SISTEMAS DE INSTRUMENTAÇÃO

2.º Ano
2005/2006

TABELA DE CONTEÚDOS

OBJECTIVOS

A. Introdução

B. Teoria da Medição

C. Condicionamento de Sinal.

D. Transdutores e Sensores

E. Sistemas de Aquisição de Dados

F. Software de Aquisição e Processamento de Dados 

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OBJECTIVOS

 Objectivos Gerais

A disciplina de Sistemas de Instrumentação visa apresentar os meios (i.e. componentes que compõe uma cadeia de instrumentação e medida para aquisição de dados) através dos quais os sinais físicos (de acordo com as suas características no tempo e na frequência) podem ser medidos, graças à sua conversão para sinais eléctricos e, posteriormente para o formato digital adequado à apresentação e processamento num sistema computacional (ex.: PC).

Os objectivos gerais desta disciplina visam também, a verificação da convergência de resultados obtidos através da análise teórica, da simulação e da experimentação. Os alunos do curso de Engenharia de Sistemas e Informática, ficam com os conhecimentos fundamentais, que lhes permitam a compreensão do funcionamento e a interacção com os equipamentos fortemente baseados em circuitos electrónicos (hardware) utilizados nos sistemas de instrumentação.

O aluno deverá ser capaz perante um conjunto de sinais físicos (eléctricos e/ou não eléctricos), de efectuar o planeamento e concepção dum sistema de instrumentação, que permita a aquisição de dados para um formato apropriado, para o processamento por um sistema computacional.  

Para o efeito, o aluno deverá adquirir o domínio de:

bullet

Técnicas de análise e projecto, utilizando componentes/hardware (ex. sensores/transdutores ou circuitos electrónicos de condicionamento e de conversação AD e DA) e software (ex. LabVIEW) destinados à aquisição e processamento de dados;

bullet

Técnicas de comunicação e controlo remoto de equipamentos;

bullet

Especificação e realização de sistemas de medida e de aquisição baseados num PC.

Para que o aluno, tenha uma visão que lhe permita especificar e, se necessário implementar algum hardware electrónico de condicionamento de sinal (ex. amplificação, filtragem, excitação, conversão de sinal, etc.), no âmbito desta disciplina apresentam-se alguns conhecimentos de Electrónica. Esses conhecimentos debruçam-se sobre o funcionamento de alguns circuitos electrónicos, baseados em:

bullet

Componentes discretos semicondutores (ex. transístores de junção [BJT] e de efeito de campo [FET e MOSFET] e díodos [ex.: sinal e zener]);

bullet

 Circuitos integrados (ex.: OpAmps e comparadores)

