intro señales

8/2/2019 intro seales

1/48

UNIDAD 2:ACONDICIONAMIENTO DE

SEALES

CONCEPTOS BSICOS


2/48

SEALES

Las seales pueden describiruna amplia variedad de

fenmenos fsicos. Aunque lasseales pueden representarse demuchas formas, en todos loscasos la informacin en una sealest contenida en un patrn devariaciones que presenta algunaforma determinada


3/48

Clasificacin de lasSeales

Como el nombre lo sugiere, esta clasificacin se puede establecer, despus de saber si eleje del tiempo (eje de las abscisas) como se muestra en la figura, es discreto o continuo. Una

seal continua en el tiempo tendr un valor para todos los nmeros reales que existen en

el eje del tiempo. En contraste a esto, una seal discreta en el tiempo es comnmentecreada utilizando el Teorema de Muestreo para discretizar una seal continua, de estamanera la seal nada mas tendr valores en los espacios que tienen una separacin igual yson creados en el eje del tiempo.

Seales discretas y continuas en el tiempo


4/48

Una seal determinstica esuna seal en la cual cada valor est

fijo y puede ser determinado poruna expresin matemtica, regla, otabla. Los valores futuros de estaseal pueden ser calculadosusando sus valores anterioresteniendo una confianza completa

en los resultados.

Una seal aleatoria, tiene

mucha fluctuacin respecto a sucomportamiento. Los valoresfuturos de una seal aleatoria no sepueden predecir con exactitud, solose pueden basar en los promediosde conjuntos de seales con

caractersticas similares.

Seales determinstica

Seales Aleatoria


5/48

Son seales que tienen energa finita,por lo que son limitadas en tiempo. Se define

la energa como:

E = S| x(n)|2

Se dice que una seal es de energa, siy slo si la energa total de la seal satisfacela condicin

0 < E<

Seales de energias

Se describen en trminos de potencia las sealesPeridicas, o Aleatorias estacionarias o no limitadas en t.

Se define la potencia como

Se dice que una seal es de potencia, si y slosi la potencia promedio de la seal satisface lacondicin

0 < P<

Seales de Potencia


6/48

Seales Peridicas y No peridicas

Las seales peridicas son las que se repiten con un periodo T, mientras las seales

aperidicas o no peridicas no se repiten. Podemos definir una funcin peridicamediante la siguiente expresin matemtica, donde t puede ser cualquier nmero y T esuna constante positiva:

El periodo fundamental de esta funcin, f (t), es el valor ms pequeo de T quepermita la validacin de la expresin.

Seales Peridicas

Seales No peridicas


7/48

Hay una clase de seales elementales cuyos miembros tienen formas matemticasmuy simples pero que son discontinuas o tienen derivadas discontinuas. Debido a queestas seales no tienen derivadas finitas de ningn orden, generalmente se las denominaseales o funciones singulares. Estas seales singulares ms comunes en el anlisis deseales y sistemas son la sinusoidal, la exponencial, rampa, el escaln unitario y el impulsounitario Delta Dirac.

Seales Especiales

Seales sinusoidal

Seales exponenciales

Funcin Rampa

Seal escaln

Seales Delta de Dirac

SealesEspeciales


8/48

Probablemente la seal elemental ms importante y usada. En su forma detiempo-continuo, la forma general de la funcin se expresa as

=

Es la frecuencia angular

A es la amplitud

Es la diferencia de fase

A

Las seales sinusoidales son peridicas, esto hace que

su periodo, o cualquier seal peridica puedan serexpresada de la siguiente manera:

Seales Sinosuidal


9/48

Tal vez esta seal es tan importantecomo la sinusoidal, la funcin deexponencial complejo se convertir en unaparte crtica para el estudio de seales ysistemas. La expresin general se escribede la siguiente manera

donde s, mostrado abajo, es unnmero complejo en trminos de , conuna fase constante, y con siendo lafrecuencia:

Funciones de ExponencialesComplejos

Exponenciales reales

Como el nombre lo implica, los exponenciales realescontienen nmeros no imaginarios y son simplementeexpresados de la siguiente manera

donde B y son parmetros reales. Las funciones de

exponencial complejo oscilan, sin embargo, esta sealnada ms crece o decae dependiendo del valor de

Exponencial que decae, cuando < 0

Exponencial que Crece, cuando > 0

Seales exponenciales


10/48

La seal o Impulso Unitario Delta Dirac,

representado en la forma (t), no es una funcin enel sentido matemtico usual. Pertenece a una claseespecial de funciones conocida como funcionesgeneralizadas o distribuciones, y se definemediante un proceso o regla de asignacin en vezde una ecuacin. El impulso unitario Delta Dirac sedefine entonces mediante la integral

donde X(t) es una funcin cualquieracontinua en t = 0. El impulso unitario Delta Diracse representa en la forma mostrada en la figura

Mediante un cambio de variables en la integralya definida, se puede demostrar la conocida Propiedadde Muestreo o Cernido del impulso unitario DeltaDirac. En efecto, si x(t) es continua en t = to, se verificaque

Esta ltima expresin establece que el rea deun impulso unitario es la unidad. Quiere decirtambin que los coeficientes constantes que afecten

el impulso unitario representan el rea del mismo.Estas propiedades se han utilizado tambin paradefinir el impulso unitario. Se pueden interpretardiciendo que (t t0) tiene rea unitariaconcentrada en el punto discreto t0 y rea cero encualquiera otra parte.

