En este artículo discutiremos los acondicionadores de señal y lo que hacen en los sistemas de adquisición de datos (DAQ), con suficiente detalle para que usted:

  • Vea cómo funcionan los acondicionadores de señal
  • Aprenda cómo se usan dentro de los sistemas DAQ
  • Comprenda su importancia en la cadena de señal.

¿Estas listo para empezar? ¡Vamos!

Qué es Acondicionamiento de Señal

El Acondicionamiento de señal es uno de los componentes fundamentales de un dispositivo moderno de adquisición de datos (también conocido como sistema DAQ o DAS). El propósito básico de un sistema de adquisición de datos es realizar mediciones físicas. Se componen de los siguientes componentes básicos:

  • Sensores (consulte la guía Qué es un sensor?)
  • Acondicionamiento de señal (este artículo)
  • Convertidor analógico a digital (ADC) (consulte la guía Qué es un convertidor A / D?),
  • Y algún tipo de computadora con software DAQ para el registro y análisis de señales.

Qué hacen los Acondicionadores de Señal?

Los sistemas de adquisición de datos deben conectarse a una amplia variedad de sensores y señales para hacer su trabajo. Los acondicionadores de señal toman la señal del sensor, la procesan y la envían al subsistema A/D.

Como su nombre lo indica, se encargan de acondicionar señales para que el subsistema A/D pueda convertirlas en el dominio digital y luego mostrarlas, almacenarlas y analizarlas.

Después de todo, no puede conectar directamente 500V a una de las entradas de una tarjeta A/D, y los termopares, RTD, LVDT y otros sensores requieren acondicionamiento para funcionar y proporcionar una salida de voltaje normalizada que pueda ingresarse en el A / D tarjeta.

Requisitos principales de acondicionadores de señal

Hoy en día, los acondicionadores de señal incluyen algunos de los elementos necesarios que los hacen útiles para los sistemas modernos de adquisición de datos. Estos elementos son:

  • Aislamiento electrico
  • Los conectores correctos para conexiones de sensores
  • Selección del rango de medida
  • Filtrado de señales
  • Conformidad con los requisitos del sensor.

Ahora veremos cada uno de estos elementos de acondicionadores de señal.

Vea los sistemas de adquisición de datos de Dewesoft con acondicionamiento de señal de alta gama 

Dewesoft DAQ Systems

Aislamiento Eléctrico o Galvánico

Los mejores acondicionadores de señal proporcionan aislamiento eléctrico entre las entradas y sus salidas. El aislamiento reduce el ruido, evita bucles de tierra en la cadena de medición y garantiza mediciones precisas.

A veces también denominado aislamiento galvánico, el aislamiento eléctrico es la separación de un circuito de otras fuentes de potencial eléctrico. Esto es especialmente importante con los sistemas de medición porque la mayoría de las señales existen en niveles relativamente bajos, y los potenciales eléctricos externos pueden influir en la señal en gran medida, lo que resulta en lecturas incorrectas. Los potenciales interferentes pueden ser de naturaleza CA y CC.

Por ejemplo, cuando se coloca un sensor directamente sobre un artículo bajo prueba (por ejemplo, una fuente de alimentación) que tiene potencial sobre el suelo (es decir, no a 0 V), esto puede imponer un desplazamiento de CC en la señal de cientos de voltios. La interferencia eléctrica o el ruido también pueden tomar la forma de señales de CA creadas por otros componentes eléctricos en la ruta de la señal o en el entorno de la prueba. Por ejemplo, las luces fluorescentes en la habitación pueden irradiar 400 Hz, que pueden ser captadas por sensores muy sensibles.

Esta es la razón por la cual los mejores sistemas de adquisición de datos tienen entradas aisladas, para preservar la integridad de la cadena de señal y garantizar que lo que el sensor emite sea realmente lo que se ha leído. Hay varios tipos de técnicas de aislamiento empleadas hoy.

Es importante que exista aislamiento no solo de canal a tierra, sino también de canal a canal. Las líneas de excitación también deben aislarse cuando sea necesario. Un sistema de aislamiento integral evita daños a los sistemas por un voltaje excesivo y evita bucles de tierra y mediciones incorrectas.

Como ejemplo, los acondicionadores de señal de los sistemas DAQ SIRIUS de Dewesoft proporcionan un aislamiento de 1000V (el módulo de alto voltaje HV tiene una clasificación adicional de CAT II 1000V).

Obtenga más información sobre el aislamiento DAQ:

The Importance of Isolation in Data Acquisition Systems guide

Conexiones correctas de los Sensores

Los mejores acondicionadores de señal están totalmente adaptados a los sensores con los que están destinados a ser utilizados. En el nivel más básico, esto incluye el uso de los conectores apropiados para estos sensores.

SIRIUS DAQ system showing a variety of connector types: BNC, LEMO, DB9, bananaSistemas DAQ SIRIUS de Dewesoft que muestran una variedad de tipos de conectores: BNC, LEMO, conectores banana de seguridad y DB

Los voltajes generalmente se manejan con conectores BNC (hasta 50 V) y enchufes tipo banana de seguridad por encima de eso. Para los sensores de salida de voltaje que requieren suministro de sensor por el acondicionador de señal, se utiliza un conector de múltiples clavijas, como conectores LEMO compactos y de alta confiabilidad, o conectores DB9 (DSUB-9) menos costosos (pero más grandes). Es por eso que la mayoría de los fabricantes, incluido Dewesoft, hacen que sus acondicionadores de señal de voltaje estén disponibles con una variedad de tipos de conectores.

Los sensores de acelerómetro usualmente emplean un conector BNC o un conector microdot de 10-32.

Los termopares casi siempre usan el tipo de conector mini-blade ahora, y están codificados por colores según el tipo de acuerdo con los estándares internacionales.

Las galgas extensométricas generalmente se venden con cables pelados porque no hay un estándar de la industria para los conectores de clavijas múltiples que se deben usar, o para el método de cableado que el ingeniero elegirá (3 hilos, 4 hilos, líneas de detección o sin detección) , etc.) Los conectores de clavijas múltiples más utilizados en aplicaciones de galgas extensométricas son conectores LEMO compactos y de alta confiabilidad o conectores DB9 (DSUB-9) menos costosos (pero más grandes).

