Dispositivo e sistema di misura di grandezze elettriche impiegante in una conversione analogico-digitale

Data di pubblicazione

01-08-2016

Codice

DEIB.16.009.A

Stato

Disponibile

Data di priorità

04-03-2016

Fase

Domanda di brevetto in Europa e Stati Uniti

Titolare

Politecnico di Milano

Dipartimento

DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA, INFORMAZIONE E BIOINGEGNERIA

Autori

Giorgio Ferrari, Giacomo Gervasoni, Marco Carminati, Filippo Campoli

Descrizione

L’invenzione consiste in una tecnica per compensare le fluttuazioni casuali del guadagno di un sistema di acquisizione contenente un convertitore analogico-digitale (ADC). Tali fluttuazioni sono, per esempio, causate dal riferimento di tensione utilizzato dall’ADC o dal rumore a bassa frequenza di componenti al suo interno. La fluttuazione casuale del guadagno, tipicamente con andamento 1/f, introduce un’incertezza nella conversione ponendo un limite alla minima variazione di segnale (risoluzione) misurabile dal sistema di acquisizione. L’invenzione riduce l’effetto di queste fluttuazioni elaborando digitalmente i dati provenienti da due canali di acquisizione (non necessariamente identici) che leggono alternativamente un segnale di riferimento e il segnale sotto indagine. L’andamento temporale dei due segnali è ricostruito ed elaborato digitalmente per estrarne l’ampiezza. Siccome le ampiezze medie del segnale sotto indagine e del segnale di riferimento sono affette in ugual modo dalle fluttuazioni di guadagno, queste possono essere compensate con un’operazione di rapporto tra le due ampiezze permettendo così di migliorare la risoluzione del sistema di acquisizione. Con alcune limitazioni l’invenzione è implementabile anche utilizzando un solo ADC che legge alternativamente il segnale e il riferimento.

Campo di applicazione

L’invenzione può trovare applicazione in tutti i sistemi elettronici in cui è necessario effettuare misure ad alta risoluzione di segnali elettrici lentamente variabili oppure dell’ampiezza di segnali elettrici periodici o modulati. In particolare, la tecnica si presta a migliorare la massima risoluzione ottenibile con un amplificatore lock-in digitale, strumento che trova ampia applicazione in tutti gli ambiti di ricerca e industriali in cui è richiesta la misura dell’ampiezza (ed eventualmente della fase) di un segnale periodico. L’invenzione, migliorando la risoluzione di un sistema di acquisizione, può essere impiegata sia per ottenere risoluzioni elevatissime (misura di variazioni inferiori a una parte per milione) sia per migliorare la prestazione di sistemi di acquisizione che per motivi di costo o tecnologici (per esempio dettati dall’elevata frequenza di lavoro) presentano una significativa fluttuazione casuale del guadagno.

Vantaggi

Il vantaggio di questa tecnica è quello di poter acquisire segnali elettrici con risoluzione superiore rispetto allo schema di acquisizione analogico/digitale standard. Il miglioramento in termini di risoluzione massima è dato dalla capacità di abbattere le lente fluttuazioni del guadagno del sistema di acquisizione analogico-digitale. La tecnica funziona anche nel caso di segnali modulati e nel caso specifico di implementazione in un amplificatore lock-in ha dimostrato un miglioramento di risoluzione di un fattore 58 rispetto a uno strumento commerciale allo stato dell’arte. Questa tecnica non richiede la generazione di un segnale di riferimento idealmente identico al segnale da misurare, come richiesto invece nel tradizionale approccio differenziale, evitando così complesse operazioni di calibrazioni o vincoli sulle frequenze di lavoro.

Stadio di sviluppo

Prototipo funzionante.

Contatto

licensing.tto@polimi.it

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