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A. INTRODUÇÃO

1         O que é um sistema de instrumentação

1.1.       Função dum sistema de instrumentação e medição

1.2.       Modelo conceptual

2         Tipos de sistemas de instrumentação

2.1.        Medição de grandezas eléctricas

2.1.1.         Multímetros

2.1.1.1. Analógicos

2.1.1.2. Digitais

2.1.2.         Osciloscópio

2.1.2.1. Analógicos

2.1.2.2. Digitais

2.2.         Medição de grandezas não eléctricas

2.2.1.         Sistemas de aquisição de dados

2.2.1.1. Arquitectura

2.2.2.         Elementos dum sistema de aquisição de dados

2.2.2.1. Mensurando

2.2.2.2. Sensores/Transdutores

2.2.2.3. Condicionamento de Sinal

2.2.2.4. Hardware de Aquisição de Dados: MUX, ADC, DAC e Sample and Hold

2.2.2.5. Sistema Computacional : Computador Pessoal

2.2.2.6. Software de aquisição e processamento de dados: Labview

2.2.2.7. Actuadores

2.3.       Sistemas baseados em PC

2.3.1. Sistemas internos: Placas DAQ

2.3.2. Sistemas externos: locais e remotos

2.3.3. Instrumentação Virtual

3         Data loggers

4         Exemplos de sistemas de instrumentação

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B. TEORIA DA MEDIÇÃO

1         Medição

1.1.        O que é? Porquê?

1.2.        Sistema de medição genérico.

2         Definições e terminologia

2.1.        Validade da medição: erros e qualidade

2.1.1.         Erros de Medição e definições relacionadas

2.1.1.1. Intervalo de incerteza

2.1.1.2. Erros sistemáticos (fixos ou configuração)

2.1.1.3. Erros aleatórios (precisão)

2.1.1.4. Distinção entre erros sistemáticos e aleatórios

2.1.2.         Exactidão e Precisão

2.1.3.         Histerese

2.1.4.         Resolução

2.1.5          Repetibilidade

2.1.6.         Linearidade

2.1.7.         Offset

2.1.8.         Sensibilidade

3         Calibração

3.1.        Unidades e Standards

3.1.1.         Padrões de calibração: massa, comprimento, tempo, temperatura e corrente eléctrica

3.1.2.         Organizações

3.2.        Processo de calibração estática

4         Comportamento dinâmico dos sistemas de medição

4.1.        Ordem dum sistema dinâmico de medição

4.1.1.         Sistemas de ordem zero

4.1.2.         Sistemas de 1.ª ordem

4.1.3.         Sistemas de 2.ª ordem

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C.    CONDICIONAMENTO DE SINAL

1         Introdução

1.1.     Função do Condicionamento de Sinal

2         Construção de sistemas de condicionamento de sinal

2.1.1.     Introdução

2.1.2.     Sinais

2.1.3.     Espectro de frequência

2.1.4.     Sinais analógicos e digitais

2.1.5.     Teoremas básicos dos circuitos

2.1.5.1. Distinção entre erros sistemáticos e aleatórios

2.1.5.2. Teoremas de Thévenin e Norton

2.1.5.3. Parâmetros  dos Diportos

2.1.5.4. Divisor de Tensão e de Corrente

2.1.6.     Amplificadores

2.1.6.1. Amplificação de Sinal

2.1.6.2. Símbolos de Circuitos

2.1.6.3. Ganho de tensão, de potência e de corrente

2.1.6.4. Ganho em décibeis

2.1.7.     Modelos de circuitos e resposta em frequência de amplificadores

2.1.7.1. Amplificadores de tensão

2.1.7.2. Outros amplificadores

2.1.8.     Resposta em frequência dum amplificador

2.1.8.1. Medida da resposta em frequência dum amplificador

2.1.8.2. Largura de banda dum amplificador

2.1.8.3. Diagramas de Bode

2.1.8.4. Cálculo da Resposta em frequência dos amplificadores

2.1.8.5. Circuitos de Constante de tempo

2.2.1.         Princípio de funcionamento duma junção PN

2.2.2.         Díodo de Junção

2.2.2.1.  Díodo Ideal

2.2.2.2.  Díodo como elemento rectificador

2.2.2.3.  Polarização e Representação simbólica

2.2.2.4.  Regiões de Polarização: Directa, Inversa e Ruptura (Breakdown)

2.2.2.5. Análise de Circuitos com díodos

2.2.3.         Circuitos Limitadores e Fixadores

2.2.3.1.  Limitador de um nível c/ um díodo série polarizado/e não polarizado

2.2.3.2.  Limitador de um nível c/ um díodo paralelo polarizado/e não polarizado

2.2.3.3.  Limitador de 2 níveis

2.2.3.4.  Fixador

2.2.3.5.  Duplicador de Tensão

2.2.4.         Circuitos Rectificadores

2.2.4.1.  Rectificador de Meia Onda

2.2.4.2.  Rectificador de Onda Completa com transformador

2.2.4.3.  Rectificador de Onda Completa com ponte de díodos

2.2.4.4.  Filtros com condensador em paralelo

2.2.4.5.  Filtros LC e em pi

2.2.5.         Estabilização de Tensão

2.2.5.1.  Díodo Zener: curva característica e Parâmetros

2.2.5.2.  Circuito de aplicação do díodo Zener como estabilizador de tensão

2.2.5.3.  Reguladores integrados de tensão: terminais e parâmetros

2.3.1.         Transístor bipolar

2.3.1.1.  Estrutura Física e zonas de funcionamento

2.3.1.2.  Funcionamento do transístor NPN na zona activa: Correntes (colector, base e emissor), Modelo equivalente e Corrente ICBO