Los conectores que son altamente confiables, y en algunos casos a prueba de agua, son esenciales para los acondicionadores de señal.

Cabe mencionar que para los sistemas de adquisición de datos que se montan permanentemente en un entorno de medición industrial, estos requisitos son diferentes. A diferencia de un sistema típico de adquisición de datos que se va a mover y utilizar para una variedad de aplicaciones, estos sistemas son "fijos" y no cambian. Los sistemas fijos o integrados generalmente están equipados con conectores de bloque de terminales de tornillo, que son muy eficientes y de bajo costo. No tienen que ser resistentes ni a prueba de manipulaciones ya que están encerrados.

Selección de Rango de Medición

La capacidad de seleccionar el rango de medición adecuado para un sensor dado es la función esencial más básica de un acondicionador de señal. Para obtener los mejores resultados posibles de sus mediciones, los ingenieros deben poder establecer el nivel de voltaje (o ganancia en general) del acondicionador.

Por ejemplo, si está tratando de medir un voltaje que se extiende desde ± 2.5mV (± 0.0025V), pero su acondicionador solo tiene un rango de ± 50V, su señal será extremadamente pequeña dentro de la apertura de ganancia resultante hasta el punto de ser inutilizable . Del mismo modo, si su voltaje va a abarcar ± 100V pero su único rango es ± 50V, el acondicionador recortará la mitad de la señal y nunca se medirá.

Dewesoft X High Voltage Range selection

Pantalla de configuración de alto voltaje de Dewesoft que muestra la selección de rango (lado izquierdo de la pantalla)

Por lo tanto, proporcionar una selección adecuada de rangos dado el tipo de acondicionador y su aplicación es siempre un requisito crítico de un acondicionador de señal.

Filtrado de Señal

Además de establecer la ganancia de entrada, quizás la siguiente función más importante de un acondicionador de señal es proporcionar algún tipo de filtrado. Como mínimo, a menudo se necesita un filtro de paso bajo de dos o cuatro polos para suprimir o reducir el ruido eléctrico, que puede entrar en la señal del entorno de prueba.

Ejemplo: una entrada ruidosa (señal roja) se suaviza con un filtro IIR (señal azul)

Se debe realizar un tipo de filtrado en el hardware, antes del proceso de ADC: filtrado antisolapamiento. Este es un tipo especial de filtrado que evita lecturas incorrectas que pueden ocurrir cuando la frecuencia de muestreo se establece demasiado baja en comparación con el contenido de frecuencia de las señales que se miden. Los filtros antisolapamiento (AAF) evitan lecturas incorrectas al ajustar automáticamente el filtro frontal de acuerdo con la frecuencia de muestreo seleccionada. Hay más detalles sobre AAF en el artículo llamado "¿Qué es un convertidor A/D?"

Prácticamente todos los demás filtros se pueden hacer en hardware o en software. Por ejemplo, los sistemas DAQ de Dewesoft proporcionan filtrado de hardware donde sea requerido por la aplicación, por ejemplo, los filtros de hardware de paso alto en su CHG (amplificador de carga) y ACC (amplificador IEPE), que son útiles para salidas de acelerómetro acopladas a CA antes para señalar la integración.

Se proporcionan otros filtros de hardware dentro del hardware Dewesoft DAQ. Pero además, se proporciona un poderoso conjunto de filtros de software para cada canal. De hecho, los filtros de software se pueden aplicar de forma no destructiva en los sistemas DAQ de Dewesoft, antes o después de la grabación (o ambos). Esto permite a los ingenieros capturar tanto la señal sin procesar como una o más copias filtradas de la señal, y compararlas (como se muestra en el diagrama anterior, donde una señal sin procesar y filtrada puede superponerse en el mismo gráfico).

Obtenga más información sobre el filtrado:

PRO training online Dewesoft: Filtrado de Señal

Conformidad con los requisitos del sensor

Cada acondicionador de señal debe estar perfectamente adaptado al sensor con el que se utilizará. Los sensores tienen requisitos muy diferentes en función de sus principios operativos, a los que el acondicionador debe adaptarse.

Por ejemplo, un acondicionador de señal de galgas extensométricas (también conocido como galgas extensométricas) debe proporcionar voltaje de excitación al sensor de galgas extensométricas. Y dado que los ingenieros usan de uno a cuatro medidores cuando realizan mediciones de tensión, el acondicionador debe ser adaptable para manejar una configuración de un cuarto, la mitad o un puente completo.

Los medidores de tensión requieren quizás la configuración más compleja en el mundo del acondicionamiento de señal, por lo tanto, los mejores acondicionadores proporcionan una amplia gama de características que incluyen la terminación del puente, la derivación, la conexión de la línea de detección para suprimir el autocalentamiento y los cambios de resistencia de la línea del sensor, y más.

Strain gage sensor and signal conditioner setup inside Dewesoft X DAQ softwarePantalla de configuración de Dewesoft STG (extensómetro)

A continuación, analizaremos con más detalle cada uno de los principales tipos de acondicionadores de señal y discutiremos sus requisitos con más detalle.

