Ingeniero Físico, MSc. en Física Esteban González Valencia Marzo de 2014

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLÍN FACULTAD DE CIENCIAS-ESCUELA DE FÍSICA MAESTRÍA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES CURSO: ENSEÑANZA DE LA FÍSICA MECÁNICA- ANÁLISIS DE LAS SEÑALES OBTENIDAS MEDIANTE EL SONOSCOPIO DEL PAQUETE PhysicsSensors Ingeniero Físico, MSc. en Físic Esten González Vlenci Mrzo de Pr nlizr correctmente l señl que nos muestr el sonoscopio de PhysicsSensor pr dispositivos móviles (celulres y tlets) se dee entender que estos detectn cmios en voltje en l fotoresistenci cundo lter su estdo de iluminción, es decir, cundo l sensor de l fotocompuert cmi de estr ilumindo oscuridd o cundo ps de oscuridd iluminción. En l Figur 1 se oserv un señl dquirid en el sonoscopio cundo el sensor de l fotocompuert ps de estr ilumindo estr en oscuridd. Se puede identificr como punto clve quel en donde l señl del sonoscopio cmi drásticmente, Figur 1, y se oserv un crecimiento repentino de l señl. Adicionlmente se puede oservr que luego de dicho cmio, l señl no regres cero, sino que muestr un señl más complej. Est señl se present deido que no hy otros cmios en l iluminción del sensor de l fotocompuert y por lo tnto el celulr (o tlet) filtr l señl hst que ést regres nuevmente cero como se ilustr en l Figur 1. L explicción del porqué éste tipo de señles son filtrds rdic en que l trjet de sonido de estos dispositivos está diseñd pr trjr jo el estímulo de l voz humn cuyo rngo de frecuencis en un conversción oscil entre 250 Hz y Hz (el periodo de ls señles oscil entre 0,004 s y 0,00033 s): culquier señl que teng un periodo fuer de este rngo será filtrd por el dispositivo. Figur 1. Señl otenid en el sonoscopio cundo el sensor de luz de l fotocompuert ps de estr en ilumindo estr en oscuridd (l luz es ostruid por un ostáculo).

2 El mismo nálisis se puede relizr cundo el sensor de l fotocompuert ps de estr en oscuridd estr ilumindo. En este cso se puede identificr como punto clve quel en donde l señl del sonoscopio cmi drásticmente, Figur 2, y se oserv un decrecimiento repentino de l señl. Por último l señl es filtrd como en el cso nterior. Si se oserv con detenimiento se puede concluir que los dos gráficos son uno el inverso del otro. 2 Figur 2. Señl otenid en el sonoscopio cundo el sensor de luz de l fotocompuert ps de estr en oscuridd estr ilumindo (el ostáculo sle de l zon donde ostruye l luz de l fotocompuert). Tl 1. Resumen de los tipos de señl TIPO DE CAMBIO EN LA FOTOCOMPUETA CAMBIO QUE SE OBSERVA EN EL SONOGRAMA EJEMPLO DE LA SEÑAL Luz Oscuridd Crecimiento repentino de l señl Oscuridd Luz Decrecimiento repentino de l señl

3 En generl siempre se v tener más de un solo cmio en el estdo de iluminción del sensor de l fotocompuert, y pr poder identificr ien l señl hy que tener en cuent cuál fue ojeto que moduló l señl. A continución se presentn lgunos ejemplos comunes de señles otenids con l fotocompuert y diferentes ostáculos. Ejemplo 1: Ostáculo grnde (o que se mueve lentmente) trvés de l fotocompuert, Figurs 3 y 3. 3 Figur 3. Señl otenid en el sonoscopio deid l pso de un ojeto grnde/lento. L principl crcterístic de éste cso es que se pueden identificr clrmente ls dos señles que gener el ostáculo cundo ps trvés de l fotocompuert, y ms se pueden oservr de principio fin (desde donde se present el cmio de iluminción hst que l señl es filtrd). Si se oserv l señl en detlle, se puede ver primero un señl que crece respecto l horizontl y que corresponde l momento en que el ostáculo ostruye l luz que le lleg l fotocompuert. Luego l señl es filtrd y permnece en cero hst que se d el siguiente cmio l señl ce drásticmente respecto l horizontl. Est segund prte de l señl corresponde l momento cundo el ostáculo ps totlmente l frente de l fotocompuert y l luz regres l sensor de luz. Se presentn señles de éste tipo cundo un ojeto lento o muy grnde ps trvés de l fotocompuert. Ejemplo 2: Ostáculo pequeño (o que se mueve rápidmente) trvés de l fotocompuert, Figurs 4, 4.

