(la videolezione) I circuiti di condizionamento hanno il compito di elaborare il segnale in uscita dal trasduttore per adattarlo alle caratteristiche dei circuiti che seguono nella catena di acquisizione. In pratica con il termine condizionamento si indica un insieme di operazioni messe in atto per ottimizzare le prestazioni del sistema di acquisizione. Il condizionamento del segnale prodotto da trasduttori che hanno un'uscita digitale è in genere molto più semplice, mentre quelli con uscita analogica pongono la necessità di elaborazioni più complesse;
• convertire la grandezza elettrica in uscita dal trasduttore in una tensione;
• adattare il campo di variabilità del segnale a quello dei circuiti a valle (come i convertitori ADC) al fine di rendere massima la risoluzione del sistema di acquisizione;
• ridurre al minimo le alterazioni del segnale causate dai disturbi e dalle distorsioni; • trasferire il massimo valore del segnale in tensione o in potenza;
• isolare i blocchi elettricamente per esigenze di sicurezza (come nelle applicazioni biomediche) mediante optoaccoppiatori o amplificatori di isolamento;
• filtrare il segnale, soprattutto se questo deve essere campionato e convertito in digitale, mediante filtri antialiasing;
• compensare le non linearità del trasduttore.
Alcuni esempi concreti di circuiti di condizionamento:
Amplificazione
Amplificatore operazionale per segnali deboli da termocoppie o celle di carico.
Amplificatore differenziale per eliminare interferenze tra due linee.
Instrumental amplifier per segnali da trasduttori a ponte (strain gauge).
Adattamento di livello/tensione
Partitore resistivo per abbassare tensioni in ingresso.
Convertitore 0-10V → 0-5V per compatibilità con ADC a 5V.
Livellatore logico tra dispositivi a 3.3V e 5V.
Filtraggio
Filtro passa basso RC per ridurre il rumore ad alta frequenza.
Filtro passa banda attivo per isolare una frequenza utile.
Filtro notch per eliminare disturbi a 50/60Hz (rete elettrica).
Linearizzazione
Circuiti analogici o algoritmi software per correggere la curva di risposta di sensori non lineari (come NTC).
Isolamento
Optoisolatori tra il sensore e la logica digitale per sicurezza elettrica.
Trasformatori o accoppiatori capacitivi per segnali AC.
Conversione del segnale
Convertitore corrente-tensione per sensori 4-20 mA.
Convertitore frequenza-tensione per sensori che emettono impulsi.
Protezione
Diodi di clamping o zener per protezione da sovratensioni.
Fusibili per proteggere da picchi transitori.
Circuiti anti-rimbalzo per contatti meccanici (es. pulsanti o relé).
In una stazione meteorologica, ad esempio, il segnale analogico da un sensore di temperatura viene amplificato, filtrato e digitalizzato. Oppure, nel campo biomedicale, il segnale ECG passa attraverso filtri, amplificatori e isolatori prima di essere acquisisto da un sistema a microprocessore.