Tipos comunes de acondicionadores de señal

Los acondicionadores de señal de hoy deben poder interactuar con estos sensores populares:

Tipo de Señal Sensor Acondicionador Requerimientos Básicos
Bajos Voltajes (Directo) Tipo Bajo Voltaje Múltiples rangos, aislamiento, conformidad con los estándares de seguridad (por encima de 50 V), filtrado seleccionable
Kilo volts Transductores Potensiométricos  Tipo Alto Voltaje Múltiples rangos, aislamiento, conformidad con los estándares de seguridad de alto voltaje, filtrado seleccionable
Temperatura Termopar Tipo Termopar Aislamiento, linealización de varios tipos de sensores, compensación de unión fría
Temperatura RTD Tipo RTD Aislamiento, suministro de sensores, ajuste de línea de detección, escalado de varios tipos de RTD
Shock y Vibración Acelerómetro IEPE Tipo IEPE Múltiples rangos, aislamiento, suministro de sensor de corriente constante a un voltaje de cumplimiento nominal, filtrado seleccionable
Shock y Vibración Acelerómetro de Carga Tipo Carga Múltiples rangos, aislamiento, conversión de corriente de iones de pC a voltaje, filtrado seleccionable, incluido paso alto
Tensión, presión Medidor de tensión Tipo de galga extensiométrica Múltiples rangos, aislamiento, suministro de sensor, balance de puente, calibración de derivación, ajuste de línea de detección, filtrado seleccionable
Distancia, Desplazamiento LVDT Tipo LVDT Múltiples rangos, suministro de sensores, cero ajustes, aislamiento
Distancia, Desplazamiento Potenciómetro de cuerda Tipo de resistencia (normalmente tipo de galga extensiométrica) Múltiples rangos, suministro de sensores, cero ajustes, filtrado seleccionable
Entradas digitales Eventos TTL, Gear Tooth, codificadores Tipo Digital Aislamiento, adaptable a una variedad de entradas discretas, conversión de recuentos sin procesar a RPM y otras funciones

Los requisitos estrictos como el aislamiento, el suministro del sensor, la ganancia de entrada y el suavizado se deben realizar en el hardware. La mayor parte del filtrado (excepto el filtrado anti-aliasing) y la linealización se pueden realizar en software.

Acondicionador de señal de bajo voltaje

Si observamos la medición de voltaje, parecería que esta sería la tarea más fácil porque las señales ya existen como voltaje. Sin embargo, el voltaje puede extenderse desde potenciales muy pequeños en las milmillonésimas de voltios, hasta decenas de miles de voltios. También puede existir como corriente alterna (CA) o corriente continua (CC).

Los potenciales de voltaje (potencial eléctrico) pueden existir muy por encima del suelo, o estar centrados alrededor de 0V. Los desafíos y, por lo tanto, los procesos son esencialmente los mismos que con cualquier otro fenómeno físico que queramos medir. Los voltajes pequeños deben amplificarse a un nivel de digitalización nominal (típicamente ± 5V). El aislamiento galvánico a menudo es necesario para evitar la conversación cruzada y los bucles de tierra que pueden destruir la integridad de la medición al introducir valores incorrectos y compensaciones.

A veces es necesario acoplar un voltaje de CA para eliminar el componente de CC o proporcionar un filtrado de paso bajo o alto para lograr ciertos objetivos de medición.

SIRIUS low voltage DAQ systemSistema Dewesoft SIRIUS DAQ con LV (acondicionadores de señal de bajo voltaje)

El módulo SIRIUS LV DAQ de Dewesoft está disponible con una variedad de tipos de conectores para adaptarse a la aplicación: BNC, conectores banana de seguridad, DSUB9 y otros a pedido. Para obtener más información, visite la página de especificaciones técnicas de SIRIUS.

Acondicionador de señal de alto voltaje

Los voltajes grandes deben reducirse al nivel nominal de digitalización. Hay sensores para esto, incluidos los transductores de potencia (PT) que pueden dividir los miles de voltios en una línea de transmisión eléctrica hasta un nivel seguro. La salida de un PT se alimenta al acondicionador de señal de voltaje, que lo prepara aún más para la digitalización.

Cualquier acondicionador de señal utilizado para la medición de alto voltaje debe estar fuertemente aislado para la seguridad de los operadores humanos del equipo y para evitar daños o destrucción del sistema.

Debe estar diseñado con los conectores adecuados. Para la conexión temporal, son comunes los conectores banana de seguridad / aislados. Para una conexión permanente, los terminales de tornillo blindados son comunes. Se deben evitar los conectores de contacto expuestos.

SIRIUS high voltage DAQ systemSistema DAQ SIRIUS de Dewesoft con acondicionadores de señal de alto voltaje HV de 8 canales

Un buen ejemplo de un potente acondicionador de señal de alto voltaje es el módulo SIRIUS HV de Dewesoft.

Más información en la página de especificaciones técnicas de SIRIUS.

Obtenga más información sobre la medición de voltaje:

PRO training online Dewesoft: Medición de Voltaje

Acondicionador de señal termopar

Un sensor de termopar simple requiere un acondicionador de señal de alta calidad para funcionar. Aunque un T / C es pasivo, no requiere excitación ni suministro de sensor, el pequeño potencial de voltaje que genera en el lado del conector del sensor debe aislarse, amplificarse y linealizarse. Además, necesita una referencia para proporcionar una lectura de temperatura absoluta; de lo contrario, solo puede producir una lectura de temperatura relativa, lo que no es muy útil.

Los aspectos de amplificación, aislamiento y compensación deben ser proporcionados por el acondicionador de señal en el hardware, mientras que la tarea de linealización se puede realizar en hardware o mediante software.

La "referencia" mencionada anteriormente se conoce como compensación de unión fría. El extremo de medición del sensor se llama "unión caliente" (la unión de los metales diferentes utilizados en la construcción de un termopar), mientras que el otro extremo, donde recibimos la señal, es la unión fría del sensor. Esta junta fría es donde los metales diferentes que comprenden el termopar se encuentran con los cables de cobre del sistema DAQ.

Aquí se proporciona un pequeño chip de compensación de unión fría (CJC) dentro del acondicionador de señal o dentro de un cuadro anexo que se conecta al acondicionador. Este CJC debe protegerse contra los cambios de temperatura ambiente causados ​​por el movimiento del aire o la luz solar. Por lo general, se instalan dentro de una pasta especial para mantener estables sus temperaturas.

La ciencia de hacer un acondicionador de señal de termopar preciso no puede ser exagerada. Sin una atención seria a los detalles, no se puede realizar una medición precisa y lineal de termopares.

Otras características importantes de un buen acondicionador de señal de termopar incluyen:

ADC de alta resolución

Se recomienda una resolución de 24 bits con termopares. ¿Por qué? Un sensor de termopar tipo K tiene un rango de medición de -270 ° a + 1260 ° C (-454 ° a 2300 ° F). Esa es una gran variedad.