2.3.2.         Transístor PNP

2.3.3.         Convenções e Simbologia

2.3.4.         Representação gráfica das características dos transístores

2.3.5.         Análise de circuitos com transístores em CC: Exemplos

2.3.6.         Características estáticas completas

2.3.6.1.   Base comum

2.3.6.2.   Emissor comum

2.3.5.3.   hFE

2.3.7.         O transístor como amplificador

2.3.6.1.   Condições de corrente contínua

2.3.6.2.   Corrente no colector e transcondutância

2.3.6.3.   Corrente na base e resistência de entrada na base

2.3.6.4.   Corrente no emissor e resistência de entrada no emissor

2.3.6.5.   Ganho de tensão

2.3.8.          Modelos equivalentes para pequenos sinais

2.3.8.1.    O modelo híbrido

2.3.8.2.    Aplicação dos modelos para pequenos sinais: Exemplos

2.3.9.         Análise gráfica

2.3.10.       Polarização

2.3.10.1.    Fonte de alimentação única

2.3.10.2.    Duas fontes de alimentação

2.3.10.3.    Resistência base-colector

2.3.11.      Configurações amplificadoras básicas

2.3.11.1.    Banda de médias frequências

2.3.11.2.    Configuração em Emissor Comum (EC): Resistência de emissor

2.3.10.3.    Configuração em Base Comum (BC)

2.3.10.4.    Configuração em Colector Comum (CC)

2.3.10.5.    Comparação das várias configurações

2.3.12.      Transístor como interruptor: corte e saturação

2.3.12.1.             Região de Corte

2.3.12.2.             Região  Activa

2.3.12.3.             Região de Saturação: modelo e exemplos

2.4.           Circuitos com Transístores de Efeito de Campo (FETs)

2.4.1.         Estrutura e princípio de funcionamento do MOSFET de enriquecimento

2.4.1.1.   Estrutura

2.4.1.2.   Funcionamento sem tensão de porta

2.4.1.3.   Criação dum canal para a condução de corrente

2.4.1.4.   Funcionamento com vDS pequena e mais elevada

2.4.1.5.   MOSFET de canal p

2.4.1.6.   MOS complementar ou CMOS

2.4.2.         Características tensão-corrente do MOSFET enriquecimento

2.4.2.1.   Símbologia

2.4.2.2.   Característica iD –VDS

2.4.2.3.   Característica do MOSFET de canal p

2.4.2.4.   Efeitos de temperatura

2.4.3.         MOSFET de deplexão

2.4.4.         Transístor de Efeito de Campo de Junção (JFET)

2.4.4.1.   Estrutura

2.4.4.2.   Princípio de funcionamento

2.4.4.3.   Características  tensão-corrente

2.4.4.4.   JFET de canal p

2.4.5.         Circuitos com FETs em CC

2.4.5.1.   Exemplos

2.4.6.         O FET como amplificador

2.4.6.1.   Análise gráfica e algébrica

2.4.6.2.   Transcondutância gM

2.4.6.3.   Ganho de tensão

2.4.7.         Polarização de FETs

2.4.7.1.   Com realimentação de resistência de fonte

2.4.7.2.   Com realimentação de dreno à porta

2.4.8.         Configurações básicas de amplificadores com FETs

2.4.8.1.   Fonte Comum

2.4.8.2.   Porta Comum

