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Sensores: Circuitos acondicionadores de sensores
Tema 14 - 1
E.T.S. de Ingenieros de Telecomunicación de Vigo
Departamento de Tecnología Electrónica
SENSORES Y ACONDICIONADORES
TEMA 15
CIRCUITOS ACONDICIONADORES DE SENSORES ANALÓGICOS (3)
CIRCUITOS ACONDICIONADORES REALES
Profesores: Enrique Mandado Pérez
Antonio Murillo Roldan
Sensores: Circuitos acondicionadores de sensores
Tema 14 - 2
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Departamento de Tecnología Electrónica
CIRCUITOS ACONDICIONADORES REALES
Los circuitos acondicionadores están en la práctica, formados en general
por dos o más de los tipos de los circuitos analizados en los apartados
anteriores. Por otra parte, la señal de salida del acondicionador se tiene , en la
mayoría de los casos, que transmitir a un procesador digital.
Existen numerosas variantes que dificultan su análisis sistemático, pero
resulta conveniente tratar de clasificarlas en función del tipo de señal generada
por el elemento sensor (y el excitador asociado con él en su caso).
INTRODUCCIÓN
Sensores: Circuitos acondicionadores de sensores
Tema 14 - 3
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CIRCUITOS ACONDICIONADORES REALES
CIRCUITOS ACONDICIONADORES ENTRE SENSORES DE SALIDA ANALÓGICAY UN PROCESADOR DIGITAL
Sensores: Circuitos acondicionadores de sensores
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Señal digital Puertoparalelo
PROCESADORDIGITAL
Señal temporal todo-nada INTERFAZ DIGITAL
(Temporizador/Contador)
PROCESADORDIGITAL
n
CONVERTIDORTEMPORAL/ANALÓGICO
PROCESADOR O VISUALIZADOR
ANALÓGICO
CIRCUITOS ACONDICIONADORES REALES
CIRCUITOS ACONDICIONADORES ENTRE SENSORES DE SALIDA DIGITAL Y UN PROCESADOR DIGITAL
CIRCUITOS ACONDICIONADORES ENTRE SENSORES DE SALIDA TEMPORAL TODO-NADA Y UN PROCESADOR
Sensores: Circuitos acondicionadores de sensores
Tema 14 - 5
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Muchos de los elementos de las figuras anteriores constituyen bloques funcionales que han sido realizados en circuitos integrados monolíticos. Las combinaciones de varios de ellos constituyen a su vez bloques funcionales más complejos, entre los que cabe destacar los sistemas de adquisición de datos.
Variable no
eléctricaElemento
sensor
AMPLIF
ConvertidorANAL/DIGlT
ConvertidorTENS/CORR
ConvertidorTEMP/ANAL
Canal CAD
ConvertidorCORR/TENS
Canal CAD
PR
OC
ES
AD
OR
DIG
ITA
L
Muestreo yretención
Circuitoadaptador
Señal analógica
Modulador Demo-dulador
Canal CAD
Señal senoidal
Visualizador
Visualizador
SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS
ConvertidorANAL/TEMPO
todo/nada
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Tema 14 - 6
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Sistema electrónico que convierte corrientes o tensiones analógicas en digitales para aplicarlas a un procesador digital.
Para ello realiza las siguientes funciones:
- Adaptación de la señal analógica, amplificación y filtrado.
- Almacenamiento de la señal: circuito de muestreo y retención
(Sample & hold).
- Conversión de variables analógicas en digitales.
CIRCUITOS ACONDICIONADORES REALES
SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS(DATA ACQUISITION SYSTEM)
[PERE 04, pag. 707]
Sensores: Circuitos acondicionadores de sensores
Tema 14 - 7
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Esquema básico de un sistema de adquisición de datos
CIRCUITO DE ACONDICIONAMIENTO
FILTRADOMUESTREO YRETENCIÓN
CONVERTIDORA/D
AMP
Señalanalógica
n
Combinacióndigital
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SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS(DATA ACQUISITION SYSTEM)
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Tema 14 - 8
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Esquema con varias señales analógicas y un DAC por cada una
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SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS(DATA ACQUISITION SYSTEM)
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Esquema con varias señales analógicas y un multiplexor analógico
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SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS(DATA ACQUISITION SYSTEM)
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Tema 14 - 10
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Esquema con múltiples señales analógicas, multiplexor analógico y IA
Señalanalógica
MUESTREO YRETENCIÓN
CONVERTIDORA/D
Señalanalógica
Señalanalógica
n
MU
LT
IPL
EX
OR
AN
AL
ÓG
ICO
IA-
+
Selección deganancia
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SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS(DATA ACQUISITION SYSTEM)
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Tema 14 - 11
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SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS (DATA ACQUISITION SYSTEM)
2,5VREF.
MODULADORSIGMA-DELTA
FILTRODIGITAL
GENERADORDE RELOJ
G = 1 - 128
PGAMPX
INTERFAZ SERIE
REGISTRO DECONTROL
REGISTRO DESALIDA
AD7710
AGND DGND VSS RFS TFS MODE SDATA SCLK DRDY A0
MCLKIN
MCLKOUT
SYNC
DIGITAL+5V
VBIASDVDDAVDD
R
R
GALGA
GALGA
I
R1
REF IN+
REF IN-
AIN1+
AIN1-
+9V
CONVERTIDOR A/D
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Resonador ultrasónico piezoeléctrico
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Tema 14 - 13
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Resonador ultrasónico piezoeléctrico
El circuito está formado por una parte analógica y una parte digital.
La parte analógica contiene:
- Una fuente de tensión de referencia (LH0070)
- Un generador de impulsos A1 (LF347)
- Un circuito de espejo de corriente del que forman parte los dos
transistores del circuito 2N3810
La parte digital está realizada con biestables y monoestables pero puede ser
sustituida con ventaja por un microcontrolador.
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Resonador ultrasónico piezoeléctrico
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Sensor de posición realizado con una LVDT
Es un ejemplo de circuito acondicionador que utiliza un oscilador senoidal y un
procesador analógico que proporciona a su salida una señal analógica continua
proporcional al desplazamiento del núcleo de un transformador diferencial.
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Sensor de posición realizado con una LVDT
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Tema 14 - 17
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Sensor de posición realizado con una LVDT
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Tema 14 - 18
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NE/SE5520: CI de acondicionamiento de señal de una LVDT (Standard ASIC)
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Tema 14 - 19
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Circuito de aplicación del circuito integrado NE/SE5520
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Tema 14 - 20
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Sistema de control de temperatura que genera una señal PWM
Diagrama de bloques
GENERADOR DEONDAS
TRIANGULARESCOMPARADOR
RELÉ DE ESTADO SÓLIDO
SENSOR Y ACONDICIO-NADOR DE
TEMPERATURA RESTADOR
Señal de
consigna
AMPLIFICADOR
RED
Resistencia calefactora
Señal
analógica
Horno
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Tema 14 - 21
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Implementación del sistema de control de temperatura que genera una señal PWM
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Tema 14 - 22
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Sistema de medida de la distancia con un sensor de ultrasonidos y un microcontrolador. Principio de funcionamiento (a). Esquema general (b).
Sensor
Tx
Sensor
Rx
d
Ts
d: Distancia
Ts: Tiempo de retorno
Vs: Velocidad del sonido (344m/s)
VsTsd2
1=
(a)
Sensor
Rx
Amplificador
Comparador
Microcontrolador
VisualizadorSensor
Tx
Amplificador
(b)
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Tema 14 - 23
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Implementación del sistema de medida de distancia con un sensor de ultrasonidos y un microcontrolador
Circuito
transmisor
Circuito receptor
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