El uso de un ADC de 24 bits proporciona un eje de amplitud mucho más amplio que un ADC de 16 bits (recuerde que cada bit duplica el número de valores del anterior).

Tipo de conector apropiado e identificación de color
Hoy en día, el tipo de conector de termopar de mini clavija se ha convertido en un estándar, junto con la codificación de colores que permite una fácil identificación visual del tipo de termopar. Conectar un termopar tipo K a un acondicionador de señal diseñado para Tipo S o T, por ejemplo, dará como resultado lecturas incorrectas.

Acondicionadores de señal de termopar de tipo fijo
Un acondicionador de señal de termopar de "tipo fijo" es uno que se ha hecho para ser compatible con un tipo de termopar específico, como el Tipo J, K o T, por ejemplo. Como Dewesoft ofrece acondicionadores de señal universal de alto rendimiento para todos sus sistemas DAQ, han creado adaptadores DSI para varios sensores, incluidos los tipos de termopares más populares.

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

  • Los adaptadores de la serie DSI-TH-x presentan una medición de referencia de unión fría de alta precisión. El cable de termopar de 1 m se incluye con un conector mini TC. Tipos de termopares compatibles:
  • DSI-TH-C - termopar tipo C
  • DSI-TH-J - termopar tipo J
  • DSI-TH-K - termopar tipo K
  • DSI-TH-T - termopar tipo T

DSI adapters can be used with all Dewesoft DAQ systems with DSUB9 connectors - including SIRIUS, DEWE-43A, KRYPTON, and IOLITE

Los adaptadores DSI se pueden usar con todos los sistemas DAQ de Dewesoft con conectores DSUB9, incluidos SIRIUS, DEWE-43A, KRYPTON e IOLITE.

Acondicionadores de Señal de Termopar Universal

Un buen ejemplo de un acondicionador de señal de termopar de tipo universal son los módulos de termopar aislados KRYPTON de Dewesoft, disponibles con 8 o 16 canales por módulo. Estos acondicionadores de señal muestrean cada canal a 100 S / s con una resolución sigma-delta ADC de 24 bits por canal. Su precisión de entrada es típicamente ± 0.02% de lectura ± 100 μV. Proporcionan 1000 V de aislamiento por canal, protegiendo las señales de milivoltios generadas por los termopares de la interferencia.

KRYPTONi-8xTH thermocouple DAQ signal conditioner

Módulo de termopar universal KRYPTONi-8xTH

Debido a que el software de adquisición de datos Dewesoft X incluido puede realizar la linealización de manera muy precisa y rápida, estos módulos son compatibles con todos los principales tipos de termopares que se usan actualmente: K, J, T, R, S, N, E, C, U, SI.

Los conectores de termopar de color blanco se utilizan para indicar que las entradas son universales. El ingeniero simplemente selecciona el TIPO DE T / C que está utilizando en la pantalla de configuración del canal dentro del software Dewesoft X, que luego aplica la linealización correcta.

Los módulos KRYPTON se conectan entre sí a través de una única interfaz EtherCat de alta velocidad, que transporta energía, datos y sincronización. Están hechos para entornos hostiles con alto impacto y vibración, agua, polvo, humo y temperaturas muy bajas a altas.

Más información en la página de especificaciones técnicas de KRYPTON.

Obtenga más información sobre la medición de temperatura:

PRO training online Dewesoft: Medición de Temperatura

Acondicionador de Señal RTD

Aunque también mide la temperatura, un RTD (detector de temperatura de resistencia) es un tipo de sensor de temperatura muy diferente en comparación con el termopar. La distinción más importante es que los RTD no son sensores pasivos: deben ser alimentados por el acondicionador de señal.

IOLITE DAQ systemsModelo IOLITE, que muestra varios tipos de acondicionadores de señal

Un buen ejemplo es el módulo IOLITE 8xRTD de Dewesoft. Este es un módulo de acondicionamiento de señal RTD de 8 canales con un ADC integrado de 24 bits por canal.

Admite conexiones RTD de 3 y 4 hilos. Tenga en cuenta que las conexiones de 2 cables generalmente no se recomiendan porque la resistencia del cable se agrega a la medición, lo que resulta en lecturas de temperatura artificialmente altas, y no hay forma de saber exactamente cuánto está mal la medición.

Conexicones RTD de 3-hilos vs. 4-hilos

En una conexión de 3 cables, se utiliza un tercer cable para detectar la resistencia promedio del cable conductor. El acondicionador de señal o el software que lo acompaña puede eliminar este desplazamiento en tiempo real, lo que resulta en una lectura mucho más precisa.

Typical 3-wire RTD hook-up

Conexión típica de RTD de 3 hilos

Si medimos la resistencia entre R1 y R2 y restamos la resistencia entre R2 y R3, obtendremos la resistencia de solo el extremo de medición del circuito en R (b). Por supuesto, esto supone que las resistencias son todas iguales. Podemos mejorar aún más la precisión agregando un cuarto cable, como se muestra a continuación:

Typical 4-wire RTD hook-upConexión típica de 4 hilos RTD

Puede notar que esta conexión es un puente completo. Las líneas 1 y 4 proporcionan energía al circuito, y los cables 2 y 3 se utilizan para volver a leer la resistencia del cable conductor al acondicionador de señal RTD. De esta manera, podemos compensar completamente las variaciones en la resistencia del cable conductor.

¿Por qué elegir 3 hilos sobre 4 hilos?

Entonces, si las conexiones de 4 hilos siempre son mejores que las de 3 hilos, ¿por qué los ingenieros a veces optan por 3 hilos? Por lo general, la respuesta está en la economía. Si los RTD se encuentran a una gran distancia del sistema de medición, el uso de tres cables en lugar de cuatro ahorrará mucho dinero en términos de costo de cable y costo de cableado. Esto puede sumar mucho tiempo y dinero en sistemas de prueba a gran escala.

Una buena referencia es el acondicionador de señal RTD IOLITE de Dewesoft. Consulte las especificaciones más importantes en la página de especificaciones técnicas de IOLITE.

