaSistemas SIRIUS DAQ da Dewesoft que mostram uma variedade de tipos de conectores: BNC, LEMO, tomadas banana de segurança e DB9

As tensões são normalmente tratadas com conectores BNC (até 50V) e plugues tipo banana de segurança acima disso. Para sensores de saída de tensão que requerem alimentação do sensor pelo condicionador de sinal, é usado um conector de vários pinos, como os conectores compactos e de alta confiabilidade LEMO, ou conectores DB9 (DSUB-9) mais baratos (mas maiores). É por isso que a maioria dos fabricantes, inclusive a Dewesoft, disponibiliza seus condicionadores de sinal de tensão com uma variedade de tipos de conectores.

Os sensores tipo acelerômetro geralmente empregam um conector BNC ou 10-32 microdots.

Os termopares quase sempre usam o conector tipo mini-blade agora e são codificados por tipo de acordo com os padrões internacionais.

Os strain gauges geralmente são vendidos com fios desencapados, porque não há padrão no setor para os conectores multipinos que devem ser usados ou para o método de cabeamento que o engenheiro escolherá (3 fios, 4 fios, linhas de detecção ou sem linhas de detecção) etc). Os conectores multipinos mais utilizados em aplicações de strain gage são os conectores LEMO compactos e de alta confiabilidade ou os conectores DB9 (DSUB-9) mais baratos (mas maiores).

Conectores altamente confiáveis e, em alguns casos, à prova de água, são essenciais para os condicionadores de sinal.

Deve-se mencionar que, para sistemas de aquisição de dados que são montados permanentemente em um ambiente de medição industrial, esses requisitos são diferentes. Ao contrário de um sistema típico de aquisição de dados que será movido e usado para uma variedade de aplicativos, esses sistemas são "fixos" e não mudam. Os sistemas fixos ou embutidos geralmente são equipados com conectores de bloco de terminais parafusados, que são muito eficientes e de baixo custo. Eles não precisam ser resistentes ou invioláveis, pois estão trancados.

Seleção da Faixa de Medição

A capacidade de selecionar a faixa de medição adequada para um determinado sensor é a função essencial mais básica de um condicionador de sinal. Para obter os melhores resultados possíveis de suas medições, os engenheiros devem poder definir o nível de tensão (ou ganho em geral) do condicionador.

Por exemplo, se você está tentando medir uma voltagem que varia de ± 2,5mV (± 0,0025V), mas o seu condicionador tem apenas uma faixa de ± 50V, seu sinal será extremamente pequeno dentro da abertura de ganho resultante a ponto de ser inutilizável . Da mesma forma, se sua voltagem ultrapassar ± 100V, mas sua única faixa for de ± 50V, metade do sinal será cortada pelo condicionador e nunca será medida.

Dewesoft X High Voltage Range selectionTela de configuração de alta tensão da Dewesoft mostrando a seleção de faixa (lado esquerdo da tela)

Fornecer uma seleção adequada de faixas de acordo com o tipo de condicionador e sua aplicação é, portanto, sempre um requisito crítico de um condicionador de sinal.

Filtragem do Sinal

Além de definir o ganho de entrada, talvez a próxima função mais importante de um condicionador de sinal seja fornecer alguma maneira de filtragem. No mínimo, muitas vezes é necessário um filtro passa-baixo de dois ou quatro pólos para suprimir ou reduzir o ruído elétrico, que pode entrar no sinal no ambiente de teste.

Exemplo: uma entrada com ruído (sinal vermelho) é suavizada com um filtro IIR (sinal azul)

Um tipo de filtragem deve ser feito no hardware, antes do processo ADC: filtragem anti-aliasing. Esse é um tipo especial de filtragem que evita leituras erradas que podem ocorrer quando a taxa de amostragem é definida muito baixa em comparação com o conteúdo de frequência dos sinais que estão sendo medidos.  filtros anti-aliasing (AAF) evitam leituras erradas ajustando automaticamente o filtro de entrada de acordo com a taxa de amostragem selecionada. Há mais detalhes sobre o AAF no artigo chamado "O que é um conversor A / D?"

Praticamente todas as outras filtragens podem ser feitas no hardware ou no software. Por exemplo, os sistemas Dewesoft DAQ fornecem filtragem de hardware onde quer que seja exigido pela aplicação, por exemplo, os filtros de hardware passa-alta em seus CHG (amplificador de carga) e ACC (IEPE amp), que são úteis para saídas de acelerômetros acoplados a CA antes da integração do sinal.

Outros filtros de hardware são fornecidos dentro do hardware Dewesoft DAQ . Além disso, é fornecido um conjunto poderoso de filtros de software para cada canal. De fato, os filtros de software podem ser aplicados de maneira não destrutiva nos  sistemas Dewesoft DAQ, antes ou depois da gravação (ou ambas). Isso permite que os engenheiros capturem o sinal bruto e uma ou mais cópias filtradas do sinal e as comparem (como mostrado no diagrama acima, onde um sinal bruto e filtrado pode ser sobreposto no mesmo gráfico).

Conformidade com os Requisitos do Sensor

Cada condicionador de sinal deve ser perfeitamente adaptado ao sensor com o qual será usado. Os sensores têm requisitos muito diferentes com base em seus princípios operacionais, aos quais o condicionador deve ser adaptado.

