Parlando di elettronica di condizionamento del segnale, si intende un processo di acquisizione dati per cui è necessario un condizionatore di segnale. Questi ultimi sono, infatti, fondamentali se si vogliono ottenere misurazioni precise. Il funzionamento dei condizionatori di segnale è semplice da capire: gli strumenti di questo tipo convertono un tipo di segnale elettrico (o meccanico) in ingresso, in uno in uscita. Questo processo di condizionamento del segnale si attua perché, convertendo e amplificando il segnale, è possibile ottenerlo in una forma più compatibile e di più semplice consulto per l’acquisizione dei dati e per le fasi di controllo della macchina.
La linearizzazione può essere eseguita – da determinati condizionatori di segnale – nei casi in cui, i segnali prodotti da un sensore, non presentano un rapporto in linea diretta con la misurazione fisica. Si tratta di un processo consistente l’interpretazione del segnale che viene dal software. Poiché nessun sensore è completamente lineare, questo metodo è utilizzato per raggiungere una maggiore precisione. I parametri della linearizzazione sono valutati e stabiliti durante le fasi di taratura del sensore.
Il filtraggio consente, appunto, di filtrare lo spettro di frequenza del segnale. L’obiettivo è quello di bloccare eventuali rumori, includendo esclusivamente i dati validi. I filtri possono essere sia componenti fisici che un algoritmo digitale. Questi ultimi, tendenzialmente, sono i più utilizzati dai condizionatori di segnale più recenti, poiché una volta sviluppati sono semplici da configurare e non necessitano di ulteriori hardware. In sostanza, un filtro digitale altro non è che un filtro matematico, impostato su un determinato intervallo di frequenza.
Il terzo passo è l’amplificazione. Ovvero, aumentare il segnale ricevuto in ottica dell’elaborazione e della digitalizzazione. Gli effetti dell’amplificazione sono l’aumento del rapporto tra segnale e rumore – nonché l’aumento della risoluzione del segnale.
L’utilizzo primario di un condizionatore di segnale è quello di rilevare il segnale e convertirlo ad un livello più alto di segnale elettrico. In genere questa funzione viene usata nei sistemi industriali che applicano una vasta rete di sensori differenti per ottenere le misurazioni. Data l’elevata quantità di sensori impiegati, è probabile che si presenti appunto la necessità di dover convertire la moltitudine di segnali ricevuti per poterli utilizzare, e interpretare quindi nel modo più preciso possibile. Ogni singolo segnale proveniente da un sensore, infatti, può facilmente venire convertito in un segnale di processo standard.
L’elettronica di condizionamento del segnale è composta, in genere, da tre parti principali: un amplificatore del segnale proveniente dalla cella di carico, un ADC (Analog to digital converter) necessario per trasformare il segnale analogico in digitale, e, infine, un micro-processore. Questa è infatti la struttura di un convertitore standard.
Spesso tuttavia l’amplificatore del segnale è cablato già all’interno dell’ADC. Nel caso in cui, oltre a questa caratteristica, il guadagno dell’amplificatore è programmabile via software, abbiamno a che fare con un PGA (Programmable Gain Amplifier). L’elettronica di condizionamento inoltre, deve avere come caratteristica principale un alto numero di bit di risoluzione. In genere, si utilizzano elettroniche di conversione a 24 bit, con un rumore bianco dal valore meno elevato possibile.
Sigma Low è un’elettronica di condizionamento sviluppata e prodotta da Nanolever, che presenta le seguenti principali caratteristiche: 19,6 bit (su 24) liberi da rumore con analisi sincronica di due segnali, isolamento galvanico dell’alimentazione, doppia alimentazione a 12 e 24 volt, capacità di misurare piccole masse (per esempio 50 grammi) con un’accuratezza di 2 mg in un tempo di misura minimo di 200 millisecondi.
Le caratteristiche di Sigma Low Plus sono, ovviamente, simili a quelle di Sigma Low. Tuttavia, invece di leggere due segnali distinti, Sigma Low Plus si concentra esclusivamente su un singolo, e monta un micro-PC in grado di elaborare il segnale proveniente dall’AD Converter con algoritmi personalizzabili, nonché la possibilità di effettuare processi di machine learning. Le caratteristiche inerenti al rumore elettronico rimangono invariate.
La terza elettronica di condizionamento proposta da Nanolever è Sigma Low Plus+, un prodotto capace di riassumere sia le caratteristiche di Sigma Low che quelle di Sigma Low Plus. Quest’ultima elettronica consente, infatti, di analizzare due segnali senza rinunciare al micro-PC collegato con il segnale proveniente dall’ADC Converter.
Sigma Low PLC è un dispositivo elettronico da utilizare per l’acquisizione dei dati analogici dalle celle di carico (fino a un massimo di quattro), l’acquisizione dei dati digitali, e, inoltre, come output su sistemi come ad esempio gli interruttori magnetotermici a 24 volt. La funzione PLC si compone di quindici I.O. utilizzati per comandare interruttori magnetotermici e per ricevere dati digitali. Il protocollo di comunicazione di Sigma PLC è basato su due sistemi: mood bus, RTU e OPCUA – nel caso di WiFi o Bluetooth.