Obtenga más información sobre la medición de RTD:

PRO training online Dewesoft: Medición de Temperatura

Acondicionador de Señal IEPE

Los acelerómetros que tienen un pequeño amplificador incorporado también se conocen como ICP® (un nombre comercial de PCB Piezotronics) o más genéricamente como IEPE, que significa electrónica integrada, piezoeléctrica. La salida de estos acelerómetros es un voltaje de nivel relativamente alto que puede enviarse de vuelta al acondicionador de señal en un cable de buena calidad, a un costo menor que el cable requerido por los acelerómetros de carga.

Pero a diferencia de los acelerómetros de carga que son pasivos y no requieren energía, los sensores IEPE necesitan un suministro de voltaje del acondicionador de señal. Esto normalmente se presenta en forma de una corriente constante de 4 a 20 mA y con un voltaje de conformidad de 25 voltios (típicamente).

IEPE signal conditioner channel setup inside Dewesoft X data acquisition softwarePantalla de configuración del acondicionador de señal IEPE dentro del software Dewesoft X DAQ. La parte superior izquierda de la pantalla muestra la configuración del hardware de rango, filtro, acoplamiento, excitación (corriente constante) y más.

Dado que los acelerómetros IEPE están hechos para medir formas de onda de CA, este suministro de Corriente Constante se puede colocar en las líneas de señal sin crear ningún desplazamiento o error de medición.

Por lo tanto, el requisito fundamental de cualquier acondicionador de señal IEPE es que sea capaz de proporcionar esta potencia de corriente constante. El SIRIUS ACC proporciona una corriente constante seleccionable por el usuario de 2, 4, 8, 12, 16 o 20 mA con un voltaje de cumplimiento de 25 V.

Otra característica útil, como se proporciona en los módulos Dewesoft SIRIUS ACC, es un indicador visual de que el sensor está conectado y funcionando. Los módulos SIRIUS DAQ hacen esto por medio de un LED verde alrededor del bisel del conector de entrada que se ilumina cuando el sensor está conectado y funcionando.

SIRIUS IEPE signal conditioner with constant current sensor check Módulo SIRIUS ACC que muestra entradas BNC con biseles LED verdes que se iluminan para indicar la conexión correcta del sensor

Los sensores IEPE casi siempre emplean un conector BNC, por lo tanto, es importante que el acondicionador de señal haga lo mismo. Refiriéndose a la imagen de arriba, puede ver los conectores de entrada BNC en el segmento SIRIUS ACC.

El soporte TEDS es muy útil con los sensores IEPE. TEDS (Transducer Electronic Data Sheet) es un estándar IEEE 1451 basado en el almacenamiento de información sobre el sensor dentro del sensor, incluida su unidad de medida, factor de escala, información de calibración y más.

El acondicionador de señal SIRIUS ACC puede leer esta información cuando el sensor está conectado y configurar automáticamente el sensor dentro del software. El software Dewesoft X mantiene una base de datos de sensores que el usuario ha conectado, que pueden ser administrados por el usuario. TEDS es un gran ahorro de tiempo cuando se deben conectar muchos sensores en poco tiempo, y también evita errores de configuración debido a fallas de entrada manual.

El acoplamiento de entrada es otra característica importante que proporciona el acondicionador SIRIUS ACC. Puede seleccionar entre DC (apagado) y dos configuraciones de CA: 0.1 Hz y 1 Hz. Por lo tanto, puede colocar componentes de baja frecuencia cerca del umbral de CA / CC.

Y, por supuesto, dado que estamos midiendo la vibración, el alto ancho de banda, el rango dinámico y la resolución del eje vertical son fundamentales. Veamos cada uno de estos en breve:

Gran Ancho de Banda

La respuesta de frecuencia del acondicionador de señal. No nos sirve de nada tener un sensor que pueda medir hasta 50 kHz cuando nuestro acondicionador de señal no puede. Por lo tanto, un ancho de banda lo suficientemente alto como para representar las principales señales de frecuencia de interés es claramente importante.

Los acondicionadores SIRIUS ACC muestrean hasta 200 kS / s / canal, proporcionando un ancho de banda libre de alias de 70 kHz como máximo. Para aplicaciones de mayor velocidad, los acondicionadores de señal de la serie SIRIUS HS proporcionan muestreo de hasta 1 MHz / s / ch utilizando ADC SAR de 16 bits, con filtros antisolapamiento de quinto orden de 100 kHz.

Rango Dinámico

Un aspecto importante de la medición desde prácticamente cualquier sensor, pero especialmente entre los dinámicos como los acelerómetros es el rango dinámico. Esto define la distancia máxima entre las señales más pequeñas y más grandes que se pueden medir. Cada amplificador de canal tiene dos ADC que siempre miden la ganancia alta y baja de la señal de entrada.

Esto da como resultado el rango de medición completo posible del sensor y evita que la señal se recorte. Con la tecnología DualCoreADC®, SIRIUS alcanza más de 130 dB de relación señal / ruido y más de 160 dB en rango dinámico. Mira el video a continuación.

Resolución del eje vertical

Los ADC de 24 bits proporcionan una resolución sorprendente en el eje vertical. Además, el potente filtro anti-aliasing en cada canal se ajusta a la frecuencia de muestreo seleccionada, evitando que las señales falsas causadas por el submuestreo destruyan sus mediciones.

Pero el recuento de bits sin procesar es solo el comienzo de la historia de resolución de SIRIUS. Por ejemplo, cada entrada en un módulo SIRIUS tiene literalmente DOS ADC de 24 bits. Uno se establece en un rango muy alto y el otro en un rango más bajo.

El acondicionador de señal usa automáticamente la mejor señal de amplitud de la transmisión dual y crea una única transmisión de datos con la mejor resolución posible. Por lo tanto, decir que el SIRIUS tiene una resolución de 24 bits es un eufemismo, ya que el resultado de esta innovación DualCoreADC es la resolución del eje de amplitud que es aproximadamente 20 veces mejor que los sistemas con un solo ADC de 24 bits, con 20 veces menos ruido.

