Soluzioni per l’acquisizione dei dati

STRUMENTAZIONE –

Dalle unità Usb esterne ai moduli Lxi, il mercato offre una grande varietà di sistemi che consentono di acquisire segnali analogici dal mondo esterno e di renderli disponibili per l’analisi computerizzata.

Gettare un ponte tra il mondo dei fenomeni fisici e quello dei computer utilizzati per studiarli: può essere descritta in questo modo la funzione delle soluzioni di acquisizioni dati, spesso indicate con la sigla inglese Daq. Il campo di impiego di questi sistemi è molto vasto e comprende l'industria elettronica (dove di fatto le soluzioni Daq sono sostanzialmente soluzioni di misura), ma anche tutti gli altri settori industriali, la medicina, i laboratori di ricerca e sviluppo ecc. Generalmente una soluzione di acquisizione dati comprende almeno quattro elementi: sensori (trasduttori) che trasformano le diverse grandezze fisiche in segnali elettrici analogici; circuiti di condizionamento dei segnali analogici; convertitori analogico/digitale; e infine un computer che analizza i dati raccolti. La fase di condizionamento comprende le funzioni necessarie per preparare i segnali analogici alla conversione in digitale, ad esempio filtraggio, amplificazione, completamento di ponti di misura, alimentazione dei sensori, isolamento galvanico, linearizzazione ecc. Oggi i sistemi Daq più diffusi sono basati su personal computer, equipaggiati con un apposito hardware aggiuntivo e un apposito software. La parte hardware comprende i circuiti necessari a interfacciare i segnali con il Pc vero e proprio; questa funzione può essere svolta da moduli esterni che si collegano alle porte del computer (ad esempio la porta Usb), oppure da schede che si inseriscono nella scheda madre, collegandosi al bus interno del computer. Sul Pc è inoltre installato un apposito software che gestisce i moduli o le schede Daq e svolge analisi sui dati raccolti. Non mancano, inoltre, sistemi Daq conformi agli standard della strumentazione di misura, come Lxi e Pxi. Il mercato offre un'enorme varietà di moduli e schede per acquisizione dati, fabbricati sia da grandi multinazionali sia da piccole società specializzate; alcune delle soluzioni offerte si rivolgono ad applicazioni generali, mentre altre sono pensate per settori specifici. In questo articolo non è possibile offrire una panoramica completa del mercato; ci limiteremo quindi a citare alcuni prodotti e i relativi fabbricanti, unicamente a titolo d'esempio.

Unità esterne Usb
Adlink realizza una grande varietà di moduli per acquisizione dati basati su PC, in formato Usb, Pci, Pci Express, Pxi, CompactPxi, PC104+ e ISA; tutti i prodotti supportano Labview di NI, Data Acquisition Toolbox di Matlab, Microsoft Visual Basic e Microsoft Visual C++. Tra le novità recentemente presentate dalla società sono compresi i moduli Usb delle serie Usb-1900 e Usb-2401, dotati di condizionamento dei segnali incorporato. La prima serie offre convertitori a 16 bit e 250 kS/s, mentre la seconda può convertire simultaneamente quattro canali a 24 bit e 1,6 kS/s. I moduli comprendono l'utility di test gratuita U-Test, che non richiede codifica né programmazione. Molto ampia anche la gamma Daq offerta da Advantech, che comprende moduli PC/104, Pci, ISA, Usb e CompactPci. I prodotti della società sono utilizzati in varie applicazioni industriali, compreso il collaudo automatico, e nei laboratori. Il catalogo di questo produttore comprende i moduli Usb denominati Usb-4702 e Usb-4704, con otto canali di ingresso analogici; il primo modello effettua la conversione a 12 bit e 10 kS/s, il secondo a 14 bit e 48 kS/s.
La vasta gamma di prodotti offerti dalla statunitense Data Translation comprende un modulo Usb per misure con estensimetri (strain gage) basate su ponte di Wheatstone, denominato DT9838. Il dispositivo si presta ad acquisire segnali provenienti da celle di carico, sensori di momento torcente (torque) e sensori di pressione, e consente inoltre di effettuare misure di tensione. Quattro i canali di ingresso simultanei analogici, a 24 bit. Tra i prodotti recentemente presentati da Measurement Computing sono compresi i moduli Usb della serie Usb-2408, che offrono sedici ingressi in tensione o otto ingressi per termocoppie ed effettuano la conversione a 24 bit alla velocità di 1 kS/s. Questi dispositivi hanno recentemente ricevuto un premio da una rivista specializzata.

Per applicazioni speciali
ADInstruments realizza sistemi di acquisizione dati rivolti principalmente al settore medico e biologico, oltre che alle scuole e università. La gamma dei prodotti della società è basata sul sistema denominato PowerLab e sui software LabChart e LabTutor. Si rivolge invece al settore automobilistico l'offerta di ATI (Accurate Technologies Inc.). I moduli di acquisizione dati prodotti dalla società sono costruiti per essere utilizzati a bordo del veicolo, nelle fasi di sviluppo delle centraline elettroniche di controllo e possono operare da -40 a +85 gradi. Sono inoltre dotati di contenitori sigillati con connettori IP67. La serie EMX, in particolare, comprende una varietà di moduli a 16 canali per l'acquisizione di segnali da sensori, ingressi digitali (impulsi) e termocoppie. Presente nel settore Daq anche la svizzera Kistler, che produce e sviluppa sensori piezoelettrici e piezoresistivi per misure di forza, coppia, pressione e accelerazione, oltre alle relative elettroniche di condizionamento segnali e software di analisi dati. Le soluzioni della società si rivolgono soprattutto ad applicazioni nel campo dei motori, veicoli, processi manifatturieri, plastica e biomedicale. Tra i sistemi Daq di Kistler è compreso il modello Type 5697A, rivolto ai laboratori di ricerca e sviluppo. E' adatto per l'acquisizione e la valutazione di segnali su un massimo di 28 canali ad elevata velocità di campionamento ed è gestito tramite il software della società, denominato DynoWare Type 2825A. Un'interfaccia Usb 2.0 rende il sistema indipendente dalle interfacce Pci e Pcmcia, mentre l'alimentazione è fornita tramite un robusto connettore Binder. L'avvio delle misure può essere comandato a distanza per mezzo del connettore D-sub incorporato nel box di acquisizione. La nuova versione del software DinoWare è progettata principalmente per la misura di forze con dinamometri o sensori a componente singola o multipla.

