4.4 Experiments and Results on Real Data
5.2.3 Instance Segmentation
Metodología de medición con sistemas de captación de movimiento
Por desgracia, las medidas realizadas por los vibrómetros son fuertemente dependientes de la metodología empleada, sin embargo, aplicando unas sencillas reglas podemos aumentar la fiabilidad de estas medidas consid- erablemente.
En nuestro caso concreto, en el que la membrana del transductor se encuentra tras una rejilla metálica, hay que asegurar que el haz se encuentra centrado en la perforación concreta bajo estudio. Para ello es necesario emplear un posicionador de precisiónxyzy disponer tanto elarraycomo el vibrómetro de tal forma que podemos controlar las inclinaciones relativas de los mismos. En la Figura5.18se refleja la instrumentación empleada a tal efecto.
La primera condición a cumplir es la de la ortogonalidad del haz. Una vez realizado un ajuste del foco grueso, se juega con ambos elementos hasta conseguir que el ligero reflejo del haz sobre el array desaparezca de la superficie plana, tal y como se indica en la Figura5.18A. Teniendo en cuenta que la sombra del propio vibrómetro
es relativamente grande, el ajuste obtenido es grosero, pero suficientemente bueno como para la obtención de una medición fiable y cumplir las condiciones que se suelen imponer en la literatura (sirvan de ejemplo:Fukushima
et al.[2009],Halkon et al.[2003]).
Si observamos la configuración expuesta en la Figura 5.18A, con las coordenadas y y zseleccionamos se
reservan para configurar el posicionamiento, mientras quexse emplea como un ajuste fino del foco.
Este sistema va a ser empleado para determinar la impedancia mecánica de la membrana (véase Sección6.2.3), así como el funcionamiento de la misma, del mismo modo que se describe enBuhrdorf et al.[2003], donde se caracterizan transductores de tipoc-MUTs.
5.8.4.
Medidas de tensión
Como se verá más adelante, en esta Tesis se realizan básicamente dos tipos de experimentos atendiendo a la longitud de las señales de test que condicionan el protocolo de medida y la instrumentación necesaria.
Todos aquellos experimentos referentes al comportamiento del sistema frente a señales tonales pueden ser obtenidos empleando el par generador–osciloscopio. Las medidas realizadas con este propósito (valoración de la no linealidad, memoria etc.) no requieren señales de gran longitud, aunque sí que es necesario asegurar una frecuencia de muestreo adecuada para capturar la señal en generación tras la modulación, lo que implica trabajar a frecuencias de muestreo superiores a las habituales en aplicaciones tradicionales de audio. En este caso, y dado que nos encontramos ante sistemas de instrumentación complejos, sólo es necesario asegurar que los márgenes dinámicos de la señal no dañan los equipos, ya que las tensiones empleadas para alimentar los transductores son altas. Para prevenir este problema es necesario emplear sondas de atenuación. En el caso de la salida directa del amplificador se ha de aplicar una atenuación de×10, mientras que para la señal polarizada la atenuación necesaria es de×100. Dado que todos los equipos necesarios para este tipo de medidas presentan impedancias de salida bajas y de entrada altas, no es necesario emplear ningún sistema intermedio que asegure la transferencia de potencia entre el generador y el amplificador.
Por otro lado nos encontramos las pruebas que implican señales de test considerablemente largas. En estos casos es necesario recurrir a un sistema síncrono de generación y recogida de datos. Dado que trabajamos en dos banda diferentes, el sistema de adquisición de datos ha de ser capaz de generar y recoger datos síncronamente a frecuencia de muestreo, al menos superior a 200 kHz. Por desgracia, estos elementos suelen presentar problemas de adaptación de impedancias, ya que al contrario de lo que sucede al realizar medidas mediante el par generador– osciloscopio, la impedancia de entrada del sistema no es configurable. Por tanto, para asegurar un adaptación de impedancias adecuada se ha de intercalar circuitería específica, como se verá a continuación.
5.9.