Más información en la página de especificaciones técnicas SIRIUS.

Obtenga más información sobre la medición de vibraciones:

PRO training online Dewesoft: Medición de Vibración

Acondicionador de Señal de Carga

Los acelerómetros de carga requieren un acondicionador de señal que pueda leer en su flujo de alta impedancia de iones cargados (medidos en pC o pico coulombs) y convertirlos en un voltaje de alto nivel. Se basan en el mismo principio piezoeléctrico que los sensores IEPE (ver arriba), pero no tienen preamplificador incorporado. Por lo tanto, no requieren energía del sensor.

Sin embargo, su salida de alta impedancia no se transmite tan fácilmente como la salida amplificada de los sensores IEPE. Deben utilizarse cables caros de bajo ruido y mantenerse lo más cortos posible para evitar que el ruido influya en la señal. Aún así, los acelerómetros de carga todavía están en uso porque proporcionan el rango operativo de temperatura más alto posible, hasta 538 ° C (1000 ° F) y el mayor ancho de banda posible. Los sensores especiales están disponibles con intervalos de temperatura de funcionamiento aún mayores, bajos y altos.

La salida de los sensores de carga se puede integrar para convertir la aceleración en velocidad, y se puede integrar doblemente para proporcionar desplazamiento.

SIRIUS charge signal conditionerMódulo SIRIUS CHG con 8 entradas de carga

Los acondicionadores de señal tipo SIRIUS CHG son un gran ejemplo de un acondicionador de señal de modo de carga versátil. Además de manejar sensores de carga, también puede actuar como un acondicionador de bajo voltaje y un acondicionador de señal IEPE.

Compatibilidad de conector

Hay tres conectores comúnmente utilizados por los sensores de carga: BNC, TNC y 10-32. El módulo SIRIUS CHG está disponible con BNC o TNC (esencialmente una versión roscada de un BNC).

Acoplamiento de entrada

Esta es otra característica importante que proporciona el acondicionador SIRIUS CHG. Puede seleccionar entre 0.01 Hz, 0.03 Hz, 0.1 Hz, 0.5 Hz, 1 Hz, 10 Hz o 100 Hz. Por lo tanto, puede colocar componentes de baja frecuencia cerca del umbral de CA / CC. Esto es importante si planea integrar o doble integrar la señal porque el ruido y el desplazamiento se multiplicarán dramáticamente por este proceso.

Y, por supuesto, dado que estamos midiendo la vibración, el alto ancho de banda, el rango dinámico y la resolución del eje vertical son fundamentales. Veamos cada uno de estos en breve:

Alto Ancho de Banda

La respuesta de frecuencia del acondicionador de señal. No nos sirve de nada tener un sensor que pueda medir hasta 50 kHz cuando nuestro acondicionador de señal no puede. Por lo tanto, un ancho de banda lo suficientemente alto como para representar las principales señales de frecuencia de interés es claramente importante. Los acondicionadores SIRIUS CHG muestrean hasta 200 kS / s / canal, proporcionando un ancho de banda libre de alias de más de 80 kHz a esa velocidad máxima.

Rango Dinámico

Un aspecto importante de la medición desde prácticamente cualquier sensor, pero especialmente entre los dinámicos como los acelerómetros es el rango dinámico. Esto define la distancia máxima entre las señales más pequeñas y más grandes que se pueden medir.

Cada amplificador de canal tiene dos ADC que siempre miden la ganancia alta y baja de la señal de entrada. Esto da como resultado el rango de medición completo posible del sensor y evita que la señal se recorte. Con la tecnología DualCoreADC®, SIRIUS alcanza más de 130 dB de relación señal / ruido y más de 160 dB en rango dinámico. 

Resolución del Eje Vertical

Los ADC de 24 bits proporcionan una resolución sorprendente en el eje vertical. Además, el potente filtro anti-aliasing en cada canal se ajusta a la frecuencia de muestreo seleccionada, evitando que las señales falsas causadas por el submuestreo destruyan sus mediciones.

Pero el recuento de bits sin procesar es solo el comienzo de la historia de resolución en los sistemas DAQ SIRIUS. Por ejemplo, cada entrada en un módulo SIRIUS tiene literalmente DOS ADC de 24 bits: uno está configurado en un rango muy alto y otro en un rango más bajo. El acondicionador de señal usa automáticamente la mejor señal de amplitud de la transmisión dual y crea una única transmisión de datos con la mejor resolución posible.

Por lo tanto, decir que el SIRIUS tiene una resolución de 24 bits es un eufemismo, ya que el resultado de esta innovación DualCoreADC es la resolución del eje de amplitud que es aproximadamente 20 veces mejor que los sistemas de adquisición de datos con un solo ADC de 24 bits, con 20 veces menos ruido .

Más información en la página de especificaciones técnicas SIRIUS.

Obtenga más información sobre el filtrado:

PRO training online Dewesoft: Filtrado de Señal

Acondicionador de Señal de Galga Extensiométrica

Los acondicionadores de señal de galgas extensométricas tienen quizás el trabajo más complejo en el mundo de la adquisición de datos. Primero, deben admitir múltiples esquemas de conexión, desde la configuración de puente completo relativamente simple hasta las configuraciones de cuarto y medio puente, y cada una con varias opciones de cableado. Y cuando se selecciona algo más que una conexión de puente completo, se espera que también proporcionen las resistencias necesarias para completar el circuito del puente de Wheatstone.

6-wire full bridge configuration
Configuración de puente completo de 6 hilos, como lo admite el acondicionador de señal Dewesoft

Por supuesto, debe ser posible ajustar la ganancia (también conocida como sensibilidad) del acondicionador de señal. Y para ajustar la cantidad de voltaje que se envía al sensor del medidor de tensión para alimentarlo (el voltaje de excitación). El filtrado casi siempre se requiere con galgas extensométricas, y esto debe proporcionarse en hardware o software, con órdenes seleccionables (fuerza del filtro).
 