2.4.8.3.   Dreno Comum

2.5.           Circuitos com Amplificadores Operacionais (OpAmp)

2.5.1.         Amplificadores Diferenciais

2.5.1.1.  Análise dum Amplificador Diferencial

2.5.1.2.  Modo Diferencial e Modo Comum

2.5.1.3.  Razão de Rejeição em Modo Comum

2.5.2.         Modelo Ideal dum Amplificador Operacional

2.5.2.1.  Características e Simbologia

2.5.2.2.  Impedâncias de Entrada e de Saída e Ganho

2.5.2.3.  Circuito Equivalente do OPAMP

2.5.3.         Características Comerciais (Reais) dum Amplificador Operacional

2.5.3.1.  Características

2.5.3.2.  Circuitos de Polarização

2.5.3.3.  Amplificadores práticos: mA741

2.5.4.         Funcionamento Linear

2.5.4.1.  Circuitos Amplificadores com Operacionais

2.5.4.2.  Circuitos Somadores

2.5.4.3.  Circuitos Integradores e Diferenciadores

2.5.5.         Funcionamento Não Linear

2.5.5.1.  Circuitos Rectificadores e Limitadores

2.5.5.2.  Circuitos Comparadores

2.5.5.3.  Circuitos Geradores de Sinais

2.5.5.4.  Computação analógica

2.5.6.         Amplificador de Instrumentação

2.5.7.         Resposta em frequência

2.5.7.1.  GBP - Gain Bandwidth Product

2.5.7.2.  Filtros Activos

2.6.           Filtragem

2.6.1.         Aspectos gerais

2.6.2.         Tipos e características

2.6.2.1.   Passivos e Activos

2.6.2.2.   Banda de passagem e banda de corte

2.6.2.3.   Passa-baixo, Passa-alto e Passa-banda

2.6.2.4.   Classes (Butterworth, Chebyshev, Elíptico e Bessel)

2.6.3.         Filtros de Butterworth usando OpAmps

2.7.           Utilização de pontes de Medida

2.7.1.         Princípio de funcionamento da ponte de Wheatstone

2.7.2.         Efeito de carga

2.7.3.         Circuitos em Ponte  de  Wheatstone

2.7.4.         Aplicações de Medida

2.8.           Transmissão de sinais

2.8.1.         Aspectos gerais

2.8.2.         Sinais analógicos

2.8.2.1. Sinais de tensão de nível baixo

2.8.2.2. Sinais de tensão de nível alto

2.8.3.         Sinais digitais

2.9.           Circuitos de Condicionamento de sinal

2.9.1.         Atenuação de Sinal

2.9.2.         Conversão Tensão-Corrente

2.9.3.         Amplificadores de Isolamento

2.9.4.         Conversão dum sinal PWM num sinal AM

2.10.          Módulos de condicionamento de sinal para sistemas baseados em PC

2.10.1.      Módulos típicos

2.10.1.1.  Amplificação: baixa e alta  frequência

2.10.1.2.  Conversão corrente-tensão

2.10.1.3.  Saída em corrente

2.10.1.4.  Entrada dum RTD

2.10.1.5.  Entrada dum Termopar (J, K, B, R, T, E e S)

2.10.1.6.  Entrada em meia ponte dum estensómetro

2.10.1.7.  Entrada em ponte completa dum estensómetro

2.10.1.8.  Filtros passa-baixo

2.10.1.9.  Entradas digitais

2.10.1.10. Saídas digitais

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D.    TRANSDUTORES E SENSORES 

