Tutorial-Aquisição de Dados (2)

 

 

Aspectos da digitalização dos sinais

Característica	Descrição	Exemplos para conversor de 12 bits	Exemplos para conversor de 16 bits
Resolução do conversor A/D	níveis ou passos de conversão dentro dos quais os valores analógicos são classificados no seu equivalente digital	12 bits : 4.096 níveis	16 bits : 65.536 níveis
Faixa de entrada	intervalo de variação do sinal em que se realiza a conversão analógico-digital	-10V a +10V (exemplo)	-2V a +2V (exemplo)
Resolução de entrada	percentual da menor unidade da faixa de entrada	0,02%	0,0015%
Valores máximos admissíveis de entrada	valores de entrada superiores à faixa de aceita pelo A/D que segundo o fabricante não causam dano elétrico ao conversor	-25V a +25V (exemplo)	-25V a +25V (exemplo)
Tempo de conversão do A/D	tempo mínimo requerido pelo conversor A/D para gerar uma saída digital válida equivalente a uma dada entrada analógica	25ms (exemplo)	50ms (exemplo)
Taxa de conversão do A/D	velocidade com a qual o sistema consegue converter os sinais analógicos em digitais	40Khz (exemplo)	20Khz (exemplo)

 

Faixa de utilização do conversor A/D: saturação, sub-utilização

Durante o processo de conversão dos sinais analógicos para a forma digital podem ocorrer alguns problemas que podem prejudicar a leitura.

Um problema muito comum é a saturação da leitura do sinal. Esse problema ocorre quando a amplitude de um sinal ultrapassa os limites da faixa de entrada do conversor A/D. Nessa situação o valor resultande da conversão é o valor que o sinal teria se fosse igual ao limite ultrapassado, conforme se observa na primeira situação ilustrada a seguir. Por exemplo, se um sinal varia até +6V numa faixa de entrada de -5V a +5V, os trechos do sinal maiores que +5V seriam convertidos como se o sinal fosse +5V nesse trecho.

Por outro lado, a subutilização da faixa de entrada diminui a resolução com que o sinal será convertido. Isso ocorre quando, por exemplo, a variação de interesse do sinal é de -2V a 2V numa faixa de entrada de -10V a +10V.

Nesse exemplo o sinal será digitalizado com apenas 20% dos níveis do A/D; os outros 80% dos níveis do A/D ficararão subutilizados

 

 

Resolução e taxa de amostragem

Na figura ao lado, a linha escura representa um sinal analógico; os pontos representam as amostras desse sinal aquisitadas com uma taxa de amostragem de 10 Hz (10 amostras por segundo) e com um conversor A/D com resolução de 4 bits (16 níveis). A linha vermelha é uma representação da idéia que faríamos do sinal original observando apenas os pontos amostrados; se essa representação final do sinal original não for suficientemente precisa para as finalidades da aquisição, será necessário aumentar a qualidade ou a quantidade de informação obtida. Isso pode ser feito de duas formas:

• troca do conversor A/D por outro com maior resolução (número de bits) aumentaria a qualidade da informação obtida, pois, com um número maior de níveis, cada amostragem conteria mais informação sobre a amplitude do sinal amostrado em cada instante de conversão.
• O aumento da taxa de amostragem (número de capturas por segundo, dado em Hertz, também chamada frequência de amostragem) aumentaria a quantidade de informação obtida, permitindo uma melhor representação final do sinal amostrado.

Os conversores A/D mais utilizados são de 12bits, que apresentam resolução de 4.096 níveis, ou seja, cada nível corresponde a aproximadamente 0,02% da faixa de entrada do A/D. Conversores de 16 bits (65.536 níveis) possuem resolução 16 vezes maior que os conversores de 12 bits.

 

 

 

 

 

Aliasing

O conversor A/D possui uma característica básica denominada de tempo de conversão. O tempo de conversão do A/D determina a máxima taxa de amostragem de um sinal. Por exemplo, se o tempo de conversão for de 20 ms (0,000020 s), a taxa máxima de conversão para um sinal será de 50 KHz (50 mil amostras por segundo = 1/0,000020). Assim, com o uso do conversor do exemplo dado, a taxa de amostragem do sistema de aquisição estaria limitado a 50 KHz. Na prática, as taxas de amostragens máximas são menores que o permitido pelo tempo de conversão do A/D, devido principalmente à falta de velocidade de comunicação entre a placa conversora A/D e o sistema operacional do microcomputador.

Para capturar um sinal qualquer, a taxa de amostragem deve ser de pelo menos duas vezes a frequência do sinal aquisitado. Quando isto não ocorre, dizemos que ocorreu ALIASING ( Teorema de Nyquist ).

Temos abaixo um exemplo de ALIASING onde uma onda senoidal é lida como se fosse uma reta devido ao valor da amostragem ser exatamente igual à frequência do sinal.