88150 - STRUMENTAZIONE DI MISURA P

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2018/2019

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente possiede le conoscenze di base per la descrizione delle grandezze fisiche nel dominio del tempo e della frequenza; conosce il funzionamento della moderna strumentazione, con particolare attenzione agli strumenti basati su campionamento; ha le competenze per consultare in modo critico, comprendere e confrontare le specifiche degli strumenti allo scopo di valutarne le prestazioni reali; è in grado di valutare l'incertezza di misura e riportare il risultato del processo di misurazione secondo le norme internazionali; ha nozioni di base relative agli strumenti ed agli algoritmi per l’analisi in frequenza dei segnali; è in grado di programmare, in ambienti software commerciali, il controllo remoto sia di singoli strumenti, sia di banchi automatici di misura.

Programma/Contenuti

Fondamenti di Metrologia e Scienza della Misurazione

Processo di misurazione: definizione del misurando, grandezze di interesse/influenza, risorse, attività. Il modello del processo di misurazione. Definizione, valutazione ed espressione dell’incertezza di misura in accordo con gli standard internazionali. Esempi di stima dell’incertezza di misura.

Rappresentazione ed analisi in frequenza dei segnali

Serie di Fourier. Trasformata ed integrale di Fourier. Concetto di banda di un segnale. Operatore di Dirac. Funzione di trasferimento e risposta impulsiva di un sistema lineare. Spettro di energia e spettro di potenza. Rappresentazione della correlazione fra segnali. Serie temporali. Trasformate di Fourier tempo-discrete. Cenno ai processi stocastici.

Conversione analogico-digitale (A/D)

La conversione A/D ideale: quantizzazione e codifica. Errore di quantizzazione. Classificazione delle sorgenti di errore nella conversione A/D. Il rumore di quantizzazione. Modello e bit effettivi di un convertitore A/D (ADC) reale. Principali architetture di ADC utilizzate negli strumenti di misura. Sorgenti di non idealità e di incertezza negli ADC.

Multimetro digitale (DMM)

Architettura, portate, tempo di integrazione e risoluzione strumentale. Cifre strumentali. Misura DC di tensione. Misura DC di corrente e resistenza. Misure in AC. Interpretazione dei principali parametri e specifiche riportati nel datasheet di un DMM. Valutazione dell'incertezza nelle misure con DMM.

Wattmetro digitale

Architettura e funzionamento. Misura di tensione. Interpretazione dei principali parametri e specifiche riportati nel datasheet di un wattmetro. Misura di potenza attiva, reattiva e del fattore di potenza.

Oscilloscopio a campionamento (DSO)

Architettura: canale di acquisizione A/D, base dei tempi, metodi di triggering. Campionamento in tempo reale. Ricostruzione del segnale campionato: il criterio di Shannon/Nyquist. Utilizzo di filtri FIR. Cenni alle tecniche di campionamento in tempo equivalente e tecniche random. Interpretazione dei principali parametri e specifiche riportati nel datasheet di un DSO. Analisi degli strumenti presenti sul mercato: confronto, criteri di scelta per le diverse applicazioni industriali e di acquisizione dell’informazione in ambito elettronico/comunicazionistico.

Strumenti e tecniche per l’analisi spettrale

Analizzatore di spettro (SA): architettura a conversioni multiple, banda, risoluzione in frequenza, dinamica. Principali parametri operativi e loro utilizzo per l’ottimizzazione del risultato di misura nelle diverse applicazioni. Analisi degli strumenti presenti sul mercato: confronto, criteri di scelta. Analisi spettrale digitale: tecniche basate su campionamento ed algoritmi DFT/FFT. Misure di spettro di potenza. Architetture che integrano funzionamento sweep (SA scalare) e basato su FFT (SA vettoriale). Cenni alle architetture real-time.

Sensori e trasduttori per applicazioni industriali e automotive

Sensori per misure di dimensioni e deformazione, per misure di grandezze meccaniche (coppia, forza, potenza, velocità), per misure di temperatura e di portata.

 

Testi/Bibliografia

Dispense e presentazioni a cura dei Docenti. Datasheet di componenti e strumenti commerciali. Manuali d'uso della strumentazione.

Metodi didattici

Il Corso è articolato in due moduli didattici fortemente integrati, uno di lezioni frontali in aula e uno che prevede attività di laboratorio, consistente nella realizzazione di banchi automatici di misura controllati da ambiente LabVIEW, basati sia sull’impiego di strumenti tradizionali (multimetro, oscilloscopio, etc.), sia su schede per l’acquisizione di segnali da sensori e trasduttori.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Verifica mediante colloquio delle conoscenze acquisite e del raggiungimento degli obiettivi, eventualmente integrato dall'interazione con la strumentazione disponibile in laboratorio.

Strumenti a supporto della didattica

PC, proiettore digitale. Postazioni di misura disponibili presso il Dipartimento di Ingegneria dell'Energia Elettrica e dell'Informazione "Guglielmo Marconi" - DEI.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Pier Andrea Traverso

Consulta il sito web di Gaetano Pasini