1        Introdução

1.1.           Papel do sensor/transdutor  

1.2.           Sensor vs Transdutor 

1.3.           Classificação dos sensores/transdutores

1.3.1.         Activos

1.3.2.         Passivos

2         Especificações

2.1.           Desempenho estático

2.1.1.         Exactidão

2.1.2.         Resolução

2.1.3.         Repetibilidade

2.1.4.         Offset

2.1.5.         Linearidade

2.2.           Desempenho dinâmico

2.2.1.         Sensores de 1.ª e 2.ª ordem

2.2.2.         Tempo de subida

2.2.3.         Constante de tempo

2.2.4.         Tempo de estabelecimento

2.2.5.         Coeficiente de amortecimento

2.2.6.         Resposta em frequência

3         Sensores para aplicações de aquisição de dados

3.1.           Categorias de sensores quanto à variável em medição  

3.2.           Medição de temperatura

3.2.1.         Tipos de transdutores/sensores

3.2.1.1.  Vantagens e desvantagens

3.2.2.         Termopares

3.2.2.1.   Princípio de funcionamento e características

3.2.2.2.   Tipos de normalizados: T, E, J, K, R, S e C

3.2.2.3.   Compensação de junção fria: hardware e software

3.2.2.4.   Curvas de calibração: polinómios e coeficientes

3.2.3.         RTD

3.2.3.1.   Princípio de funcionamento e características

3.2.3.2.   Equação de Calendar-Van Dusen

3.2.3.3.   Tabelas e curvas de calibração

3.2.3.4.   Condicionamento de Sinal

3.2.4.         Termistores

3.2.4.1.   Princípio de funcionamento e características

3.2.4.2.   Equação de Steinhart-Hart

3.2.4.3.   Tabelas e curvas de calibração:  NTC e PTC

3.2.4.4.   Condicionamento de Sinal

3.2.5.         Semicondutores

3.2.5.1.  Princípio de funcionamento e características

3.2.6.         Critérios de escolha

3.3.           Medição de Força e Aceleração

3.3.1.         Sensores Resistivos

3.3.1.1.  Definição de Strain e Stress

3.3.1.2.  Módulo de Young e razão de Poisson

3.3.1.3.  Extensómetros

3.3.2.1.1.           Princípio de funcionamento

3.3.2.1.2.           GF : Gauge Factor

3.3.2.1.3.           Influência da temperatura

3.3.2.1.4.           Condicionamento de Sinal

3.3.2.1.5.           Tipos de extensómetros

3.3.1.4.  Medição de Força 

3.3.1.4.1.           Células de carga

3.3.1.4.2.           Exemplos

3.3.1.5.   Medição de Aceleração

3.3.2.         Sensores Piezoeléctricos

3.3.2.1.   Materiais piezoeléctricos

3.3.2.2.   Efeito longitudinal e efeito transversal

3.3.2.3.   Condicionamento de Sinal

3.3.2.4.   Medição de Aceleração

3.4.           Medição de Posição e Velocidade (linear e angular)

3.4.1.         Sensores Resistivos

3.4.1.1.  Potenciómetros

3.4.1.1.1.           Princípio de funcionamento

3.4.1.1.2.           Condicionamento de sinal

3.4.1.1.3.           Tipos disponíveis comercialmente

3.4.3.2.  Medição de Posição e Velocidade: linear e angular

3.4.3.3.  Exemplos de aplicação

3.4.2.         Sensores Indutivos (acoplamento magnético)

3.4.2.1.  LVDT -  Linear Voltage Diferential Transformer

3.4.2.1.1.           Princípio de funcionamento

3.4.2.1.2.           Condicionamento de sinal

3.4.2.1.3.           Tipos disponíveis comercialmente

3.4.2.1.  Medição de posição e velocidade linear

3.4.2.2.  Outras aplicações: pressão

3.4.2.3.  Exemplos de aplicação

3.4.3.         Sensores Capacitivos

3.4.3.1.  Princípio de funcionamento

3.4.3.2.  Condicionamento de Sinal

3.4.3.3.  Medição de posição e proximidade

3.4.3.4.  Outras aplicações: aceleração, nível, fluxo

3.4.4.         Sensores ópticos

3.4.4.1.  Shaft Encoders (posição e velocidade angular)

3.4.5.         Sensores ultra-sónicos

3.4.5.1.  Medição de Posição

3.4.6.         Medição de velocidade

3.4.6.1.  Radar (Efeito de Doppler)

3.4.6.2.  Usando sensores de posição e aceleração

3.5.           Medição de Pressão

3.5.1.         Sensores piezoeléctricos

3.5.2.         Sensores capacitivos

3.5.3.         Estensómetros e células de carga

3.6.           Outros sensores

3.6.1.         Medição de Humidade,  Fluxo e Nível

3.7.         Sensores inteligentes

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E.    SISTEMAS DE AQUISIÇÃO DE DADOS 