4 4 Figur 4. Señl otenid en el sonoscopio deid l pso de un ojeto pequeño/rápido Este tipo de se señles se crcterizn porque se superponen ls señles de entrd y de slid del ojeto. En l Figur 4 se mrc el punto (izquierd) donde el ojeto ostruye l luz que lleg l sensor. Luego l señl comienz ser filtrd, sin emrgo, ntes de que dicho proceso termine el ostáculo sle de l fotocompuert y l luz regres nuevmente l sensor generndo l señl de slid, que comienz en el segundo punto señldo (derech) de l Figur 4, donde l señl ce drásticmente Ejemplo 3: Ostáculo muy pequeño y que se mueve rápido (Almre delgdo). En éste cso se puede oservr que cundo un ojeto pequeño ps lo suficientemente rápido l frente de l fotocompuert est solo detect el primer cmio de voltge y gener un señl, Figur 5, exctmente igul l generd por un cmio Luz Oscuridd en el sensor de l fotocompuert. Si se compr l Figur 1 con l Figur 5 se podrá corroorr que no hy diferencis importntes entre ls dos señles. Este tipo de señles se presentn, por ejemplo, cundo un lmre delgdo se t un péndulo simple, y el lmre trvies l fotocompuert mientrs está oscilndo.

5 5 Figur 5. Señl otenid en el sonoscopio cusd por el pso de un ojeto muy pequeño y que se mueve grn velocidd Ejemplo 4: Rnur muy pequeñ y que se mueve rápido (regl cer con un sol rnur). En éste cso se puede oservr que cundo un pequeñ rnur ps lo suficientemente rápido l frente de l fotocompuert est solo detect el primer cmio de voltje y gener un señl, Figur 6 exctmente igul l generd por un cmio Oscuridd Luz en el sensor de l fotocompuert. Si se compr l Figur 2 con l Figur 6 se podrá corroorr que no hy diferencis importntes entre ls dos señles. Figur 6. Señl otenid en el cusd por el pso de un regl cer con un sol rnur. Este tipo de señles se pueden presentr cundo un regl cer con un sol rnur destpd ps trvés de l fotocompuert. En l figur 6 se oserv l señl generd por el pso de dich regl trvés de l fotocompuert, donde se pueden identificr 3 cmios generdos: cundo un extremo de l regl lleg l ltur de l fotocompuert y ostruye el pso de luz l sensor (izquierd),

6 cundo l rnur ps l frente del sensor y dej psr luz (centro) y finlmente cundo el otro extremo de l regl cer ps y nuevmente lleg luz l detector (derech). Ejemplo 5: Regl cer en movimiento celerdo. En l Figur 7 se muestr l señl que gener un regl cer l psr por l fotocompuert. Lo primero que se dee identificr son los picos generdos por los extremos ire/regl l entrd y l slid de l fotocompuert. Estos picos se resltn en l Figur 7. 6 Figur 7. Señl otenid deido l pso de un regl cer con 15 rnurs. Según esto, los picos presentes en el medio corresponden l pso de cd un de ls rnurs por el frente de l fotocompuert. Pr ser cómo medir, existen tres lterntivs: tomr como referenci los picos superiores, Figur 8, tomr como referenci los picos inferiores, Figur 8, o tomr como referenci el punto de cmio de concvidd, Figur 8c. Al nlizr l señl, se oserv que los picos (tnto superiores como inferiores) no son cusdos por un cmio físico en el estdo de iluminción del sensor, sino que hcen prte del proceso de filtrdo que sufre l señl. L señl cusd por los cmios en el estdo de iluminción del sensor son los puntos de cmio de concvidd (donde dece drásticmente), los cules se muestrn en l Figur 8c. En principio, siempre que se posile se dee leer los tiempos socidos l posición de l regl dichos puntos, unque si el nálisis de l señl se dificult, se puede recurrir nlizr los picos inferiores o en últim instnci los picos superiores. Esto es posile y que el tiempo que demor el proceso de filtrdo es igul pr l señl de cd rnur, por lo que el nálisis es equivlente.

7 7 c Figur 7. Análisis de l señl otenid deido l pso de un regl cer con 15 rnurs FIN