No te pierdas ni un solo dato: cómo elegir la frecuencia de muestreo adecuada para la adquisición de datos

En este artículo analizamos por qué la frecuencia de muestreo es fundamental para la recopilación de datos. Analizamos en qué casos es recomendable una frecuencia de muestreo alta o baja, y abordamos soluciones tecnológicas de vanguardia, como la función «Envelope» o la función de doble muestreo, que combinan las ventajas de ambos enfoques: muestreo a alta velocidad y registro eficiente de datos a largo plazo. En este artículo le proporcionamos toda la información necesaria para que pueda tomar la decisión adecuada para su adquisición de datos.

¿Qué se entiende por frecuencia de muestreo?

La frecuencia de muestreo indica cuántas veces por segundo se mide una señal analógica y se convierte en una señal digital. Determina la resolución y la precisión de la señal captada. Una frecuencia de muestreo más alta proporciona más detalles, pero también requiere más espacio de almacenamiento y una mayor potencia de cálculo. Por el contrario, una frecuencia de muestreo más baja ahorra recursos, pero también conlleva el riesgo de que se pierdan datos importantes.

El teorema de Nyquist: una guía básica

La frecuencia de muestreo debe ser, como mínimo, el doble de la frecuencia más alta de la señal que se va a medir, para garantizar una reconstrucción exacta de la señal. Este principio, conocido como teorema de Nyquist, asegura que una señal se registre sin pérdida de detalles. Si la frecuencia de muestreo se sitúa por debajo de este umbral (en este caso se habla de submuestreo), pueden producirse efectos de aliasing. En este fenómeno, los componentes de alta frecuencia se representan erróneamente como frecuencias más bajas, lo que da lugar a datos distorsionados y poco fiables. 

La elección de la frecuencia de muestreo depende en gran medida de la aplicación concreta. En procesos a altas velocidades, las frecuencias de muestreo elevadas son imprescindibles para registrar cambios rápidos y transitorios, como picos repentinos en las señales eléctricas. Por el contrario, en aplicaciones que requieren una monitorización a largo plazo, las frecuencias de muestreo más bajas son la mejor opción, ya que permiten registrar cambios graduales a lo largo de períodos de tiempo más prolongados, por ejemplo, la medición de variaciones de temperatura a lo largo de varios días o meses. La elección de la frecuencia de muestreo adecuada garantiza que su sistema de adquisición de datos cumpla los requisitos específicos de su aplicación, combinando precisión y eficiencia.

Imagen 1 – Teorema de Nyquist – señal original frente a señal reconstruida

Alta o baja frecuencia de muestreo: análisis de las ventajas y desventajas

Una frecuencia de muestreo alta presenta ventajas significativas, especialmente para aplicaciones en las que es necesario registrar cambios rápidos en la señal. Es indispensable para la detección de anomalías o transitorios y proporciona datos detallados sobre componentes de alta frecuencia. Sin embargo, la otra cara de la moneda es que se generan grandes volúmenes de datos que requieren mucho espacio de almacenamiento y potencia de cálculo. Además, una frecuencia de muestreo alta puede resultar desproporcionada en el caso de señales que cambian lentamente y conllevar un uso ineficiente de los recursos. 

Por su parte, una baja frecuencia de muestreo es la opción adecuada para aplicaciones centradas en la monitorización a largo plazo de datos, en las que los detalles de alta frecuencia son menos importantes. Ahorra espacio de almacenamiento y potencia de cálculo, por lo que es la solución ideal para registrar tendencias graduales a lo largo de períodos prolongados. Sin embargo, la desventaja de una frecuencia de muestreo baja es que, en determinadas circunstancias, es posible que no se registren transitorios rápidos ni cambios repentinos. En situaciones en las que estos eventos sean relevantes, esto puede dar lugar a análisis incompletos o inexactos. 