Por exemplo, um extensômetro (também conhecido como strain gauge) o condicionador de sinal deve fornecer tensão de excitação ao sensor do extensômetro. E como os engenheiros usam de um a quatro strain gages para fazer medições de tensão, o condicionador precisa ser adaptável para lidar com uma configuração de quarto, meia ponte ou ponte completa.

Os strain gages requerem talvez a configuração mais complexa do mundo do condicionamento de sinais; portanto, os melhores condicionadores fornecem uma ampla gama de recursos, incluindo a conclusão da ponte, shunt cal, conexão da linha de detecção para suprimir alterações no auto-aquecimento e na resistência da linha do sensor e muito mais.

Strain gage sensor and signal conditioner setup inside Dewesoft X DAQ softwareTela de configuração do Dewesoft STG (strain gage)

A seguir, veremos mais detalhadamente cada um dos principais tipos de condicionadores de sinal e discutiremos seus requisitos com mais detalhes.

Tipos Comuns de Condicionadores de Sinal

Os condicionadores de sinal de hoje precisam interagir com esses sensores populares:

Tipo de Sinal Sensor Condicionador Requisitos Básico
Baixas voltagems (Direto) Tipo Baixa voltagem Várias faixas, isolamento, conformidade com os padrões de segurança (acima de 50V), filtragem selecionável
Kilo volts Transdutores potenciométricos Tipo alta voltagem Várias faixas, isolamento, conformidade com os padrões de segurança de alta tensão, filtragem selecionável
Temperatura Termopar Tipo termopar Isolamento, linearização de vários tipos de sensores, compensação de junção a frio
Temperatura RTD Tipo RTD  Isolamento, alimentação do sensor, ajuste da linha de detecção, escalonamento de vários tipos de RTD
Choque e vibração

Acelerômetro 

IEPE

Tipo IEPE  Múltiplas faixas, isolamento, alimentação de sensor de corrente constante a uma tensão de conformidade nominal, filtragem selecionável
Choque e vibração Acelerômetro tipo carga Tipo carga Múltiplas faixas, isolamento, conversão da corrente de íons pC em tensão, filtragem selecionável, incluindo passa-alto
Deformação, pressão Strain Gage Tipo Strain Gage  Várias faixas, isolamento, alimentação do sensor, balanceamento da ponte, calibração de shunt, ajuste da linha de detecção, filtragem selecionável
Distancia, Deslocamento LVDT Tipo  LVDT  Várias faixas, alimentação do sensor, ajuste de zero, isolamento
Distancia, Deslocamento Sensor tipo molinete Tipo de resistência (normalmente tipo strain gage) Múltiplas faixas, alimentação do sensor, ajuste de zero , filtragem selecionável
Entradas Digitais Eventos TTL, Dente de Engrenagem, encoders Tipo  Digital  Isolamento, adaptável a uma variedade de entradas discretas, conversão de contagens brutas para RPM e outras funções

Requisitos rígidos, como isolamento, alimentação do sensor, ganho de entrada e anti-aliasing, devem ser feitos no hardware. A maior parte da filtragem (exceto a filtragem anti-aliasing) e a linearização podem ser feitas no software.

Condicionador de Sinais de Baixa Tensão

Se olharmos para a medição de tensão, parece que essa seria a tarefa mais fácil porque os sinais já existem como tensão. No entanto, a tensão pode variar de potenciais muito pequenos nos bilionésimos de volts, até dezenas de milhares de volts. Também pode existir como corrente alternada (CA) ou corrente contínua (CC).

Potenciais de voltagem (potencial elétrico) podem existir muito acima do terra ou serem centrados em torno de 0V. Os desafios e, portanto, os processos são essencialmente os mesmos que com qualquer outro fenômeno físico que queremos medir. Tensões pequenas devem ser amplificadas para um nível de digitalização nominal (normalmente ± 5V). O isolamento galvânico é frequentemente necessário para evitar cross-talk e loops de terra que podem destruir a integridade da medição, introduzindo valores e compensações incorretos.

Para acoplamento AC normalmente é necessário remover o componente CC ou fornecer filtragem passa baixa ou alta para atingir certos objetivos de medição.

SIRIUS low voltage DAQ systemSistema Dewesoft SIRIUS DAQ com LV (condicionadores de sinais de baixa tensão)

Os  módulos SIRIUS LV DAQ da Dewesoft estão disponíveis com uma variedade de tipos de conectores para atender à aplicação: BNC, tomadas banana de segurança, DSUB9 e outras, mediante solicitação. Para mais informações, visite a página de especificações técnicas do SIRIUS.

Condicionador de Sinais de Alta Tensão

Tensões grandes devem ser reduzidas para o nível de digitalização nominal. Existem sensores para isso, incluindo transformadores de potenciais (PTs) que podem dividir os milhares de volts em uma linha de transmissão elétrica até um nível seguro. A saída de um TP é então alimentada no condicionador de sinal de tensão, que o prepara ainda mais para a digitalização.

Qualquer condicionador de sinal usado para medição de alta tensão deve ser fortemente isolado para a segurança dos operadores do equipamento e para evitar danos ou destruição do sistema.

Ele deve ser projetado com os conectores adequados. Para conexão temporária, são comuns os conectores banana de segurança / isolados. Para conexão permanente, terminais de parafuso blindados são comuns. Os conectores com contatos expostos devem ser evitados.

