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Con qualsiasi progetto o esperimento che si intraprende, i dati che produce determineranno alla fine i frutti del vostro lavoro. Senza dati, non saremmo in grado di capire come un sistema funziona effettivamente.
Per esempio, se si vuole impostare una bobina di riscaldamento che può aiutare l’oggetto a raggiungere una temperatura specifica, non si può capire il suo livello di successo senza misurare la temperatura. Un compito semplice come misurare e registrare la temperatura è come acquisizione dei dati. Un altro esempio è misurare e registrare la differenza di corrente attraverso un resistore.
In sostanza, l’acquisizione dei dati è un processo che comporta la raccolta di informazioni per comprendere il fenomeno elettrico o fisico utilizzando sensori, dispositivo di misurazione e un computer. Insieme, questi componenti formano un sistema di acquisizione dati o sistema DAQ.
In questa guida, imparerete:

• Cos’è un sistema DAQ?
• Componenti di base di un sistema DAQ
• Come si misura con un dispositivo DAQ?
• Fattori che influenzano la precisione della misurazione
• Benefici dell’uso dei dispositivi DAQ
• Applicazioni importanti del sistema DAQ

Allora, cominciamo.

Che cos’è un sistema DAQ?

Come già discusso, DAQ o Acquisizione Dati comprende un sistema di misurazione e un computer che può misurare proprietà elettriche o fisiche e registrarle per ulteriori analisi.
Il concetto di DAQ fu introdotto nel 1963 dove ruotava principalmente intorno al monitoraggio o al controllo di un’entità fisica con il software. IBM fu la prima ad annunciare un computer fatto esclusivamente per compiti di acquisizione dati chiamato IBM 7700 Data Acquisition system.
L’IBM 7700 fu sostituito da un più potente IBM 1800 Data Acquisition and Control System nel 1964. Con il progresso della tecnologia, le capacità di calcolo sono cambiate drasticamente oggi, permettendoci di elaborare e memorizzare rapidamente i dati in numerosi modi.
I sistemiDAQ sono un ottimo esempio di questo. Questi dispositivi sono in grado di catturare i dati da un sistema reale e memorizzarli in un formato facilmente recuperabile per ulteriori revisioni ingegneristiche o scientifiche.
Considerando l’intuitività dei sistemi DAQ, questi sistemi di misurazione basati su computer sono di importanza critica in una varietà di verticali che hanno bisogno di precisione, come l’edilizia, l’elettronica, la produzione e la manifattura, per citarne alcuni.
I sistemi DAQ sono sia palmari che possono essere gestiti in remoto. I sistemi DAQ palmari sono utili quando si richiede di prendere le letture di un campione con cui si può interagire fisicamente. Le misurazioni DAQ a distanza vengono effettuate dove la presenza umana è incompatibile.
Componenti di base di un sistema DAQLe macchine IBM del 1960 erano computer giganteschi alti 2 metri. Fortunatamente, i moderni sistemi di acquisizione dati sono compatti, ma molte volte più potenti dei loro predecessori.
Anni di progressi tecnologici nell’elettronica hanno reso possibile avere macchine così eleganti che non compromettono la precisione delle misurazioni.
Un sistema DAQ di base consiste di quattro parti:
Sensori
I sensori o trasduttori interagiscono con il soggetto misurato, sia direttamente che indirettamente (contatto o non contatto). Convertono i valori fisici in segnali elettrici. Il tipo di sensori usati in un sistema DAQ varia in base alla natura della sua applicazione.
Per esempio, la misurazione della temperatura richiede un sensore di temperatura, mentre un sensore fotovoltaico è utile per misurare la luce. La loro funzione comune è quella di convertire segnali analogici come luce, temperature, velocità, ecc. in segnali digitali per il computer. I sistemi DAQ impiegano sensori di alta qualità che danno letture accurate con rumore minimo o nullo.
Trasmissione/Condizionamento del segnale
I segnali elettrici provenienti dai sensori non possono essere utilizzati direttamente, in quanto hanno bisogno di modifiche. Questa modifica è necessaria perché i segnali spesso contengono rumore o potrebbero essere deboli al punto che il sistema DAQ non può misurarli.
Quindi si usa un circuito addizionale per ottimizzare i segnali, chiamato condizionatore di segnale. Il processo di ottimizzazione dei segnali è noto come condizionamento del segnale.
Il condizionatore di segnale utilizza circuiti di filtraggio per separare il rumore dal segnale reale e utilizza un circuito di amplificazione per rafforzare i segnali deboli. Queste sono due delle funzioni comuni che intraprendono.
Ci sono ancora più processi come la calibrazione, la linearizzazione e l’eccitazione che possono essere realizzati con un circuito di condizionamento del segnale adatto. La selezione del circuito di condizionamento del segnale dipende in gran parte dalle caratteristiche del sensore.
Hardware DAQ
L’hardware DAQ è l’entità hardware collegata tra il computer e i sensori. L’hardware DAQ è collegato al computer usando le porte USB o attraverso gli slot PCI-Express sulla scheda madre.
L’hardware DAQ prende i segnali analogici dai sensori e li converte in segnali digitali leggibili dai computer. Ma questa è solo una delle funzioni dell’hardware DAQ.
Alcune delle caratteristiche comuni in un sistema DAQ sono:
ADC: Converte i segnali analogici in segnali digitali
Convertitore da digitale ad analogico: Supporto per l’ingresso e l’uscita di segnali binari
RS232, RS485: Bus di interfaccia usati per comunicare con altri dispositivi
Ingresso single-ended: Supporto per prendere input da fili single-ended
C’è anche un hardware DAQ standalone che può funzionare da solo senza richiedere una connessione a un computer. Questo è possibile attraverso un processore e un’unità di calcolo incorporati nell’hardware DAQ. L’hardware DAQ autonomo è in grado di aiutare gli utenti con la rappresentazione dei dati in tempo reale.
Standalone oscilloscopi e registratori di dati sono i primi esempi di sistemi DAQ che possono lavorare senza un computer.
Computer
Il pezzo finale della catena DAQ è un computer che raccoglie tutti i dati che arrivano attraverso l’hardware DAQ per ulteriori analisi. Tuttavia, collegare l’hardware DAQ a un computer non è sufficiente per dare un senso ai dati.
È necessario un software DAQ che usi i dati dall’hardware DAQ per creare risultati leggibili e significativi. In altre parole, il software DAQ agisce come lo strato tra l’utente e l’hardware DAQ. I computer sono fondamentali per eseguire calcoli di ordine superiore con i dati raccolti dalla DAQ.