A Dewesoft STG setup screen showing a quarter bridge configurationUna pantalla de configuración de Dewesoft STG que muestra la configuración de un cuarto de puente

Eso parecería suficiente, pero todavía hay más requisitos, incluida la capacidad de conectarse a una o más líneas de detección y usarlas para compensar los cambios de resistencia del cable conductor causados por la longitud del cable y / o el autocalentamiento. Además, cada galga extensométrica tiene un Factor Gage, un número alrededor de 2, que el sistema debe ingresar y utilizar para convertir el retorno bruto mV / V del sensor a una lectura de microesfuerzo.

Como una declaración general, debería ser una opción para el ingeniero elegir usar el factor de calibración o no o escalar el retorno del sensor de la manera que elijan. Por ejemplo, los acondicionadores de galgas extensométricas también se usan para celdas de carga, en cuyo caso es posible que deseemos ver la lectura en peso: kg o lbs. Todas las opciones deben proporcionarse al ingeniero.

Todas las características y funciones anteriores, y más, son requisitos básicos de cualquier acondicionador de señal de galgas extensométricas.

Un ejemplo perfecto de un acondicionador de señal de galgas extensométricas potente y flexible es el módulo SIRIUS STG de Dewesoft:

SIRIUS strain gage DAQ system

Más información en la página de especificaciones técnicas SIRIUS.

Acondicionador de Señal LVDT

Los transductores LVDT (transformador diferencial variable lineal) se utilizan para medir el desplazamiento / posición lineal en distancias relativamente cortas. Consisten en un tubo que contiene una varilla. La base del tubo está montada en una posición fija, y el extremo de la barra está fijado a algo que se mueve.

A medida que la barra se extrae del tubo o se desliza hacia adentro, el sensor emite una señal que representa la posición de la barra desde su punto de partida hasta su máxima deflexión. La varilla no toca el interior del tubo, lo que lo hace prácticamente sin fricción, y el LVDT en sí no contiene componentes electrónicos, lo que lo hace popular en entornos hostiles.

Un acondicionador de señal LVDT debe proporcionar la excitación de CA que requiere el transductor para funcionar. Esta CA impulsa la bobina primaria, que induce una salida de cada uno de los devanados secundarios, que se encuentran hacia cualquier extremo del tubo. El acondicionador de señal debe poder captar y escalar la señal de salida diferencial de manera adecuada para su visualización y medición.

Un buen ejemplo es el SIRIUS STG con el adaptador DSI LVDT de Dewesoft. Dado que el módulo STG tiene casi todo lo necesario para funcionar como un acondicionador de señal LVDT ideal. Todo lo que agregamos es un pequeño adaptador llamado DSI-LVDT al conector de entrada del módulo STG para completar el acondicionador de señal para usar con LVDT.

DSI LVDT sensor adapterAdaptador DSI-LVDT de Dewesoft

El DSI-LVDT tiene un chip TEDS en su interior. Cuando se conecta al SIRIUS-STG, el acondicionador de señal lee la información del chip y se configura automáticamente como un acondicionador de señal LVDT. El ingeniero puede realizar equilibrios cero y entradas y escalado de la UE si así lo desean. El DSI-LVDT genera la excitación de 4 a 10 kHz que requiere el sensor y permite el ajuste de fase a través de un pequeño potenciómetro.

Acondicionamiento de señal LVDT a gran escala

DS-LVDTr 16 channel LVDT front-endDS-LVDTr 16 canales LVDT front-end

Para el acondicionamiento de señal LVDT a gran escala, el Dewesoft DS-16xLVDTr utiliza una arquitectura ratiométrica única para eliminar varias de las desventajas asociadas con los enfoques tradicionales de la interfaz LVDT. El DS-16xLVDTr combina 16 canales de adaptadores DSI-LVDT en una carcasa compatible con rack de 1U 19 ”.

La principal ventaja del nuevo diseño es la señal de excitación asíncrona proporcionada desde un generador de funciones externo a un conector frontal BNC (conector IN). Cuando se utilizan múltiples dispositivos DS-LVDTr, la señal EXC se puede conectar en cadena desde el conector BNC OUT al conector BNC IN del otro dispositivo.

Hay 16 conectores macho DSUB-9M en el panel frontal para la conexión al sistema de adquisición de datos Dewesoft. Cada conector incluye una recortadora para el ajuste de fase. En el panel posterior hay 16 conectores DSUB-9F (hembra) para la conexión del sensor LVDT. DS-16xLVDTr admite mediciones con tipos de sensor LVDT de puente completo y medio puente.

Para obtener más detalles sobre el SIRIUS STG, consulte el acondicionador de señal de Galga Extensiométrica arriba.

Acondicionador de Señal de Cuerda

Una cuerda o un potenciómetro de cuerda es un sensor que mide la distancia. Se configura como una carcasa que contiene un carrete de cuerda resistente que se carga por resorte para que se enrolle automáticamente en la carcasa cuando se suelta la cuerda.

La carcaza está montada en una posición fija, mientras que el extremo de la cuerda está unido a algo que se moverá, como una puerta, o un soporte u otro objeto que se moverá hacia adelante y hacia atrás con respecto al lugar donde está montado la carcaza. Un buen ejemplo es un movimiento entre el "truck" de las ruedas del tren y el cuerpo del tren, que se encuentra sobre él en un sistema de suspensión.

Mientras que un pot de cadena es similar en operación a un LVDT, es diferente en cómo funciona. Mientras que un LVDT usa un potencial de CA diferencial para medir la posición de una varilla deslizante, un potenciómetro utiliza resistencia variable para medir la cantidad de cuerda que se ha desplegado.

Y desde un punto de vista mecánico, la varilla del LVDT debe moverse a lo largo de un plano paralelo a su carcasa tubular, mientras que la cuerda de la olla puede moverse en un amplio arco desde su punto de salida de la carcasa.

Para condicionar la salida de un potenciómetro, necesitamos un acondicionador de señal que pueda proporcionar la excitación necesaria para invocar un cambio de resistencia desde el sensor y luego leer la salida. También es necesario poder escalar la lectura en una unidad de medida útil, como mm, cm, m, pulgadas, pies, etc.