SIRIUS high voltage DAQ systemSistema Dewesoft SIRIUS DAQ com condicionadores de sinal de alta tensão HV de 8 canais

Um bom exemplo de um poderoso condicionador de sinal de alta tensão é o módulo SIRIUS HV da Dewesoft.

Mais informações veja a Página de especificações técnicas do SIRIUS.

Saiba mais sobre a medição de voltagem:

Treinamento Dewesoft online PRO: Medição de Voltagem

Condicionador de Sinais de Termopar

Um simples sensor termopar requer um condicionador de sinal de alta qualidade para funcionar. Embora um T / C seja passivo, não necessitando de excitação ou alimentação de sensor, o minúsculo potencial de tensão que ele gera no lado do conector do sensor deve ser isolado, amplificado e linearizado. Além disso, ele precisa de uma referência para fornecer uma leitura absoluta da temperatura - caso contrário, ele só pode produzir uma leitura relativa da temperatura, o que não é muito útil.

Os aspectos de amplificação, isolamento e compensação devem ser fornecidos pelo condicionador de sinal no hardware, enquanto a tarefa de linearização pode ser realizada no hardware ou via software.

A "referência" mencionada acima é conhecida como compensação de junção fria. A extremidade de medição do sensor é chamada de “junta quente” (a junção dos metais diferentes usados ​​na construção de um termopar), enquanto a outra extremidade - onde recebemos o sinal - é a junção fria do sensor. Essa junta fria é onde os metais diferentes que compõem o termopar encontram os fios de cobre do sistema DAQ.

Um pequeno chip de compensação de junção a frio (CJC) é fornecido aqui dentro do condicionador de sinal ou dentro de uma caixa anexa que se conecta ao condicionador. Este CJC deve ser protegido contra variações de temperatura ambiente causadas pela movimentação de ar ou luz solar. Eles geralmente são instalados dentro de uma pasta especial para manter suas temperaturas estáveis.

A ciência de fazer um condicionador de sinal de termopar preciso não pode ser exagerada. Sem muita atenção aos detalhes, não é possível fazer medições precisas e lineares do termopar.

Outras características importantes de um bom condicionador de sinal de termopar incluem:

 ADCs de Alta Resolução

A resolução de 24 bits é recomendada com termopares. Por quê? Um sensor de termopar tipo K tem uma faixa de medição de -270 ° a + 1260 ° C (-454 ° a 2300 ° F). Essa é uma gama enorme.

O uso de um ADC de 24 bits fornece um eixo de amplitude muito maior do que um ADC de 16 bits (lembre-se de que cada bit duplica o número de valores do valor anterior).

Tipo de Conector Adequado e Identificação de Cores

Hoje, o tipo de conector para termopar de mini blade se tornou o padrão de fato, junto com o código de cores que permite a fácil identificação visual do tipo de termopar. Conectar um termopar tipo K a um condicionador de sinal projetado para o tipo S ou T, por exemplo, resultará em leituras incorretas.

Condicionadores de Sinais de Termopar de Tipo Fixo

Um condicionador de sinal de termopar de “tipo fixo” é aquele que foi feito para ser compatível com um tipo de termopar específico, como Tipo J, K ou T, por exemplo. Como a Dewesoft oferece condicionadores de sinais universais de alto desempenho para todos os seus sistemas DAQ, eles criaram DSI adapters para vários sensores - incluindo os tipos mais populares de termopares.

DSI - Dewesoft Smart Interface adapter for thermocouple sensorsDSI - Adaptador Dewesoft Smart Interface para sensores de termopar

Os adaptadores da série DSI-TH-x apresentam medição de referência de junção fria de alta precisão. O cabo do termopar de 1 m está incluído no conector mini TC. Tipos de termopares suportados:

  • DSI-TH-C - termopar tipo C
  • DSI-TH-J - termopar tipo J
  • DSI-TH-K - termopar tipo K
  • DSI-TH-T - termopar tipo T

adaptadores DSI pode ser usado com todos os sistemas Dewesoft DAQ com conectores DSUB9 - incluindo SIRIUS, DEWE-43A, KRYPTON, e IOLITE

Condicionadores de Sinais de Termopares Universais

Um bom exemplo de um condicionador de sinal de termopar do tipo universal são os Módulos de termopar isolados KRYPTONda Dewesoft, disponíveis com 8 ou 16 canais por módulo. Esses condicionadores de sinal amostram cada canal a 100 S / s com uma resolução de 24 bits sigma-delta ADC por canal. Sua precisão de entrada é tipicamente ± 0,02% da leitura ± 100 μV. Eles fornecem 1000V de isolamento por canal, protegendo os sinais de milivolts gerados pelos termopares contra interferências.

KRYPTONi-8xTH thermocouple DAQ signal conditioner

Módulo de termopar universal KRYPTONi-8xTH

Como a linearização pode ser executada com muita precisão e rapidez pelo  software de aquisição de dados Dewesoft X incluído, Esses módulos são compatíveis com todos os principais tipos de termopares atualmente em uso: K, J, T, R, S, N, E, C, U, B.

Os conectores de termopar de cor branca são usados para indicar que as entradas são universais. O engenheiro simplesmente seleciona o T / C TYPE que eles estão usando na tela de configuração do canal no software Dewesoft X, que aplica a linearização correta.