1         Introdução

1.1.           Arquitectura geral 

1.2.           Computador Pessoal

1.2.1.         CPU, RAM, ROM (BIOS)

1.2.2.         Memória e mapeamento dos ports

1.2.3.         Interrupções

1.2.4.         Controlo do Hardware

1.2.5.         DMA

1.2.6.         Barramento de expansão (Bus)

1.3.           Configurações de sistemas de aquisição baseados em PC

1.3.1.         Configuração no próprio PC, ou muito próxima

1.3.1.1.  Hardware de aquisição de dados instalado no próprio PC

1.3.1.2.  Hardware de aquisição de dados exterior ao PC

1.3.2.         Configuração local próxima do PC

1.3.2.1.  Redes GPIB para automação laboratorial ou aquisição de dados

1.3.2.2.  Chassis de expansão (Crate)

1.3.3.         Configuração remota

1.3.3.1.  Utilização de Crates e de interfaces série (RS-422 e RS-485)

1.3.3.2.  Utilização de Modems

1.3.3.3.  Utilização de módulos de aquisição de dados

2         Conversão de sinal

2.1.           Sinais contínuos (analógicos) e sinais discretos (digitais) 

2.2.           Necessidade da conversão A/D e D/A  

2.3.           Codificação digital: códigos binários

2.3.1.         Códigos unipolares

2.3.1.1.  Código Natural

2.3.1.2.  Código BCD – Binary Coded Decimal

2.3.1.3.  Código Gray

2.3.2.         Códigos bipolares

2.3.2.1.  Complemento para 1

2.3.2.2.  Complemento para 2

2.3.2.3.  Sinal e módulo

2.3.2.4.  Off-set

2.3.3.         Conversão de códigos

3         Conceitos de amostragem

3.1.           Análise espectral

3.1.1.         Sinais periódicos e aperiódicos

3.1.2.         Série de Fourier

3.1.3.         Transformada de Fourier

3.1.4.         DFT - Discret Fourier Transform

3.1.5.         FFT - Fast Fourier Transform

3.1.6.         Analisadores de espectro

3.2.           Teorema da amostragem - Nyquist

3.2.1.         Teorema da amostragem -  demonstração

3.2.2.         Selecção da taxa de amostragem

3.2.3.         Aliasing

3.2.4.         Utilização de filtragem para limitar a taxa de amostragem

3.2.5.         Filtros anti-aliasing

3.3.           Interpolação

3.3.1.         Reconstrução dum sinal contínuo (analógico) a partir dum sinal digital

3.3.2.         Filtros de Interpolação

4         Conversão Analógico - Digital

4.1.           Aspectos gerais da conversão A/D

4.1.1.         Operações de conversão

4.1.1.1.  Amostragem

4.1.1.2.  Quantização

4.1.1.3.  Digitalização

4.1.2.         Relação Entrada/Saída dum conversor

4.1.3.         Erro de quantização

4.2.           Circuitos de Sample-and-Hold 

4.3.           Circuitos de Multiplexagem  

4.4.           Características dum conversor A/D

4.4.1.         Conversores unipolares e bipolares

4.4.2.         Resolução

4.4.3.         Exactidão (Accuracy): absoluta e relativa

4.4.4.         Erros do conversor

4.4.4.1. Off-set

4.4.4.2. Ganho

4.4.4.3. Linearidade: Integral e diferencial

4.4.5.         Tempo de conversão

4.4.6.         Entradas e Saídas

4.4.6.1. Sinal analógico de entrada

4.4.6.2. Sinal de referência analógico

4.4.6.3. Sinal de saída digital

4.5.           Técnicas de conversão A/D

4.5.1.         Conversor de Aproximações Sucessivas

4.5.2.         Conversor de Rampa  (Contador)

4.5.3.         Conversor de Integração

4.5.3.1. Rampa simples

4.5.3.2. Rampa dupla

4.5.4.         Conversor Flash

4.5.5.         Conversor Tensão-Frequência

4.5.6.         Conversor Sigma-Delta

4.6.           Orientações de selecção dum conversor A/D

5         Conversão Digital - Analógico

5.1.           Aspectos gerais da conversão D/A

5.1.1.         Princípio de funcionamento dum conversor D/A

5.1.2.         Técnicas de conversão D/A

5.1.2.1.  Circuito de resistências pesadas - Weighted resistor

5.1.2.2.  Circuito de malha -  R-2R Ladder

5.2.           Características dum conversor D/A

5.2.1.         Conversores unipolares e bipolares

5.2.2.         Resolução

5.2.3.         Factor de multiplicação/Tensão de referência

5.2.4.         Exactidão (Accuracy): absoluta e relativa

5.2.5.         Tempo de estabelecimento (Settling time)

5.2.6.         Slew rate

5.2.7.         Monoticidade

5.2.8.         Erros do conversor

5.2.8.1. Erro de Off-set

5.2.8.2. Erro de Ganho

5.2.8.3. Erro de linearidade terminal

