Adquisición de señales analógicas y tratamiento de la información

Transcripción

1 Adquisición de señales analógicas y tratamiento de la información 3.1. Introducción. El objetivo de esta práctica es el de capturar, mediante la Data Acquisition Toolbox de Matlab, diferentes tipos de señales cambiando las propiedades de adquisición (frecuencia de muestreo, modo diferencial/single-ended, etc.). Dichas señales se representarán tanto en el dominio del tiempo como en el de la frecuencia (mediante la transformada de Fourier). Para ello se hará uso de los conceptos aprendidos en la Práctica 2 y de los scripts desarrollados con anterioridad. Esta práctica tiene numerosos procedimientos, en varios de ellos se solicita que el alumno desarrolle varios scripts en Matlab. No obstante, para completar la mayoría de los apartados solamente será necesario añadir unas pocas instrucciones al código desarrollado en la práctica 2. Otros apartados se pueden completar sin necesidad de estar en el laboratorio, por ejemplo hacer una FFT de una señal adquirida. Para poder hacer ésta fuera del laboratorio sí que es imprescindible que haga una copia de las variables y los datos del espacio de trabajo de Matlab (icono Save de la ventana Workspace ) en un archivo.mat. Posteriormente se puede importar este archivo para completar los apartados de la práctica (icono Import data de la ventana Workspace ). Existen diversos métodos para hacer una FFT en Matlab, en la página 4-16 del Data Adquisition Toolbox sugiere que se utilice la función: [f,mag] = daqdocfft(data,fs,samplespertrigger); para obtener la frecuencia y la magnitud de data con los que se podrá posteriormente hacer: plot(f,mag); 3.2. Procedimiento para el estudio del submuestreo 1º. Configure el generador de señal disponible en el laboratorio para que proporcione una señal senoidal de 945 Hz con amplitud de 3 V, sin offset. Ajuste los controles del osciloscopio para verificar la señal generada y capture una imagen de la pantalla del osciloscopio en la que se muestre dicha señal. Conecte el generador de señal al bloque de conexiones, eligiendo el modo de la tarjeta Input Type más adecuado. Rellene las tablas P3.1 y P3.2. Tabla P3.1 Control Vertical Control Horizontal Controles de Disparo VOLTS/DIV SEC/DIV Fuente Atenuación Flanco Acoplamiento Adquisición Tabla P3.2 P-3B.1

2 En el modo de la tarjeta indique:, RSE o NRSE. Para la denominación de las entradas y su número en el bloque utilice la figura 3 de la práctica 1B. 2º. Modifique el código desarrollado en la práctica 2B de manera que permita adquirir la señal proporcionada por el generador de señal (en las condiciones del apartado anterior) y se visualicen en el PC los datos adquiridos correctamente en escala temporal. Se debe muestrear la señal a 1000 muestras/s, adquiriendo en total entre 15 y 20 ciclos de la señal. Con este procedimiento aseguramos que la adquisición es correcta y se visualiza una señal senoidal sin ruido. Guarde la figura obtenida después de visualizar en el PC los datos adquiridos. Fs=1000; %Frecuencia de muestreo Poner aquí el código Matlab modificado. En los siguientes apartados NO hace falta que realice una nueva adquisición, trabaje con la variable data y añada las nuevas instrucciones al script. Puede ejecutar una parte del código si lo selecciona en el editor pulsando la tecla de función F9 Evaluate Selection. 3º. Utilizando instrucciones de Matlab, represente 5 ciclos completos de la señal adquirida en el dominio temporal. Configure el eje de abscisas para que éste represente el tiempo, no muestras. Añadir al código del apartado 2º las instrucciones necesarias para representar también la transformada de Fourier de la señal adquirida completa, únicamente para el rango de frecuencias en el que la energía sea significativa. Guarde las figuras obtenidas y responda a las siguientes preguntas: - A cuál frecuencia aparece la magnitud máxima?. - Tiene este valor alguna relación con la frecuencia de la señal del generador de funciones y/o con la frecuencia de muestreo?. Justifique formalmente su respuesta. Por ejemplo: Fs=1000; %Frecuencia de muestreo Poner aquí el código Matlab modificado en el apartado 2º. Poner aquí el código Matlab modificado en el apartado 3º. %La variable nvi selecciona el número de ciclos de la señal que se desea visualizar nvi=5; 4º. Modifique la frecuencia de la señal del generador de funciones del laboratorio, pasando ahora a ser de 1050 Hz, y repetir los apartados anteriores (1º, 2º y 3º). Obtenga de nuevo la frecuencia del máximo espectral (mediante la representación de la P-3B.2

3 transformada de Fourier) y justifique este valor en relación con la frecuencia de la señal y/o su frecuencia de muestreo. 5º. Genere ahora una señal con las mismas características que la del apartado 1º, y utilice una frecuencia de muestreo de muestras/s. Adquiera entre 15 y 20 ciclos de la señal. Modifique convenientemente el código de los apartados anteriores, y represéntela en los dominios temporal y frecuencial. Justifique el valor de frecuencia del máximo espectral, y relacione con los valores de frecuencias que intervienen. Compare con los casos en los que la frecuencia de muestreo era de 1000 muestras/s. Justifique dicha comparación. Fs=1000; %Frecuencia de muestreo Poner aquí el código Matlab modificado en el apartado 2º. Poner aquí el código Matlab modificado en el apartado 3º. %La variable nvi selecciona el número de ciclos de la señal que se desea visualizar nvi=5; Poner aquí el código Matlab modificado en el apartado 5º. Fs=10000; % Nueva frecuencia de muestreo 3.3. Procedimiento para trabajar con Offset 6º. Genere una señal triangular de 2V de amplitud, 200Hz de frecuencia, y sin offset. Verificar la señal generada y capturar una imagen de dicha señal en la pantalla del osciloscopio. Conecte el generador de señal al bloque de conexiones, eligiendo el modo de la tarjeta Input Type más adecuado. Rellene las tablas P3.3 y P3.4. Tabla P3.3 Control Vertical Control Horizontal Controles de Disparo VOLTS/DIV SEC/DIV Fuente Atenuación Flanco Acoplamiento Adquisición Tabla P3.4 P-3B.3