Os módulos KRYPTON se conectam por meio de uma única interface EtherCat de alta velocidade, que fornece alimentação, dados e sincronização. Eles são projetados para ambientes agressivos com altos choques e vibrações, água, poeira, fumaça e temperaturas muito baixas a altas.

Para mais informações veja a Página de especificações técnicas do KRYPTON.

Saiba mais sobre a medição de temperatura:

Treinamento Dewesoft online PRO: Medição de Temperatura

Condicionador de Sinal de RTD

Embora ele também meça a temperatura, um RTD (detector de temperatura de resistência) é um tipo muito diferente de sensor de temperatura em comparação com o termopar. A distinção mais importante é que os RTDs não são sensores passivos - eles devem ser alimentados pelo condicionador de sinal.

IOLITE DAQ systemsModelo IOLITEs, mostrando vários tipos de condicionadores de sinal

Um bom exemplo é o módulo IOLITE 8xRTD da Dewesoft. Este é um módulo de condicionamento de sinal RTD de 8 canais com um ADC de 24 bits integrado por canal.

Ele suporta conexões RTD de 3 e 4 fios. Observe que as conexões de 2 fios geralmente não são recomendadas porque a resistência do cabo é adicionada à medição, resultando em leituras artificialmente de alta temperatura, e não há como saber exatamente o quanto a medição está errada.

Conexões para RTD de 3 fios versus 4 fios

Em uma conexão de 3 fios, um terceiro fio é usado para detectar a resistência média do cabo. O condicionador de sinal ou o software que o acompanha pode remover esse deslocamento em tempo real, resultando em uma leitura muito mais precisa.

Typical 3-wire RTD hook-up

Conexão típica de RTD de 3 fios

Se medirmos a resistência entre R1 e R2 e subtrairmos a resistência entre R2 e R3, obteremos a resistência apenas da extremidade de medição do circuito em R (b). Obviamente, isso pressupõe que as resistências são todas iguais. Podemos melhorar ainda mais a precisão adicionando um quarto fio, como mostrado abaixo:

Typical 4-wire RTD hook-upConexão típica de RTD de 4 fios

Você pode perceber que essa conexão é uma ponte completa. As linhas 1 e 4 fornecem energia ao circuito, e os fios 2 e 3 são usados para reler a resistência do cabo de volta ao condicionador de sinal RTD. Dessa forma, podemos compensar completamente as variações na resistência do fio condutor.

Por que escolher 3 fios em vez de 4 fios?

Portanto, se as conexões de 4 fios são sempre melhores que as de 3 fios, por que os engenheiros às vezes optam por 3 fios? Geralmente, a resposta está na economia. Se os RTDs estiverem localizados a uma grande distância do sistema de medição, o uso de três fios em vez de quatro economizará muito dinheiro em termos de custo de cabos e custos de fiação. Isso pode adicionar muito tempo e dinheiro em sistemas de teste em larga escala.

Uma boa referência é o condicionador de sinal RTD do Dewesoft IOLITE. Veja as especificações mais importantes na Página de especificações técnicas do IOLITE.

Condicionador de Sinal IEPE

Sensores tipo Acelerômetro que possuem um pequeno amplificador embutido também são conhecidos como ICP® (nome comercial da PCB Piezotronics) ou mais genericamente como IEPE, que significa eletrônica integrada, piezo-elétrica. A saída desses acelerômetros é uma voltagem de nível relativamente alto que pode ser enviada de volta ao condicionador de sinais em cabos de boa qualidade, com menos custos do que o cabo exigido pelos acelerômetros do tipo de carga.

Mas, diferentemente dos acelerômetros do tipo de carga passivos e que não requerem energia, os sensores IEPE precisam de uma fonte de tensão do condicionador de sinal. Isso normalmente é apresentado na forma de uma corrente constante de 4 a 20 mA e a uma tensão de conformidade de 25 volts (normalmente).

IEPE signal conditioner channel setup inside Dewesoft X data acquisition softwareTela de configuração do condicionador de sinal IEPE no software Dewesoft X DAQ. A parte superior esquerda da tela mostra a configuração de hardware da faixa, filtro, acoplamento, excitação (corrente constante) e muito mais.

Como os acelerômetros IEPE são feitos para medir formas de onda CA, essa fonte CC pode ser colocada nas linhas de sinal sem criar nenhum erro de deslocamento ou medição.

Assim, o requisito fundamental de qualquer condicionador de sinal IEPE é que ele seja capaz de fornecer essa energia de corrente constante. O SIRIUS ACC fornece uma corrente constante selecionável pelo usuário de 2, 4, 8, 12, 16 ou 20mA a uma tensão de conformidade de 25 V.

Outro recurso útil, conforme fornecido no módulo Dewesoft SIRIUS ACC, é um indicador visual de que o sensor está conectado e funcionando. Os módulos SIRIUS DAQ fazem isso por meio de um LED verde ao redor do painel do conector de entrada que acende quando o sensor está conectado e funcionando.

SIRIUS IEPE signal conditioner with constant current sensor checkMódulo SIRIUS ACC mostrando entradas BNC com painéis LED verdes que acendem para indicar a conexão correta do sensor

Os sensores IEPE quase sempre empregam um conector BNC; portanto, é importante que o condicionador de sinal faça o mesmo. Consultando a imagem acima, você pode ver os conectores de entrada BNC no módulo SIRIUS ACC.

