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test&measurement
approfondimenti
Ottobre 2015
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Automazione e Strumentazione
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gli anni ’80 - degli
oscilloscopi digita-
li
a microprocesso-
re, dotati di veri e
propri sistemi ope-
rativi, i quali uni-
ti alla tecnologie
LCD e touchscre-
en degli schermi,
hanno radicalmen-
te cambiato l’aspet-
to e l’operatività di
questo strumento.
Normalmente un
oscilloscopio è do-
tato di un circuito di calibrazione con cui è possi-
bile controllare il funzionamento ed effettuare la
taratura periodica delle eventuali sonde collegate
ai connettori di ingresso. Usi tradizionali dell’o-
scilloscopio sono la
diagnosi di guasti in appa-
recchiature elettroniche
e i test per verificare la
correttezza progettuale dei circuiti elettroni-
ci
. L’oscilloscopio permette anche di verificare
la corretta interazione tra firmware (software) di
configurazione e hardware di acquisizione.
Salendo nelle prestazioni gli
oscilloscopi a cam-
pionamento
sono oscilloscopi digitali dedicati
alle
misure di precisione su segnali ad alta fre-
quenza
(tipicamente più elevata di quella dello
strumento). In tali situazioni gli altri oscilloscopi
digitali, e tanto meno quelli analogici, non sono
in grado di acquisire un numero sufficiente di
campioni in una sola scansione. La corrente ter-
minologia commerciale identifica gli oscilloscopi
a campionamento con gli strumenti “a tempo
equivalente” preposti all’analisi di segnali perio-
dici che possono funzionare a velocità di tem-
porizzazione elevatissime e larghezze di banda
nell’ordine delle decine di GHz.
Strumentazione virtuale
Dagli anni ’90 in poi si è assistito a un crescente
passaggio dalla strumentazione tradizionale a
quella virtuale utilizzata nei collaudi e nei test
automatici, nell’acquisizione dati, nella progetta-
zione, nel controllo qualità, nella radiofrequenza,
nei sistemi di visione, nella diagnostica e nella
metrologia ad alte prestazioni. Il motivo di fondo
è che
la strumentazione virtuale riduce tempi e
costi di sviluppo rispetto alla tradizionale stru-
mentazione di misura
, mettendo a disposizione,
nella memoria di un calcolatore, dati numerici,
serie storiche e campioni di una certa grandezza
fisica. In tal modo la fase di elaborazione dei dati,
invece che essere demandata a specifici micro-
processori dedicati (Digital Signal Processor,
DSP), può essere compiuta dai processori dei
comuni PC. La strumentazione virtuale di ultima
generazione si basa su bus ad alta velocità come
PCI Express, GPIB, PXI e su tecnologie multi-
core, wireless e Fpga. Protagonisti emergenti nel
campo della strumentazione virtuale sono anche
la progettazione e l’implementazione dei nuovi
tool e moduli software basati sui nuovi paradigmi
di quarta rivoluzione industriale:
Industry 4.0
,
sistemi cyberfisici
(CBS),
Big Data
e
sensori
distribuiti
.
Sul lato software l’ambiente
LabView
, svilup-
pato da National Instruments, consente l’analisi
e l’elaborazione dei segnali acquisiti (statistica,
interpolazione, filtraggio, analisi numerica, fun-
zioni di misura, ecc.), oltre alla visualizzazione
e alla presentazione dei risultati delle misure. Un
altro aspetto importante è il supporto di piatta-
forme diverse da quella PC tradizionale, sempre
più diffuse. National Instruments supporta tali
piattaforme attraverso ambienti ottimizzati come
LabView Embedded, LabView Fpga, LabView
Real-Time e LabView DSP. Tali ambienti for-
niscono ai progettisti un’interfaccia utente ad
alto livello che genera codice ottimizzato, senza
dover apprendere il linguaggio VHDL (Very
High Speed Integrated Circuits - Hardware
Description Language). La flessibilità d’impiego
di LabView poggia sulla compatibilità con lin-
guaggi di programmazione e calcolo molto dif-
fusi, come per esempio quello di
Matlab
pro-
dotto da Mathworks, oltre che sulla possibilità
di utilizzo in rete con il supporto di funzionalità
tipiche dei linguaggi di programmazione. Il prin-
cipale beneficio dello sviluppo di un’applica-
zione in LabView è la natura intuitiva e grafica
del linguaggio. LabView permette inoltre lo
svolgimento di più processi da parte dello stesso
hardware su piattaforme multicore real-time, il
che comporta enormi benefici per aumentare le
prestazioni e diminuire i costi dei test.
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Figura 4 - Oscilloscopio (Rohde &
Schwarz)
Figura 5 - Strumentazione Virtuale (National Instruments)