4 7º. Desarrolle un código en Matlab que permita adquirir dicha señal y visualizar la señal adquirida correctamente en escala de tiempo. Muestrear la señal a muestras/s, adquiriendo en total entre 15 y 20 ciclos de la señal. Fs=20000; %Frecuencia de muestreo Poner aquí el código Matlab modificado. 8º. Represente 4 ciclos de la señal adquirida en el dominio temporal. Represente también la transformada de Fourier. Justifique la representación frecuencial y los valores obtenidos en función de la señal de entrada. Fs=20000; %Frecuencia de muestreo %La variable nvi selecciona el número de ciclos de la señal que se desea visualizar nvi=4; Poner aquí el código Matlab modificado (Puede utilizar los scripts ya desarrollados anteriormente). 9º. Modifique la señal de entrada, añadiendo un offset de 1V, y repita los apartados 7º y 8º Qué diferencias se observan frente las representaciones de la señal sin offset? Justifique nuevamente la representación frecuencial y los valores obtenidos para esta nueva señal Procedimiento para el recorte del nivel de la onda 10º. Genere una señal senoidal de 8V de amplitud, 500Hz de frecuencia, y sin offset. Verifique la señal generada y capture una imagen de dicha señal en la pantalla del osciloscopio. Conecte el generador de señal al bloque de conexiones, eligiendo el modo de la tarjeta Input Type más adecuado. Rellene la tabla P3.5 Tabla P3.5 11º. Desarrolle un código en Matlab que permita adquirir dicha señal y visualizar la señal adquirida correctamente en escala de tiempo. Muestrear la señal a muestras/s, adquiriendo entre 15 y 20 ciclos de la señal, y configure el rango de entrada a ±10V. 12º. Represente 4 ciclos de la señal adquirida en el dominio temporal. Represente también su transformada de Fourier. Justifique las representaciones obtenidas. P-3B.4

5 13º. Modifique ahora el rango de entrada de la adquisición, de forma que éste sea de ±5V, manteniendo la misma señal. Relice la adquisición de dicha señal y represéntela en los dominios temporal y frecuencial. Qué diferencias se observan frente a las representaciones del apartado 12º? Poner aquí el código Matlab modificado (Puede utilizar los scripts ya desarrollados anteriormente) para justificar el procedimiento Procedimiento para el estudio de la resolución de la transformada de Fourier 14º. Genere una señal cuadrada de 100 mv de amplitud, 400 Hz de frecuencia, y con 100 mv de offset. Verifique la señal generada y capture una imagen de dicha señal en la pantalla del osciloscopio. Conecte el generador de señal al bloque de conexiones, eligiendo el modo de la tarjeta Input Type más adecuado. Rellene la tabla P3.6 Tabla P3.6 15º. Desarrolle un código en Matlab que permita adquirir dicha señal y visualizar la señal adquirida correctamente en escala de tiempo. Muestrear la señal a muestras/s, adquiriendo en total 100 ms. 16º. Represente 4 ciclos de la señal adquirida en el dominio temporal. Represente también su transformada de Fourier. 17º. Repetir los apartados anteriores adquiriendo ahora 10 segundos. Qué diferencias se observan frente a las representaciones del apartado 16º? Poner aquí el código Matlab modificado (Puede utilizar los scripts ya desarrollados anteriormente) para justificar el procedimiento Procedimiento para el estudio de los Modos diferencial y single-ended 18º. Con el generador de funciones configure cinco señales senoidales de 1000 Hz de frecuencia sin offset, y de amplitudes de 1 Vpp, 500 mvpp, 100 mvpp, 50 mvpp y 10 mvpp, respectivamente. Realice la adquisición de las cinco señales utilizando dos modos, el modo y uno de los modos single-ended (RSE o NRSE). Realice el análisis de las diferencias entre la adquisición en modo diferencial y uno de los modos P-3B.5

6 single-ended (RSE o NRSE). Determine experimentalmente dicha amplitud. Verifique la señal generada y capture una imagen de dicha señal en la pantalla del osciloscopio. Conecte el generador de señal al bloque de conexiones, eligiendo el modo de la tarjeta Input Type. Rellene las tablas P3.7, P3.8, P3.9 y P3.10. Tabla P3.7 Tabla P3.8 RSE RSE Tabla P3.9 NRSE NRSE 19º. Desarrolle un código en Matlab que permita adquirir dicha señal en el modo diferencial y uno single-ended. Visualice la señal adquirida correctamente en escala de tiempo. Muestrear la señal a muestras/s, adquiriendo en total 100 ms. Poner aquí el código Matlab modificado (Puede utilizar los scripts ya desarrollados anteriormente) para justificar el procedimiento º. Represente 4 ciclos de la señal adquirida en el dominio temporal. Represente también su transformada de Fourier. 21º. Obtenga los valores de SNR de las señales suponiendo como referencia la señal generada (senoidal pura). Indicar también la conveniencia de utilizar uno u otro modo de adquisición en función de la amplitud de la señal. Tabla P3.9. Valores de SNR, en db. Señal generada Modo diferencial Modo single Tensión mvpp Potencia Potencia Ruido SNR Potencia Single Ruido Single SNR Single P-3B.6