O suporte a TEDS é altamente útil com sensores IEPE . TEDS (Transducer Electronic Data Sheet) é um padrão IEEE 1451 com base no armazenamento de informações sobre o sensor dentro do próprio sensor, incluindo sua unidade de medida, fator de escala, informações de calibração e muito mais.

O condicionador de sinal  SIRIUS ACC pode ler essas informações quando o sensor está conectado e configurá-lo automaticamente no software. O software Dewesoft X mantém um banco de dados de sensores conectados pelo usuário, que podem ser gerenciados pelo usuário. O TEDS economiza muito tempo quando muitos sensores precisam ser conectados em um curto espaço de tempo e também evita erros de configuração devido a falhas de entrada manual.

Acoplamento de entrada é outro recurso importante que o condicionador SIRIUS ACC fornece. Você pode selecionar entre DC (desligado) e duas configurações de CA: 0,1 Hz e 1 Hz. Assim, você pode retirar os componentes de baixa frequência perto do limite de CA / CC.

E, é claro, já que estamos medindo vibração, alta largura de banda, faixa dinâmica e resolução de eixo vertical são essenciais para a missão. Vejamos cada uma delas resumidamente:

Alta largura de banda

A resposta em frequência do condicionador de sinal é de extrema importância. Não é bom ter um sensor que possa medir até 50 kHz quando nosso condicionador de sinal não puder. Portanto, uma largura de banda alta o suficiente para representar os principais sinais de interesse de frequência é claramente importante.

Os conditcionadores SIRIUS ACC amostram até 200 kS / s / canal, fornecendo uma largura de banda sem alias de 70 kHz no máximo. Para aplicações de velocidade mais alta, os condicionadores de sinal da série SIRIUS HS fornecem amostras de até 1 MS / s / ch usando ADCs SAR de 16 bits, com filtros anti-aliasing de 5ª ordem de 100 kHz.

Faixa dinâmica

Um aspecto importante da medição de praticamente qualquer sensor, mas especialmente entre os dinâmicos, como os acelerômetros, é o alcance dinâmico. Isso define a distância máxima entre os sinais maiores e menores que podem ser medidos. Cada amplificador de canal possui dois ADCs que sempre medem o ganho alto e baixo do sinal de entrada.

Isso resulta em toda a faixa de medição possível do sensor e evita que o sinal seja cortado. Com a tecnologia DualCoreADC®, a SIRIUS alcança mais de 130 dB de sinal / ruído e mais de 160 dB na faixa dinâmica. Veja o vídeo abaixo.

Resolução do eixo vertical

Os ADCs de 24 bits fornecem uma incrível resolução no eixo vertical. Além disso, a poderosa filtragem anti-aliasing em todos os canais se ajusta à taxa de amostragem selecionada, impedindo que sinais falsos causados pela subamostragem destruam suas medições.

Mas a contagem bruta de bits é apenas o começo da história de resolução da SIRIUS. Por exemplo, cada entrada em um módulo SIRIUS literalmente tem dois ADCs de 24 bits. Um é definido para uma faixa muito alta e outro para uma faixa mais baixa.

O condicionador de sinal usa automaticamente o melhor sinal de amplitude do fluxo duplo e cria um único fluxo de dados com a melhor resolução possível. Portanto, dizer que o SIRIUS tem uma resolução de 24 bits é um eufemismo, já que o resultado dessa inovação do DualCoreADC é a resolução do eixo de amplitude aproximadamente 20 vezes melhor que os sistemas com um único ADC de 24 bits, com 20 vezes menos ruído.

Mais informações na Página de especificações técnicas do SIRIUS.

Saiba mais sobre a medição de vibração:

Treinamento Dewesoft online PRO: Medição de Vibração

Condicionador de Sinal de Carga

Os acelerômetros de carga requerem um condicionador de sinal que possa ler em seu fluxo de alta impedância os íons carregados (medidos em pC ou pico coulombs) e convertê-los em uma tensão de alto nível. Eles são baseados no mesmo princípio piezoelétrico dos sensores IEPE (veja acima), mas não possuem pré-amplificador embutido. Portanto, eles não requerem energia do sensor.

No entanto, sua saída de alta impedância não transmite tão facilmente quanto a saída amplificada dos sensores IEPE. Cabos caros de baixo ruído devem ser usados ​​e mantidos no menor comprimento possível para impedir que o ruído influencie o sinal. Ainda assim, os acelerômetros de carga ainda estão em uso porque fornecem a maior faixa possível de temperatura operacional, até 538 ° C (1000 ° F) e a maior largura de banda possível. Sensores especializados estão disponíveis com temperaturas de operação ainda maiores, baixa e alta.

A saída dos sensores de carga pode ser integrada para converter a aceleração em velocidade e dupla integrada para fornecer deslocamento.

SIRIUS charge signal conditionerMódulo SIRIUS CHG com 8 entradas de carga

Os condicionadores de sinal tipo carga SIRIUS CHG são um ótimo exemplo de um condicionador de sinal versátil no modo de carga. Além de manipular sensores de carga, eles também podem atuar como um condicionador de baixa tensão e um condicionador de sinal IEPE.

Compatibilidade do conector

Existem três conectores comumente usados por sensores de carga: BNC, TNC e 10-32. O módulo SIRIUS CHG está disponível com BNC ou TNC (essencialmente uma versão encadeada de um BNC).

