B)
SEÑALES
ANALÓGICAS Y DIGITALES
1)
Clasificación
de las señales
En el mundo real, los fenómenos
físicos, tales como temperatura y presión, varían de acuerdo con las leyes de
la naturaleza y exhiben propiedades que varían continuamente en el tiempo; esto
es que todas las señales varían con el tiempo analógico.
Los transductores convierten el
fenómeno físico en señales eléctricas como voltaje y corriente para
acondicionamiento de señales tales como voltaje y corriente para
acondicionamiento y medición dentro de sistemas DAQ. Si bien la señal de
corriente o voltaje de los transductores tiene alguna relación directa con el fenómeno
para el que se diseñaron no siempre está clara la información que se contendrá
dentro de la señal de salida. Por ejemplo, en el caso de un medidor de caudal,
la salida es un tren de pulsos digitales tiene una frecuencia que es
directamente proporcional al caudal. Si bien el cambio en el caudal de un
fluido puede variar lentamente con el tiempo, la señal de salida es un tren de
pulso digital que puede variar rápidamente con el tiempo, dependiendo del
caudal, y no de la velocidad en el cambio del caudal.
Esto nos lleva a la necesidad de
clasificar las señales en los sistemas DAQ, ya que es la información contenida
dentro de una señal la que determina su clasificación, y por lo tanto el método
de medición de señal y o el tipo de hardware requerido para producir esa señal.
Señales
digitales o binarias
Una señal digital o binaria puede
tener solamente dos niveles o estados especificados; estado “on” en el que la
señal está en el nivel más alto, y un estado “off”, en el que la señal está a
su nivel más bajo.
Por ejemplo, la señal de voltaje
de salida de un conmutador TTL (transistor-to-transistor logic) puede tener
solamente dos estados – el valor en el estado “on es 5 V, mientras que el valor
en el estado “off” es 0 V. Los dispositivos de control, tales como los relés, y
los indicadores tales como LEDs, requieren señales de salida como las
proporcionadas por las tarjetas I/O digitales.
Trenes de pulso digitales
Un tren de pulsos digitales es un
tipo especial de señales digitales, comprendiendo una secuencia de pulsos
digitales. Como todas las señales digitales, un pulso digital puede tener
solamente dos niveles o estados definidos. Las señales de salida de un medidor
de caudal o de un decodificador óptico montado en un eje rotatorio son ejemplos
de un tren de pulsos digitales. También es posible para un sistema DAQ ser
requerido para producir un tren de pulsos digital como parte del control del
proceso. Un motor por pasos, por ejemplo, requiere una serie de pulsos
digitales para controlar su velocidad y posición. Mientras que los trenes de
pulsos digitales de salida y entrada pueden prácticamente medirse o producirse
usando tarjetas I/O digitales, una tarjeta I/O contador/temporizador es más
efectiva para realizar estas funciones.
Señales
analógicas
Las señales analógicas contienen
información dentro de la variación en la magnitud de la señal con respecto al
tiempo. La información relevante contenida en la señal es dependiente de si la
magnitud de la señal analógica varía lentamente o rápidamente con respecto al
tiempo, o si la señal se considera en los dominios del tiempo o la frecuencia.
Señales DC analógicas
Las señales DC analógicas son
estáticas o señales DC que varían lentamente. La información transportada en
este tipo de señal está contenida en el nivel o amplitud de la señal en un
instante dado de tiempo, pero no en cómo este nivel varía con respecto al
tiempo.
La cadencia en las mediciones se
hace lentamente cuando la variación de las señales no es crítica. Entonces
solamente se requiere hardware DAQ para convertir el nivel de señal a una forma
digital para procesarla por ordenador usando un convertidor analógico a digital
(ADC). Las tarjetas A/D de baja velocidad serían capaces de medir esta clase de
señal. El control de la presión y temperatura son solamente dos ejemplos de
señales analógicas variando lentamente en las que las medidas del sistema y
retorno de un único valor indican la magnitud de la señal en un instante de
tiempo dado. Tales señales pueden usarse como entradas a displays digitales y
medidores o procesados para indicar una acción de control (ej. hacer girar un
calentador o abrir una válvula) para un proceso particular.
Por ejemplo, el hardware de
control de un actuador de una válvula, requiere solo una señal analógica
variando lentamente; la magnitud dada en un tiempo determina el punto de
control. El hardware DAQ que realiza esta tarea sería requerida para convertir
el punto de control digital a una forma analógica usando un convertidor
digital-a-analógico (DAC) en el instante requerido. Una tarjeta D/A para
propósitos generales de baja velocidad realiza esta función.
Los parámetros más importantes a
considerar en tarjetas A/D de baja velocidad y tarjetas D/A son la exactitud y
resolución en la que la señal que varía lentamente puede medirse.
Señales AC analógicas
La información transportada en
las señales AC analógicas está contenida no solamente en el nivel o amplitud de
la señal en un instante de tiempo dado, sino también la forma como la amplitud
varía con respecto al tiempo. La forma de la señal, su pendiente en un punto
dado, la frecuencia, y localización de picos de señal, pueden proporcionar
información sobre la señal en sí mismas.
Ya que la señal analógica AC
puede variar bastante rápidamente con respecto al tiempo, la cadencia de las
medidas de este tipo de señales puede ser crítica. De aquí, que convertir la
amplitud de la señal a una forma digital útil para ser procesada por el
ordenador usando un ADC, debe requerirse hardware DAQ para tomar las medidas lo
suficientemente cerca como para reproducir con exactitud la forma, y por lo
tanto la información, contenida en la señal. Además de esto, la información
extraída de la señal puede variar dependiendo de cuando la medición de la señal
comience y acabe. El hardware DAQ usado para medir estas señales requeriría un
ADC, un reloj y un disparador para comenzar y/o parar las mediciones en el
momento adecuado, de acuerdo con algún evento o condición externo, de esta
forma puede obtenerse la porción más relevante de la señal. Una tarjeta A/D de
alta velocidad será capaz de realizar estas funciones.
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