En electrónica y procesamiento de señales , el acondicionamiento de señales es la manipulación de una señal analógica de tal manera que cumpla con los requisitos de la siguiente etapa para su posterior procesamiento.
En una aplicación de convertidor analógico a digital (ADC), el acondicionamiento de señales incluye limitación de voltaje o corriente y filtrado antialiasing .
En aplicaciones de ingeniería de control , es común tener una etapa de detección (que consta de un sensor ), una etapa de acondicionamiento de señal (donde generalmente se realiza la amplificación de la señal) y una etapa de procesamiento (a menudo realizada por un ADC y un micro- controlador ). Los amplificadores operacionales (op-amps) se emplean comúnmente para llevar a cabo la amplificación de la señal en la etapa de acondicionamiento de la señal. En algunos transductores , el acondicionamiento de la señal está integrado con el sensor, por ejemplo en los sensores de efecto Hall .
En la electrónica de potencia , antes de procesar las señales de entrada detectadas por sensores como el sensor de voltaje y el sensor de corriente, el acondicionamiento de señales escala las señales al nivel aceptable para el microprocesador.
Las entradas de señal aceptadas por los acondicionadores de señal incluyen voltaje y corriente CC, voltaje y corriente CA , frecuencia y carga eléctrica . Las entradas del sensor pueden ser acelerómetro , termopar , termistor , termómetro de resistencia , galga extensométrica o puente y LVDT o RVDT . Las entradas especializadas incluyen codificador, contador o tacómetro , temporizador o reloj, relé o interruptor y otras entradas especializadas. Las salidas para equipos de acondicionamiento de señales pueden ser voltaje, corriente, frecuencia, temporizador o contador, relé, resistencia o potenciómetro y otras salidas especializadas.
El acondicionamiento de la señal puede incluir amplificación , filtrado , conversión, coincidencia de rango, aislamiento y cualquier otro proceso necesario para que la salida del sensor sea adecuada para el procesamiento después del acondicionamiento.
Utilice acoplamiento de CA cuando la señal contenga un componente de CC grande. Si habilita el acoplamiento de CA, elimina la gran compensación de CC para el amplificador de entrada y amplifica solo el componente de CA. Esta configuración hace un uso efectivo del rango dinámico del ADC
El filtrado es la función de acondicionamiento de señales más común, ya que normalmente no todo el espectro de frecuencias de la señal contiene datos válidos. Por ejemplo, las líneas eléctricas de CA de 50 o 60 Hz, presentes en la mayoría de los entornos, inducen ruido en las señales que pueden causar interferencias si se amplifican.
La amplificación de señal realiza dos funciones importantes: aumenta la resolución de la señal de entrada y aumenta su relación señal-ruido. [ cita necesaria ] Por ejemplo, la salida de un sensor de temperatura electrónico , que probablemente esté en el rango de milivoltios, probablemente sea demasiado baja para que un convertidor analógico a digital (ADC) la procese directamente. [ cita necesaria ] En este caso es necesario llevar el nivel de voltaje al requerido por el ADC .
Los amplificadores comúnmente utilizados para el acondicionamiento de señales incluyen amplificadores de muestreo y retención , detectores de picos, amplificadores logarítmicos, amplificadores antilogaritmos, amplificadores de instrumentación y amplificadores de ganancia programables. [1]
La atenuación, lo opuesto a la amplificación, es necesaria cuando los voltajes que se van a digitalizar están más allá del rango del ADC. Esta forma de acondicionamiento de señal disminuye la amplitud de la señal de entrada para que la señal acondicionada esté dentro del rango del ADC. La atenuación suele ser necesaria cuando se miden tensiones superiores a 10 V.
Algunos sensores requieren voltaje externo o fuente de corriente de excitación. Estos sensores se denominan sensores activos. (Por ejemplo, un sensor de temperatura como un termistor y RTD, un sensor de presión (piezoresistivo y capacitivo), etc.). La estabilidad y precisión de la señal de excitación se relaciona directamente con la precisión y estabilidad del sensor.
La linealización es necesaria cuando los sensores producen señales de voltaje que no están relacionadas linealmente con la medición física. La linealización es el proceso de interpretación de la señal del sensor y se puede realizar con acondicionamiento de señal o mediante software.
Se puede utilizar el aislamiento de señal para pasar la señal desde la fuente al dispositivo de medición sin una conexión física. A menudo se utiliza para aislar posibles fuentes de perturbaciones de la señal que, de otro modo, podrían seguir el camino eléctrico desde el sensor hasta el circuito de procesamiento. En algunas situaciones, puede ser importante aislar del sensor el equipo potencialmente costoso utilizado para procesar la señal después del acondicionamiento.
Se puede utilizar aislamiento magnético u óptico. El aislamiento magnético transforma la señal de un voltaje a un campo magnético para que la señal pueda transmitirse sin conexión física (por ejemplo, usando un transformador). El aislamiento óptico funciona mediante el uso de una señal electrónica para modular una señal codificada por transmisión de luz (codificación óptica). La transmisión de luz decodificada se utiliza luego como entrada para la siguiente etapa de procesamiento.
Un protector contra sobretensiones absorbe los picos de voltaje para proteger la siguiente etapa contra daños.