Acoplamento de entrada

Esse é outro recurso importante que o condicionador SIRIUS CHG fornece. Você pode selecionar entre 0,01 Hz, 0,03 Hz, 0,1 Hz, 0,5 Hz, 1 Hz, 10 Hz ou 100 Hz. Assim, você pode retirar os componentes de baixa frequência perto do limite de CA / CC. Isso é importante se você planeja integrar ou integrar duas vezes o sinal  porque o ruído e o deslocamento serão multiplicados dramaticamente por esse processo.

E, é claro, já que estamos medindo vibração, alta largura de banda, faixa dinâmica e resolução de eixo vertical são essenciais para a missão. Vejamos cada uma delas resumidamente:

Alta largura de banda

A resposta em frequência do condicionador de sinal é de estrema importância. Não é bom ter um sensor que possa medir até 50 kHz quando nosso condicionador de sinal não puder. Portanto, uma largura de banda alta o suficiente para representar os principais sinais de interesse de frequência é claramente importante. Os condicionadores SIRIUS CHG amostram até 200 kS / s / canal, fornecendo uma largura de banda sem alias superior a 80 kHz nessa taxa máxima.

Faixa dinâmica

Um aspecto importante da medição de praticamente qualquer sensor, mas especialmente entre os dinâmicos, como os acelerômetros, é o alcance dinâmico. Isso define a distância máxima entre os sinais maiores e menores que podem ser medidos.

Cada amplificador de canal possui dois ADCs que sempre medem o ganho alto e baixo do sinal de entrada. Isso resulta em toda a faixa de medição possível do sensor e evita que o sinal seja cortado. Com a tecnologia DualCoreADC® SIRIUS alcança mais de 130 dB de sinal / ruído e mais de 160 dB na faixa dinâmica.

Resolução do eixo vertical

Os ADCs de 24 bits fornecem uma incrível resolução no eixo vertical. Além disso, a poderosa filtragem anti-aliasing em todos os canais se ajusta à taxa de amostragem selecionada, impedindo que sinais falsos causados pela subamostragem destruam suas medições.

Mas a contagem bruta de bits é apenas o começo da história da resolução nos  sistemas SIRIUS DAQ. Por exemplo, cada entrada em um módulo SIRIUS possui literalmente DOIS ADCs de 24 bits: um é definido para uma faixa muito alta e outro para uma faixa mais baixa. O condicionador de sinal usa automaticamente o melhor sinal de amplitude do fluxo duplo e cria um único fluxo de dados com a melhor resolução possível.

Portanto, dizer que o SIRIUS tem uma resolução de 24 bits é um eufemismo, já que o resultado dessa inovação do DualCoreADC é a resolução do eixo de amplitude aproximadamente 20 vezes melhor que os sistemas de aquisição de dados com um único ADC de 24 bits, com 20 vezes menos ruído .

Mais informações na Página de especificações técnicas do SIRIUS.

Condicionadores de Sinal de Strain Gage

Os condicionadores de sinais de strain gage talvez tenham o trabalho mais complexo do mundo na aquisição de dados. Primeiro, eles devem suportar vários esquemas de conexão, da configuração de ponte completa relativamente simples às configurações de quarto e meia ponte, e cada uma com várias opções de fiação. E quando algo diferente de uma conexão de ponte completa é selecionado, espera-se que eles também forneçam os resistores necessários para concluir o circuito da ponte de Wheatstone.

6-wire full bridge configuration

Configuração de ponte completa de 6 fios, conforme suportado pelo condicionador de sinal Dewesoft SIRIUS STG

Obviamente, deve ser possível ajustar o ganho (também conhecido como sensibilidade) do condicionador de sinal. E para ajustar quanta tensão é enviada ao sensor de strain gage para alimentá-lo (a tensão de excitação). A filtragem é quase sempre necessária com extensômetros, e isso deve ser fornecido em hardware ou software, com escolha da orden do filtro(força do filtro).

A Dewesoft STG setup screen showing a quarter bridge configurationUma tela de configuração do Dewesoft STG mostrando uma configuração de quarto de ponte 

Isso parece suficiente, mas ainda existem mais requisitos, incluindo a capacidade de conectar-se a uma ou mais linhas sensoriais e usá-las para compensar as alterações na resistência do cabo causadas pelo comprimento do cabo e / ou pelo autoaquecimento. Além disso, todo strain gage possui um Fator de Medida ou Sensibilidade (Gage Factor) - um número em torno de 2, que deve ser inserido e usado pelo sistema para converter o retorno bruto em mV / V do sensor em uma leitura de microstrain.

Como uma declaração geral, deve ser uma escolha do engenheiro optar por usar ou não o fator de medição ou dimensionar o retorno do sensor da maneira que escolher. Por exemplo, condicionadores de strain gage também são usados para células de carga; nesse caso, podemos querer ver a leitura em peso - kg ou lbs. Todas as opções devem ser fornecidas ao engenheiro.

Todos os recursos e funções acima, e mais, são requisitos básicos de qualquer condicionador de sinal de extensômetro.

Um exemplo perfeito de um condicionador de sinal de strain gage poderoso e flexível é o módulo SIRIUS STG da Dewesoft:

SIRIUS strain gage DAQ system

Mais informação na Página de especificações técnicas do SIRIUS.