Sistemi Lxi
Molto vasta, ovviamente, la gamma di soluzioni Daq offerte da Agilent. Per quanto riguarda i sistemi Lxi citiamo ad esempio la famiglia 34970A; il prodotto è basato sullo stesso motore di misura del DMM Agilent da banco più venduto, integrato in un'unità base a tre slot comprendente ingressi universali con condizionamento di segnali integrato. Le unità 34970A/34972A offrono risoluzione a 6½ cifre (22 bit), accuratezza DCV di base dello 0,004% e rumore di lettura estremamente ridotto. La massima velocità di scansione è di 250 canali/s. VTI Instruments è attiva nel settore Daq con una vasta gamma di sistemi basati sullo standard Lxi Class A ed equipaggiati con il potente software DAC Express. I sistemi della società si rivolgono anche ad applicazioni sofisticate come il collaudo di aerei, razzi, locomotori ferroviari, ottovolanti, impianti eolici ecc.

Made in Germany
Tra le novità presentate recentemente dalla tedesca HBM Test & Measurement è compresa la famiglia dei registratori dati Genesis Highspeed, che offre un'acquisizione dati molto veloce per un numero di canali medio-alto. Per trasferire i dati al Pc ancora più velocemente, la scheda Interface/Controller dei sistemi Genesis Highspeed è stata perfezionata e ora consente un flusso dati fino a 100 MB/s. È disponibile opzionalmente anche un'interfaccia Ethernet ottica che permette di superare distanze più grandi fra il registratore dati e il Pc. Nel modello GEN2i è inoltre possibile utilizzare un collegamento Master/Slave sulla scheda Interface/Controller per sincronizzare due sistemi GEN2i. Con i registratori dati si possono ottenere cadenze di interrogazione fino a 100 MS/s, anche con acquisizione sincrona di molti canali.

Una gamma molto vasta
National Instruments offre ovviamente una grande varietà di soluzioni Daq; tra le novità recentemente presentate dalla società è compreso il nuovo chassis CompactDaq 1-slot che supporta i bus wireless, Usb ed Ethernet, offrendo la portatilità di un data logger con le prestazioni e la flessibilità delle misure modulari. Gli chassis cDaq-9191, cDaq-9181 e cDaq-9171 supportano tutti i moduli della serie C per la piattaforma CompactDaq e possono essere utilizzati assieme agli chassis esistenti da 4 e 8 slot. Le nuove custodie metalliche rendono lo chassis più resistente agli agenti atmosferici rispetto alle precedenti maniche di plastica. Lo chassis ha una temperatura di funzionamento compresa tra 0 e 55 gradi ed è in grado di resistere a 30 g di shock e 3g di vibrazioni, caratteristiche che rendono CompactDaq adatto ad applicazioni su banchi di prova, sul campo e su linee di produzione. È possibile combinare gli oltre 50 moduli specifici per misura con diverse opzioni di connettività elettrica e con qualsiasi chassis, per realizzare sistemi personalizzati specifici per le esigenze di numerose applicazioni. La tecnologia Signal Streaming a elevata ampiezza di banda consente di ottenere flussi di dati ad alta velocità e bidirezionali mediante bus Usb, Ethernet e wireless. Il software Daqmx, incluso in ogni chassis CompactDaq, consente di registrare i dati per semplici esperimenti oppure per lo sviluppo di un sistema di test completo tramite LabView, LabWindows/CVI, Ansi C/C++ oppure Microsoft Visual Studio .NET. Tutti i nuovi chassis CompactDaq supportano il nuovo modulo Can della Serie C.

Altri prodotti Daq
Si chiama xDAP 7420 uno dei sistemi di acquisizione dati recentemente presentati da Microstar Laboratories, che offre otto canali paralleli con convertitori a 16 bit. La massima velocità di conversione su un singolo canale è di 2 MS/s, mentre la massima velocità aggregata raggiunge 8 MS/s. I dati vengono trasmessi all'host tramite interfaccia Usb, ma possono anche essere conversati sulla memoria interna che ha una capacità sufficiente per registrare un minuto di attività. Il sistema è basato su processore Celeron a 2 GHz e usa il sistema operativo embedded in tempo reale DAPL. UEI (United Electronic Industries) realizza interfacce di acquisizione dati basate su Ethernet che impiegano chassis compatti di forma cubica (PowerDNA Cube) o rettangolare (RackTangle). La società offre anche schede di acquisizione dati Pci e Pxi. Anche MathWorks è presente nel settore Daq, naturalmente con un prodotto software. Denominato Data Acquisition Toolbox, il programma comprende le funzioni necessarie per collegare Matlab alle schede o ai moduli di acquisizione dati. Il toolbox è in grado di gestire una varietà di dispositivi basati su Usb, Pci, Pci-Express, Pxi e Pxi-Express, prodotti da National Instruments, Measurement Computing, Advantech, Data Translation e altri produttori.

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