Adquisición y Conversión de Datos: De Analógico a Digital

Fundamentos de la Adquisición de Datos

La adquisición de datos se refiere al proceso de recolectar variables físicas del mundo real, a través de un muestreo en un sistema analógico, para generar datos que puedan ser procesados por una computadora, es decir, en un sistema digital. La conversión analógica-digital (ADC) juega un papel crucial en este proceso, transformando señales analógicas en digitales. Este procedimiento facilita el procesamiento de las señales y mejora la inmunidad de la señal digital resultante frente al ruido y otras interferencias, a las cuales las señales analógicas son más susceptibles. Los datos adquiridos pueden ser visualizados, analizados y almacenados en una computadora.

El Proceso de Medición y Conversión

El proceso de adquisición de datos comienza con la identificación del fenómeno físico o la propiedad física de un objeto que se desea medir. Estos fenómenos pueden incluir, pero no se limitan a, cambios de temperatura, intensidad de luz, presión, fuerza, peso, velocidad, humedad y caudal. Estos eventos se consideran analógicos. Por otro lado, existe información con características digitales, como la presencia o ausencia de marcas en un papel, el estado de una válvula (abierta/cerrada) o la posición de un selector. Esta información se introduce a través de entradas digitales. La función de control implica enviar señales a un dispositivo actuador, como el control de una válvula solenoide, el arranque de un motor mediante un relé o triac, o la regulación de la velocidad de un motor de corriente continua (CC) mediante una tensión programable. Los sistemas de adquisición de datos pueden medir estos fenómenos mediante sensores o transductores. Un transductor o sensor es un dispositivo que convierte un fenómeno o propiedad física en una señal eléctrica medible, como tensión, corriente o cambios en los valores de resistencia.

Diferencias entre Señales Analógicas y Digitales

Una señal analógica puede adoptar una infinidad de valores de frecuencia y amplitud dentro de un rango determinado. En contraste, una señal digital tiene dimensiones de tiempo y amplitud discretas, lo que implica que la señal solo puede tomar valores fijos predeterminados en momentos específicos. Estos valores se basan en el sistema binario, transformando la señal en una combinación de ceros y unos, que difiere significativamente de la señal original.

Ventajas de la Señal Digital

• Cuando una señal digital experimenta atenuación o perturbaciones leves, puede ser reconstruida y amplificada mediante sistemas de regeneración de señales.
• Incorpora sistemas de detección y corrección de errores que verifican y corrigen errores en la señal recibida.
• Facilita el procesamiento de la señal, permitiendo realizar operaciones mediante software de edición o procesamiento de señales.

Desventajas de la Señal Digital

• Requiere una conversión analógica-digital previa y una decodificación posterior en la recepción.
• La transmisión de señales digitales exige una sincronización precisa entre los relojes del transmisor y del receptor, ya que un desfase puede alterar la señal recibida.

Etapas de la Conversión Analógica-Digital

La digitalización o conversión analógica-digital (conversión A/D) implica la medición periódica de la amplitud de una señal y su traducción a un lenguaje numérico. Este proceso se compone de cuatro etapas:

1. Muestreo (sampling): Consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de la onda. La frecuencia de muestreo se refiere al número de muestras tomadas por segundo.
2. Mantenimiento y Retención (hold): Las muestras se retienen el tiempo necesario para evaluar su nivel. Este paso es un recurso técnico debido a limitaciones prácticas y no tiene un modelo matemático asociado.
3. Cuantificación: Se mide el nivel de voltaje de cada muestra y se asigna un valor de un rango específico a un único nivel de salida. Este proceso introduce ruido de cuantificación a la señal.
4. Codificación: Los valores obtenidos en la cuantificación se traducen al código binario, aunque también se utilizan otros códigos.

Durante el muestreo y la retención, la señal sigue siendo analógica. Sin embargo, después de la cuantificación, la señal se convierte en digital al adoptar valores finitos. Estos cuatro procesos se llevan a cabo en un conversor analógico-digital.