Condicionador de Sinais LVDT

Os transdutores LVDT (linear variable differential transformer)  são usados para medir o deslocamento / posição linear em distâncias relativamente curtas. Eles consistem em um tubo que contém uma haste. A base do tubo é montada em uma posição fixa e a extremidade da haste é afixada a algo que se move.

À medida que a haste é puxada para fora do tubo ou desliza de volta, o sensor emite um sinal que representa a posição da haste desde o ponto de partida até a sua deflexão máxima. A haste não toca o interior do tubo, tornando-o praticamente sem atrito, e o próprio LVDT não contém componentes eletrônicos, tornando-o popular em ambientes agressivos.

Um condicionador de sinal LVDT deve fornecer a excitação CA que o transdutor requer para operar. Esse CA aciona a bobina primária, que induz uma saída de cada um dos enrolamentos secundários, localizados na extremidade do tubo. O condicionador de sinal deve ser capaz de captar e dimensionar o sinal de saída diferencial adequadamente para exibição e medição.

Um bom exemplo é o SIRIUS STG com oadaptador DSI LVDT fDewesoft. Como o módulo STG tem quase tudo o necessário para funcionar como um condicionador de sinal LVDT ideal. Tudo o que adicionamos é um pequeno adaptador chamado DSI-LVDT ao conector de entrada do módulo STG para preparar o condicionador de sinal para uso com LVDTs.

DSI LVDT sensor adapterO adaptador DSI-LVDT da Dewesoft

O DSI-LVDT possui um chip TEDS dentro dele. Quando conectado ao SIRIUS-STG, o condicionador de sinal lê as informações do chip e se configura automaticamente como condicionador de sinal LVDT. O engenheiro pode executar ainda balanceamentos zero e entrada e escala da UE, se desejar. O DSI-LVDT gera a excitação de 4 a 10 kHz que o sensor requer e permite o ajuste de fase através de um pequeno potenciômetro.

Condicionamento de Sinais LVDT em Larga Escala

DS-LVDTr 16 channel LVDT front-endDS-LVDTr front-end LVDT de 16 canais

Para o condicionamento de sinal LVDT em larga escala, o Dewesoft DS-16xLVDTr usa uma arquitetura ratiométrica exclusiva para eliminar várias das desvantagens associadas às abordagens tradicionais da interface LVDT. O DS-16xLVDTr combina 16 canais de adaptadores DSI-LVDT em uma caixa compatível com rack de 1U 19 ”.

A principal vantagem do novo design é o sinal de excitação assíncrono fornecido de um gerador de funções externo para um conector frontal BNC (conector IN). Ao usar vários dispositivos DS-LVDTr, o sinal EXC pode ser encadeado em série do conector BNC OUT para o conector BNC IN no outro dispositivo.

Existem 16 conectores macho DSUB-9M no painel frontal para a conexão ao sistema de aquisição de dados da Dewesoft. Cada conector inclui um aparador para ajuste de fase. No painel traseiro, existem 16 conectores DSUB-9F (fêmea) para a conexão do sensor LVDT. O DS-16xLVDTr suporta medições com tipos de sensores LVDT de ponte completa e meia ponte.

Para mais detalhes sobre o SIRIUS STG, consulte o Condicionador de sinal tipo deformação acima.

Condicionador de Sinais de Sensores Tipo Molinete

Um sensor tipo molinete potenciômetro tipo molinete é um sensor que mede a distância. Ele é configurado como uma carcaça que contém um carretel de corda robusta que é carregada por mola, para que ela retorne automaticamente à carcaça quando a corda for liberada.

A carcaça é montada em uma posição fixa, enquanto o final da corda é anexado a algo que se moverá, como porta, suporte ou outro objeto que se moverá para frente e para trás em relação ao local onde a carcaça está montada. Um bom exemplo é um movimento entre o "munhão" das rodas do trem e a carroceria do trem, que passa por cima dele em um sistema de suspensão.

Enquanto um sensor tipo molinete é semelhante em operação a um LVDT, é diferente na maneira como funciona. Enquanto um LVDT usa um potencial CA diferencial para medir a posição de uma haste deslizante, um sensor tipo molinete usa resistência variável para medir a quantidade de corda que foi utilizada.

E do ponto de vista mecânico, a haste do LVDT deve se mover ao longo de um plano paralelo ao seu alojamento tubular, enquanto o fio do sensor tipo molinete é livre para se mover em um amplo arco a partir do seu ponto de saída a partir da carcaça.

Para condicionar a saída de um sensor tipo molinete, precisamos de um condicionador de sinal que possa fornecer a excitação necessária para invocar uma alteração de resistência do sensor e, em seguida, ler a saída. Também é necessário poder dimensionar a leitura em uma unidade de medida útil, como mm, cm, m, polegadas, pés, etc.

Um bom exemplo é o módulo SIRIUS STG da Dewesoft. Como um módulo de strain gage, já está apto para fornecer excitação e leitura em minúsculos potenciais de tensão. Pode fazer medições de resistência em uma configuração básica de meia ponte. Nenhum adaptador adicional é necessário para conectar diretamente um pote de cordas ao condicionador de sinal Dewesoft STG.

Simple potentiometric hook-up using the Dewesoft SIRIUS STG signal conditionerConexão potenciométrica simples usando o condicionador de sinal Dewesoft SIRIUS STG

Para mais detalhes sobre o SIRIUS STG, consulte Strain Type signal conditioner acima.