Un buen ejemplo es el módulo SIRIUS STG de Dewesoft. Como módulo de galgas extensiométricas, ya está en el negocio de proporcionar excitación y lectura en pequeños potenciales de voltaje. Puede realizar mediciones de resistencia en una configuración básica de medio puente. No se necesita un adaptador adicional para conectar directamente un potenciómetro de cadena al acondicionador de señal Dewesoft STG.

Simple potentiometric hook-up using the Dewesoft SIRIUS STG signal conditionerConexión potenciométrica simple usando el acondicionador de señal Dewesoft SIRIUS STG

Para más detalles sobre el SIRIUS STG, consulte Acondicionador de Señal tipo Galga Extensiométrica arriba.

Acondicionadores de señal de entrada digital

Las entradas digitales abarcan toda la gama, desde la grabación de señales simples de encendido y apagado hasta el manejo de un codificador de cuadratura de alta precisión o un sensor de diente de engranaje que le permite medir RPM y otras variantes. Se los conoce como digitales porque su señal tiene la forma de alta o baja, a diferencia de las señales analógicas que tienen una forma de onda con muchos valores entre los más altos y los más bajos que deben medirse.

Entradas digitales discretas

Representation of the ideal TTL on/off streamRepresentación de la transmisión TTL on / off ideal

La entrada digital más simple es el tipo de señal de encendido / apagado que se ve como una onda cuadrada si la miras. A veces se los denomina canales discretos o canales de eventos. Como solo tienen dos estados, a menudo se usan para mostrar que el estado de una puerta está abierta o cerrada, o que un circuito está encendido o apagado, y miles de otras posibilidades de sí / no que podríamos necesitar medir.

Las entradas discretas normalmente salen de un relé o transductor a niveles TTL (lógica de transistor a transistor), que se basan en un pull-up de 5V. En teoría, la señal de activación / desactivación TTL perfecta sería 0V que representa OFF (que significa un valor digital de 0) y 5V que representa ON (que significa el valor digital de 1). Sin embargo, en la práctica, es casi imposible lograr tal precisión, por lo que los rangos aceptables se han convertido en 0 a 0.8V para OFF y 2V a 5V para ON.

Acceptable TTL level input and output levelsNivel de entrada TTL aceptable y niveles de salida

Estas entradas digitales se manejan fácilmente con las entradas digitales SuperCounter® de Dewesoft, disponibles en prácticamente todos los sistemas DAQ modelo de Dewesoft. Estas entradas de contador tienen tres líneas (A, B, Z) que pueden manejar codificadores y sensores de RPM, o puede usarlas como tres entradas digitales discretas separadas (IN0, IN1, IN2). Es importante tener en cuenta que las líneas digitales de Dewesoft se muestrean muy por encima de la frecuencia de muestreo seleccionada por el usuario para sus entradas analógicas, pero se alinean con precisión en el eje del tiempo con las entradas analógicas.

Typical Dewesoft SuperCounter Connector
Conector Dewesoft SuperCounter típico

Además, para un gran número de entradas digitales simples, el Dewesoft IOLITE ofrece un módulo de entrada digital de 32 canales. Este modelo 32xDI con conexión de terminal de tornillo fácil y fuente de alimentación del sensor es ideal para aplicaciones de adquisición y control de datos de gran cantidad de canales.

IOLITE 32xDI input modulesMódulos de entrada IOLITE 32xDI

Para más verifique las especificaciones técnicas IOLITE.

Tacho, RPM y sensores de ángulo

Las entradas de Dewesoft SuperCounter pueden medir RPM y valores de salida de ángulo de máquinas rotativas a partir de una amplia variedad de sensores de RPM, sensores de velocidad y codificadores. En comparación con los contadores estándar, que solo emiten números enteros una muestra más tarde (por ejemplo, 1, 1, 2, 2, 3, 4), SuperCounters puede extraer valores muy precisos como 1.37, 1.87, 2.37 entre las muestras analógicas y sincronizarlos completamente con Los canales analógicos.

Esto se realiza midiendo el tiempo exacto del borde ascendente de la señal con un contador adicional. Dewesoft SuperCounters se ejecuta en una base de tiempo de 102.4 MHz, independiente de la frecuencia de muestreo analógico.

Existen varios sensores comunes que se utilizan para contar eventos, medir velocidad, RPM, ángulo, etc. Estos incluyen:

  • Codificador con 1, 2 o 3 salidas (señal de reinicio A, B y Z)
  • Pulsos lineales y codificador de pulsos
  • Sonda de tacómetro óptico (1 pulso por revolución) se puede calcular un ángulo adhesivo reflectante y RPM.
  • Sensor de diente de engranaje con dientes faltantes (por ejemplo, 60-2) o dientes dobles, CDM, CDM con cero, CDM con TRG

Todos estos pueden conectarse al Dewesoft SuperCounter y configurarse fácilmente dentro del software. Las salidas están perfectamente sincronizadas con los datos analógicos que también se miden, lo que permite realizar aplicaciones avanzadas como vibración rotacional y torsional, análisis de combustión, análisis de seguimiento de pedidos, equilibrio, vibración del cuerpo humano, etc.

El software Dewesoft X tiene una biblioteca integrada de sensores típicos, pero también tiene una base de datos flexible que el ingeniero puede usar para crear nuevos sensores, nombrarlos y llamarlos en cualquier momento en el futuro.

Dewesoft Digital/Counter Setup Screen showing encoder sensor setupPantalla de configuración digital / contador de Dewesoft que muestra la configuración del sensor del codificador

Especificaciones Generales Super Counter
Base de tiempo 102.4MHz
Precisión de la base de tiempo Típica 5 ppm, Max: 20 ppm
Ancho de Banda Max. 10MHz
Filtro de Entrada 500 ns, 1μs, 2μs, 4μs, 5μs and 7.5μs
Compatibilidad de nivel de entrada TTL (Low: <0.8, High > 2V)
Impedancia de Entrada 100kΩ pull-up to +3.3V
Protección de entrada ±25Volt continuous
Alarma de salida Open collector, max. 100mA/30Volt
Suministro de sensor 5V/100mA;12V/50mA