|
| Strumentazione e sistemi automatici di acquisizione dei dati |
|
Complessi sono i sistemi di
elaborazione e di registrazione delle informazioni in uso presso i
centri di ricerca: si tratta di componenti sofisticati che eseguono
funzioni specializzate basate sull'architettura di potenti elaboratori
elettronici.
In tali casi è spesso difficile tracciare una linea di confine
tra i sistemi di acquisizione ed elaborazione dati ed il resto
dell'impianto: nei moderni radiotelescopi gli algoritmi di
condizionamento dei segnali sono implementati con software
"ad hoc" e gestiti da calcolatori elettronici dedicati, divenendo veri
e propri "componenti circuitali complessi" operanti in tempo reale,
senza i quali sarebbe impossibile il funzionamento del sistema.
|
|
|
|
|
| Schema elettrico di principio di un
semplice amplificatore-integratore di post-rivelazione utilizzabile
come stadio finale per un ricevitore radioastronomico total-power
amatoriale. |
|
Negli
strumenti dilettantistici è conveniente effettuare
l'acquisizione dei dati mediante schede di ingresso-uscita pilotate da
computer: tale soluzione offre notevole flessibilità, potenza di
calcolo e la possibilità di effettuare registrazioni automatiche
non presidiate dall'operatore.
Sono disponibili ottimi prodotti commerciali, comprendenti il software
di gestione corredato di potenti ambienti di sviluppo che richiedono
semplici operazioni di personalizzazione e consentono prestazioni di
alto livello.
Pur essendo ampia la disponibilità di tali prodotti, nata dalla
recente tendenza a sviluppare sistemi di acquisizione dati, test e
misura mediante l'utilizzo del personal computer, appare comunque
interessante e conveniente l'autocostruzione di una scheda di
acquisizione specificamente progettata per impieghi radioastronomici
amatoriali.
Nel caso dei ricevitori Total-Power (radiometri)
infatti, dove in genere occorre impostare un'elevata costante di tempo
per l'integratore d'uscita (per ottenere la massima sensibilità
del ricevitore, quindi ridotta velocità di campionamento e di
acquisizione del segnale rivelato), le caratteristiche (ed il prezzo)
dei prodotti commerciali sono quasi sempre eccessivi e sovrabbondanti
rispetto alle prestazioni richieste.
|
|
| Progetti & Approfondimenti |
 Modulo di acquisizione dati a 16 bit RAL_Data16.
Si tratta di un robusto e preciso modulo di acquisizione dati che
utilizza un convertitore analogico-digitale a 16 bit ADS8322 di Texas /
Burr-Brown. Il sistema realizza un'interfaccia di conversione ad
elevata risoluzione per il collegamento alla porta seriale RS232 di un
PC (protocollo di trasmissione a 9600 bit/s): sarà possibile
acquisire, visualizzare ed archiviare segnali analogici variabili da 0
a 5 V provenienti da sensori, radiometri o qualsiasi dispositivo
analogico caratterizzato da ridotta banda passante.
RAL_Data16 è un sistema di acquisizione molto compatto e
versatile: non utilizza microcontrollori per formare la parola seriale,
è realizzato in tecnologia SMD per garantire prestazioni
eccellenti con massima compattezza, è costruito all'interno di
un contenitore totalmente schermato.
Il più semplice ed economico modulo di acquisizione dati controllato da PC [doc .PDF].
Per documentare i nostri esperimenti si propone un modulo per
l'acquisizione (e la registrazione) di tensioni analogiche controllato
dalla porta parallela del computer, "ridotto all'osso" ed economico: un
convertitore analogico-digitale ad 8 bit ADC0831, un condensatore, un
trimmer, un connettore maschio a vaschetta DB25 poli con relativa
copertura in plastica ed un connettore BNC da pannello.
Amplificatore DC-integratore di post-rivelazione con interfaccia per acquisizione dati [doc .PDF].
Si tratta di uno strumento molto utile per il laboratorio dello sperimentatore elettronico.
L'apparecchio, progettato per applicazioni di radioastronomia
amatoriale, amplifica ed effettua la media sul segnale rivelato
proveniente dai ricevitori radioastronomici: è possibile
impostare il guadagno DC, la costante di tempo del filtro passa-basso
integratore e la posizione dello zero del segnale d'uscita (offset).
Il sistema prevede la visualizzazione analogica (mediante strumento ad
ampia scala) e la conversione analogico-digitale del segnale misurato
mediante interfaccia seriale RS232C per PC, facilitando le operazioni
di acquisizione e di registrazione automatica dei dati.
|
|
|
| La registrazione delle osservazioni... |
I
sistemi di acquisizione e di registrazione automatica dei dati sono
indispensabili per registrare automaticamente i campioni del segnale
rivelato.
Sono generalmente costituiti da una scheda elettronica che realizza l'interfaccia fra il ricevitore ed il PC.
Il "cuore" del circuito è un convertitore analogico-digitale (ADC)
che trasforma il segnale rivelato all'uscita del ricevitore in un dato
numerico (binario) inviato al PC in forma seriale (RS232C) o in forma
parallela (porta parallela o slot interno).
Il programma di gestione del PC consentirà la visualizzazione e
la registrazione dei dati acquisiti in maniera automatica, realizzando
una stazione non presidiata da operatore.
La scelta dell'ADC dipende dalla dinamica del segnale analogico da convertire.
Ogni volta che si effettua una conversione AD si introduce un rumore,
detto rumore di quantizzazione, tanto maggiore quanto minore è
il numero di bit in cui è convertito ogni singolo campione
(risoluzione dell'ADC).
Una conversione AD caratterizzata da una risoluzione troppo bassa
produce una cattiva rappresentazione delle variazioni in ampiezza del
segnale originale, quindi introduce un rumore aggiuntivo di cui occorre
tener conto.
La velocità di conversione dipende dalla rapidità di variazione del segnale (Teorema del Campionamento).
Radiometri (ricevitori Total-Power):
si utilizza una elevata costante di tempo per l'integratore
(ridottissima banda passante dello stadio di uscita del ricevitore) in
modo da ottimizzare il rapporto segnale/rumore del sistema.
Non
servono ADC veloci e la trasmissione dei dati al PC può essere
di tipo seriale (RS232C) a tutto vantaggio della semplicità e
della praticità della connessione.
Radiospettrografi:
in questo caso occorre campionare ed acquisire tutti i segnali che
cadono all'interno di una banda di qualche MHz (segnali in banda-base).
Serve
un ADC veloce che trasmetta altrettanto velocemente i dati al PC: non
è più utilizzabile il canale seriale ma è
indispensabile accedere al bus interno del computer (slot interno). |
|
|
| Acquisizione e registrazione automatica dei dati |
|
(fare click sull'immagine per ingrandire) |
|
L'mmagine
mostra il procedimento tipico di acquisizione e registrazione
automatica dei dati provenienti dalle osservazioni radioastronomiche
effettuate da una stazione ricevente total-power. Anche se la figura si
riferisce al ricevitore RAL10 Microwave Radiometer di RadioAstroLab, i principi di base sono generalizzabili a qualsiasi ricevitore total-power amatoriale.
Ulteriori
dettagli tecnici sull'analisi delle prestazioni di un sistema ricevente
total-power dilettantistico, insieme ad alcune utili considerazioni
sulle reali possibilità osservative di un radiotelescopio a
microonde, si trovano nel documento "Analisi di un ricevitore Total-Power". |
|
|