Condicionadores de Sinais de Entrada Digital

As entradas digitais funcionam desde a gravação dos sinais on-off simples até o manuseio de um codificador de quadratura altamente preciso ou sensor de dente de engrenagem que permite medir RPM e outras variantes. Eles são referidos como digitais porque seu sinal está na forma de alto ou baixo, diferentemente dos sinais analógicos que têm uma forma de onda com muitos valores entre os mais altos e os mais baixos que devem ser medidos.

Discrete Digital Inputs

Representation of the ideal TTL on/off streamRepresentação do fluxo TTL on / off ideal

A mais simples das entradas digitais é o tipo de sinal ligado / desligado que se parece com uma onda quadrada, se você olhar para ele. Às vezes, eles são chamados de canais discretos ou canais de eventos. Como eles têm apenas dois estados, são frequentemente usados para mostrar que o estado de uma porta está aberta ou fechada ou que um circuito está ligado ou desligado e outras mil possibilidades de sim / não que precisamos medir.

As entradas discretas são normalmente produzidas a partir de um relé ou transdutor nos níveis TTL (transistor para transistor lógico), que são baseados em alimentação de 5V. Em teoria, o sinal perfeito para ligar / desligar TTL seria 0V representando OFF (significando um valor digital de 0) e 5V representando ON (significando o valor digital de 1). No entanto, na prática, é quase impossível alcançar essa precisão, portanto as faixas aceitáveis se tornaram 0 a 0,8V para OFF e 2V a 5V para ON.

Acceptable TTL level input and output levelsNíveis aceitáveis de entrada e saída de nível TTL

Essas entradas digitais são facilmente manipuladas pelas entradas digitais SuperCounter® da Dewesoft, disponíveis em praticamente todos os modelos de sistemas DAQ da Dewesoft. Essas entradas do contador têm três linhas (A, B, Z) que podem manipular codificadores e sensores de RPM - ou você pode usá-las como três entradas digitais discretas separadas (IN0, IN1, IN2). É importante observar que as linhas digitais da Dewesoft são amostradas muito acima da taxa de amostragem selecionada pelo usuário para suas entradas analógicas, mas estão sincronizadas com precisão no eixo do tempo com as entradas analógicas.

Typical Dewesoft SuperCounter Connector

Conector típico do Dewesoft SuperCounter

In addition, for large numbers of plain digital inputs, the Dewesoft IOLITE offers a 32 channel digital input module. This model 32xDI with easy screw terminal hookup and sensor power supply is ideal for high channel count data acquisition and control applications.

IOLITE 32xDI input modulesMódulos de entrada IOLITE 32xDI

Para mais informações veja as IOLITE technical specifications.

Sensores Tacômetro, RPM e Ângulo

As entradas do Dewesoft SuperCounter podem medir os valores de saída de RPM e ângulo das máquinas rotativas a partir de uma ampla variedade de sensores de RPM, sensores de velocidade e encoders. Comparado aos contadores padrão, que emitem apenas números inteiros uma amostra posteriormente (por exemplo, 1, 1, 2, 2, 3, 4), os SuperCounters podem extrair valores altamente precisos como 1,37, 1,87, 2,37 entre as amostras analógicas e sincronizá-los completamente com os canais analógicos.

Isso é feito medindo o tempo exato da borda ascendente do sinal com um contador adicional. O Dewesoft SuperCounters é executado em uma base de tempo de 102,4 MHz, independente da taxa de amostragem analógica.

Existem vários sensores comuns que são usados para contar eventos, medir velocidade, RPM, ângulo etc. Eles incluem:

  • Encoder com 1, 2 ou 3 saídas ( A, B e sinal de reset Z)
  • Pulsos lineares e codificador de pulsos

  • Tacômetro óptico (1 pulso por rotação), com etiqueta  reflexiva um ângulo e RPM podem ser calculados.

  • Sensor de dente de engrenagem com dentes ausentes (por exemplo, 60-2) ou dentes duplos, CDM, CDM com zero, CDM com TRG

Tudo isso pode ser conectado ao Dewesoft SuperCounter e configurado facilmente no software. As saídas estão perfeitamente sincronizadas com os dados analógicos que também estão sendo medidos, permitindo a execução de aplicações avançadas como vibração rotacional e torcional, análise de combustão, análise de order tracking, balanceamento, vibração do corpo humano etc.

O software Dewesoft X possui uma biblioteca interna de sensores típicos, mas também possui um banco de dados flexível que o engenheiro pode usar para criar novos sensores, nomeá-los e chamá-los a qualquer momento no futuro.

Dewesoft Digital/Counter Setup Screen showing encoder sensor setupTela Dewesoft Digital / Counter Setup mostrando a configuração do sensor codificador

Especificações Gerais do Contador
Base de tempo 102.4MHz
Precisão típica da base de tempo 5 ppm, Max: 20 ppm
Largura de banda Max. 10MHz
Filtro de Entrada 500 ns, 1μs, 2μs, 4μs, 5μs and 7.5μs
Compatibilidade de nível de Entrada TTL (Low: <0.8, High > 2V)
Impedância de entrada 100kΩ pull-up to +3.3V
Proteção de entrada ±25Volt continuous
Saída de alarme Coletor aberto, max. 100mA/30Volt
Alimentação para Sensor 5V/100mA;12V/50mA