A la hora de seleccionar la frecuencia de muestreo adecuada, es necesario sopesar bien estas ventajas e inconvenientes para que el rendimiento del sistema se adapte a los requisitos específicos de su aplicación.

Lo mejor de dos mundos: las funciones «Envelope» y «Dual Sampling»

La función «Envelope» ofrece una solución eficaz para conciliar el muestreo a alta velocidad con un uso eficiente del espacio de almacenamiento. La función «Envelope» está disponible en casi todos los registradores de memoria de HIOKI. Con este enfoque, los usuarios pueden capturar detalles críticos sin sobrecargar sus recursos. En el modo «Envelope», el dispositivo muestrea a alta velocidad, pero solo registra los valores de pico —es decir, tanto los mínimos como los máximos— a una velocidad más lenta definida por el usuario. Este método garantiza que no se le escapen los transitorios ni los cambios críticos, al tiempo que se ahorra espacio de almacenamiento. Dado que la función «Envelope» también reduce el volumen total de datos, simplifica el análisis de los mismos y, además, ahorra un tiempo valioso. La función «Envelope» permite una monitorización a largo plazo de los datos sin que se pierdan detalles esenciales. 

Además de la función «Envelope», el registrador de memoria MR6000 ofrece la innovadora función de muestreo dual. Esta resulta ideal para aplicaciones que requieren tanto un muestreo detallado a alta velocidad como una monitorización a largo plazo de datos de tendencias. Al utilizar la función de muestreo dual, los datos se registran simultáneamente a dos velocidades diferentes. En el muestreo de alta velocidad se captan los transitorios y otros fenómenos inusuales hasta el más mínimo detalle, mientras que en el muestreo de baja velocidad se supervisan continuamente los datos de tendencia durante un periodo de tiempo más prolongado. Mediante disparadores definidos por el usuario, el dispositivo se centra de forma selectiva en determinados intervalos de tiempo relevantes durante el muestreo a alta velocidad, lo que garantiza un uso eficiente del espacio de almacenamiento al tiempo que asegura un registro detallado de los datos. La función de muestreo dual combina el análisis detallado de eventos con una monitorización ininterrumpida de los datos. De este modo, los usuarios tienen la certeza de que todos los datos importantes se registran de forma fiable. Las frecuencias de muestreo, los disparadores y los ajustes de memoria de la función de muestreo dual pueden personalizarse en función de cada aplicación.

Imagen 2 – MR6000 con función de muestreo dual

Con las funciones de envolvente y muestreo dual, HIOKI ofrece dos herramientas de última generación que permiten que los sistemas de adquisición de datos funcionen de forma eficiente y completa, y que se adapten a la perfección a los requisitos específicos de cada aplicación.

Aspectos clave a tener en cuenta a la hora de elegir la frecuencia de muestreo adecuada

• Utilice una frecuencia de muestreo alta para detectar transitorios
• Utilice una frecuencia de muestreo baja para la monitorización a largo plazo de datos, lo que ahorra recursos
• Tenga en cuenta el teorema de Nyquist para evitar efectos de aliasing
• Considere otros métodos de muestreo más eficientes, como la función de envolvente o la función de muestreo dual

Conclusión

La frecuencia de muestreo es mucho más que un simple ajuste. Es un parámetro decisivo para la calidad y la utilidad de sus datos. Si conoce las ventajas y desventajas de las frecuencias de muestreo altas y bajas y utiliza métodos modernos como la función envolvente y la función de muestreo dual, podrá garantizar que sus mediciones sean precisas y eficientes, y que se ajusten a los requisitos de su aplicación. 

Tanto si analiza transitorios en componentes de vehículos eléctricos como si supervisa tendencias a largo plazo en instalaciones industriales: las soluciones innovadoras de HIOKI le ayudan a recopilar los datos relevantes. Con el enfoque adecuado, podrá alcanzar un nuevo nivel de eficiencia en su recopilación de datos y obtener información importante.