Configuración del sistema de generación y adquisición de
datos
Una de las tareas fundamentales a la hora de identificar procesos físicos es la de adecuar los sistemas de generación y adquisición de señales. En el proceso que nos atañe se involucran señales con características diversas, ya que estas provienen de diferentes sistemas de transducción y equipos eléctricos.
Básicamente, nos encontramos con un sistema en el que es necesario generar una única señal y monitorizar varias. La sincronización en todos los casos es crítica, y a pesar de introducir mecanismos, como preámbulos, que garantizan esta sincronía, hemos de aplicar un reloj común a la toma y generación de datos. En secciones posteriores se pormenorizará este tipo de adquisición de datos, ya sea con equipamiento convencional o basado en sistemasDAQ.
Como ya se ha mencionado, una de las características específicas de la problemática planteada en este Tesis es la diversidad de magnitudes y tipos de señales a monitorizar. En el caso del material de instrumentación, esto no supone un gran problema, porque estos equipos presentan bajas impedancias de salida y no modifican sustancialmente el proceso de transmisión. Sin embargo, la salida delDAQno garantiza el filtradoantialiasing
adecuado ni una impedancia de salida correcta. Además, el hecho de trabajar con dos bandas frecuenciales de análisis (ultrasónica y sónica) nos obliga a diseñar un sistema de remuestreo que asegure la fiabilidad de la medición. En esta Sección se ofrecen soluciones adecuadas para solventar estos dos problemas.
5.9.1.
Adaptación de impedancias y margen dinámico del DAQ
Como el objetivo de todo el prototipo es identificar únicamente el sistema dearray paramétrico, este pream- plificador/adaptador de impedancias ha de ser lo más transparente posible a la medida. El objetivo es conseguir un sistema que ofrezca una impedancia de entrada considerablemente más alta que la de salida, y a su vez, que elimine completamente la componente continua, así como asegurar un filtradoantialiasingadecuado.
En nuestro caso hemos elegido los filtros activos, principalmente por tres razones:
El diseño de filtros activos prescinde de la utilización de inductores. Esto supone una gran ventaja, ya que los condensadores que los sustituyen poseen propiedades físicas mejores, dado que presentan menores desviaciones con respecto a su comportamiento ideal.
La resistencia de salida de los amplificadores operacionales es muy baja, sobre todo cuando trabajan en modo realimentado. Normalmente, esta impedancia es mucho menor que la de los componentes activos que la siguen. Esto permite diseñar filtros por etapas, lo que simplifica mucho el diseño.
Como las etapas son independientes, podemos diseñar filtros complejos que no se restringen a los habituales presentes en las tablas. Por tanto, en un principio, con esta metodología podríamos adaptarnos a cualquier tipo de gálibo inicial.
La mayor restricción que presenta este tipo de arquitecturas es que no pueden emplearse en sistemas de alta potencia ni a altas frecuencias. Como en nuestro caso funcionan como sistema de adaptación previo al paso de amplificación, no se demandarán tensiones muy elevadas a la salida de este dispositivo, y por tanto esta restricción no nos afecta.
Como base del diseño, hemos optado por la arquitectura Sallen-Key, debido a las ventajas estructurales que presentaSu[1996]. Esta topología es la más conocida y empleada en la elaboración de filtros activos. También se conoce como fuente de tensión controlada por tensión o por su acrónimo: VCVS. R.P. Sallen y E.L. de los Laboratorios Lincoln la presentaron por primera vez en 1955. Permite construir filtros paso-bajo, paso-alto, paso banda, banda eliminada y paso-todo, sin necesidad de incluir bobinas en el circuito. Otra propiedad que hace a esta topología tan popular es que minimiza la dependencia del filtro del producto del ancho de banda por la ganancia del operacional, así, para un mismo operacional y con otra topología conseguiríamos cubrir un ancho de banda menor. Como además tanto las resistencias como los condensadores que son necesarios para implementar el filtro no varían mucho entre sí, su fabricación en serie es considerablemente sencilla.
− + vin Vn Vp vout Z1 Z2 Z4 Z3 Rg2 Rg1