Argomenti ed obiettivi

Il corso ha l'obiettivo di fornire gli elementi di base e i fondamenti teorici delle tecniche di acquisizione dei segnali.

Una delle discipline di base è la teoria dei segnali, che si è sviluppata storicamente intorno ai segnali e ai sistemi a tempo continuo o analogici. Tale teoria consente di evidenziare ed elaborare nel modo più opportuno l'informazione contenuta nei segnali, utilizzando il concetto di rappresentazione nel dominio del tempo e della frequenza, con l'obiettivo di mettere in evidenza i ruoli diversi e complementari di questi due domini nell'analisi dei segnali e dei sistemi lineari.

Dall'avvento dei calcolatori, la teoria dei segnali trova grande diffusione anche nei segnali e sistemi a tempo discreto, più noti come numerici o digitali. La conversione analogico-digitale, governata da regole teoriche ben consolidate, rappresenta l'elemento di passaggio dal mondo analogico al mondo digitale. I convertitori analogico-digitali, noti con la sigla ADC, sono i dispositivi reali che realizzano, in forma approssimata, tale conversione. Un obiettivo del corso è evidenziarne le principali problematiche, quali la scelta della frequenza di campionamento, il ruolo del filtro antialiasing, e i metodi a sovracampionamento (convertitori Sigma/Delta).

I dati sono poi misure, e occorre analizzarne il contenuto di informazione in relazione al misurando, valutazione riassunta nell'incertezza di misura. Questa va studiata a fondo sia nei contributi di tipo casuale, sia in quelli di tipo sistematico, propri del modello fisico, degli strumenti e dei campioni di riferimento usati.

Destinatari del corso

Tecnici (non necessariamente laureati) impegnati nel campo di acquisizione dati da prove strada e banco.

Prerequisiti

Il corso richiede conoscenze di analisi matematica.

Testi di riferimento

1.L. Lo Presti, F. Neri: L'analisi dei segnali, CLUT 1991.
2.A. De Marchi, L. Lo Presti: Incertezze di Misura, CLUT 1993.

Contenuti

Segnali e sistemi analogici

• Definizione di segnale ed esempi di segnali del modo fisico e prodotti dall'uomo. I trasduttori e il segnale elettrico.
  
• Analisi nel dominio del tempo.
  
• Analisi nel dominio della frequenza basata sulla trasformata di Fourier (concetto di spettro e di analisi modale). Interpretazione delle proprietà della trasformata di Fourier nell'analisi dei segnali.
  
• Sistemi lineari caratterizzati sia nel dominio del tempo che nel dominio della frequenza (filtri analogici e cenni sulle funzioni di trasferimento)
  

Conversione ADC e segnali numerici

• Tecniche di base per l'acquisizione dei segnali
  I fondamenti concettuali (il teorema del campionamento)
  Lo schema di principio di un convertitore ADC
  La scelta della frequenza di campionamento e gli effetti del sottocampionamento
  Gli errori di aliasing e il filtro antialiasing
  La decimazione (analogie e differenze con il campionamento)
  Principio di funzionamento dei convertitori a sovracampionamento (Sigma/Delta)
  
• Concetti di base dei segnali numerici
  Segnali numerici e segnali campionati
  Sistemi lineari (filtri digitali)
  

Concetti di misura

• Incertezze ed errori di misura
  Errori di misura, ricerca e correzione
  Incertezze di tipo B (del riferimento, di modello, e strumentali)
  Incertezze di tipo A (diagrammi sigma-tau, tipi di rumore)
  Concetti di accuratezza, risoluzione, stabilità, ripetibilità, riproducibilità
  
• Modalità di lettura/comprensione delle specifiche dei sensori: range, precisione, risoluzione, accuratezza, linearità, banda di risposta in frequenza, campi operativi in temperatura/vibrazioni, ecc.
  Analisi di un case-study.