5.2.8.4. Erro de linearidade diferencial (degrau)

5.3.           Orientações de selecção dum conversor D/A

6         Hardware de aquisição de Dados para PC

6.1.           Configurações baseadas em PC 

6.2.           Placas DAQ - Data AQcquisition Boards 

6.3.           Placas de Entradas Analógicas - (Analógico para Digital) 

6.4.           Placas I/O - Digital 

6.5.           Placas de Saídas Analógicas 

6.6.           Placas de Interface

6.6.1.         IEEE-488 (GPIB)

6.6.2.         Série (RS-232 e RS-423, RS-422-A e RS-485)

6.7.           Placas de condicionamento de sinal

6.7.1.         Digital

6.7.2.         Analógico

6.8.           Placas acessórias

6.8.1.         Sample-and-Hold

6.8.2.         Terminais

6.8.3.         Multiplexadores

6.9.          Placas de instrumentação: multímetros, osciloscópios, geradores de sinal 

6.10.         Configurações autónomas inteligentes

6.10.1.      Data loggers

6.10.2.      Módulos de aquisição de dados remotos

7         Sistemas internos: Placa DAQ

7.1.           Escolha da placa de aquisição de dados (DAQ)

7.1.1.         Factores a ter em conta

7.1.1.1.  Tipo se sinais analógicos

7.1.1.2.  Condicionamento de sinal

7.1.1.3.  Número de canais de entrada

7.1.1.4.  Velocidade de amostragem

7.1.1.5.  Largura de banda dos sinais

7.1.1.6.  Isolamento

7.1.1.7.  Entradas digitais

7.1.1.8.  Saídas digitais

7.1.2.         Taxas de amostragem

7.1.2.1.  Aplicações lentas [1 a 10Hz]

7.1.2.2.  Aplicações rápidas [1 a 100KHz]

7.1.2.3.  Aplicações muito rápidas [mais de 100KHz]

7.1.3.         Resolução

7.1.4.         Gama dinâmica

7.1.5.         Número de canais

7.2.           Determinação da taxa de amostragem

7.2.1.         Separação do ruído do sinal principal

7.2.2.         Escolha da taxa de amostragem adequada

7.2.3.         Requisitos de resolução

7.3.           Ligação do sinal ao hardware de aquisição de dados

7.3.1.         Tipo de cabo

7.3.2.         Redução do ruído externo

7.3.3.         Utilização de filtros

8         Sistemas externos: Interface Série

8.1.           Interfaces EIA RS-232C e RS-423A 

8.2.           Interfaces EIA RS-422 e RS-485

9         Sistemas externos:  GPIB

9.1.           Conceito de automação laboratorial 

9.2.           Funcionamento do GPIB (IEEE-488)

9.2.1.         Aspectos gerais

9.2.2.         Componentes

9.2.3.         Estrutura do sinal do barramento IEEE-488

9.2.4.         Comandos GPIB universais

9.2.5.         Linhas de controlo

9.2.6.         Linhas de Handshake

9.3.           O PC como controlador IEEE-488 

9.4.           Conversor externo RS232 para IEEE-488

10         Sistemas Remotos

10.1.       Introdução 

10.2.       Distância entre o PC e a aplicação 

10.3.       Técnicas de aquisição de dados remotos

10.3.1.      Utilização de módulos de aquisição de dados

10.3.2.      Utilização de Crates de aquisição de dados inteligentes

10.3.3.      Utilização de Modems

10.3.4.      Aplicações

10.4.       Orientações de selecção

Materiais de Apoio ao Estudo deste Capítulo [Aulas Teóricas]

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F.    SOFTWARE DE AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DE DADOS 

1       Tipos de Software

1.1.           Drivers: interface entre a placa DAQ e computador pessoal 

1.2.           Introdução ao processamento e análise de dados

1.2.1.        Apresentação dos dados

1.2.2.        Técnicas de Análise

1.2.3.        Processamento de formas de onda(estatísticas, FFT, etc.)

2         LabVIEW - NATIONAL INSTRUMENTS

2.1.           Aquisição de dados: analógicos e digitais

2.1.1.        Exemplos de programação em LabVIEW

2.2.           Análise e processamento dos dados

2.3.           Plataforma VISA (Virtual Instrument Software Architecture)

2.3.1.        Gestor de recursos

2.3.2.        Objecto INSTR

2.3.3.        Comunicação por mensagens e eventos

2.3.4.        Exemplos de programação em LabVIEW

Materiais de Apoio ao Estudo deste Capítulo [Aulas Teóricas]

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Viseu, 23 de Setembro  2005.
O Docente responsável,
Manuel A. Esteves Baptista, Eng.º

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Última revisão: Outubro 31, 2005.