Seales Delta Dirac


11/48

La Seal escaln o funcin de Heaviside:est definida para todo xR y tiene unvalor arbitrario en el origen:

La funcin de Escaln unitario es una seal

muy til para probar y definir otras seales.Por ejemplo, usando varias de estas sealesmovidas en el tiempo y multiplicadas por otrasseales, se puede obtener alguna porcin dela seal por la que fue multiplicada y eliminarel resto

Seal Escaln

Esta funcin est relacionada con la sealescaln. La funcin Escaln unitario va desde cero auno instantneamente, pero esta funcin es la quemejor se parece a una funcin en la vida real, dondese necesita un tiempo para que la seal vayaincrementndose desde cero a su valor ajustado, eneste caso uno. La funcin rampa est definida as:

Seal Rampa


12/48

Sistemas

SistemaX(t) Y(t)

Un sistema es cualquier transformacin realizada sobre una seal. En la figura se representa un sistemaen done la cantidad X(t) representa la entrada o excitacin del sistema, mientras que la cantidad Y(t)representa la correspondiente salida o respuesta

Propiedades Bsicas de los Sistemas

Un sistema es casual si su salida encualquier instante de tiempo depende solode los valores de la entrada en el momento

presente y en el pasado. A menudo, a dichosistema se le llama no anticipado, ya que lasalida del sistema no anticipa valores futurosde la entrada. En consecuencia, si dosentradas a un sistema casual son idnticashasta algn punto en el tiempo t0 o n0, lassalidas correspondientes deben ser tambiniguales hasta ese mismo tiempo.

a) Para que un sistema tpico sea causal... b) la salida en tiempo t0, y (t0),puede solamente depender de la porcin de la seal de entrada antes t0

a)

b)

Casualidad


13/48

Un sistema lineal es aquel que posee la importante propiedad de superposicin: si una entrada consiste enla suma ponderada de varias seales, entonces la salida es simplemente la superposicin (es decir, la sumapondera) de las respuestas del sistema a cada una de estas seales. Matemticamente, sea Y1(t) la respuestadel sistema continuo a una entrada X1(t), y sea Y2(t) la salida correspondiente a la entrada X2(t). Entonces elsistema es lineal si:

La respuesta a X1(t) + X2(t), es Y1(t) + Y2(t)La respuesta aX1(t) es Y1(t), donde a es una constante compleja cualquiera.

La primera de estas dos propiedades se conoce como la propiedad de actividad; la segunda se conocecomo la propiedad de escalamiento u homogeneidad. Aunque se ha escrito esta descripcin usando sealescontinuas, la misma definicin se cumple para las seales discretas.

Un diagrama de bloque demostrando la propiedad desuperposicin de linealidad

Linealidad


14/48

Un sistema invariante en el tiempo es aquel que no depende de cuando ocurre: la formade la salida no cambia con el retraso de la entrada. Es decir que para un sistema H donde H (f(t)) = y (t), H es invariante en el tiempo si para toda T

Este diagrama de bloque muestra la condicin de la invariante en el tiempo. LaSalida es la misma si el retraso es colocado en la entrada o en la salida.

Cuando esta propiedad no aplica para un sistema, entonces decimos que el sistema esvariante en el tiempo o que vara en el tiempo.

Invariabilidad en el tiempo


15/48

2.1 RELACIN SEAL/RUIDO


16/48

Ruido

El ruido es una seal formada por una mezclaaleatoria de longitudes de onda.

En sistemas de comunicaciones el trminoruido designa una seal que no contieneinformacin.

El ruido blanco est formado por todas las

frecuencias audibles, igual que la luz blancaest formada por todas las frecuenciasvisibles.


17/48

Ruido

Cualquier voltaje o corriente no deseada

que eventualmente aparece en un receptor decomunicaciones es considerado como ruido.

El ruido es aditivo, afecta directamente a laseal transmitida.


18/48

Ruido

Generalmente el ruido es una seal muypequea (V), sin embargo es un problemadebido a que el receptor es un equipo

sensitivo que amplifica la seal recibida paraas procesarla, por tanto tambin amplifica elruido.


19/48

Ruido

Se maneja en dB

Se mide a travs de la seal que interfiere enuna relacin S/R.


20/48

Ruido

El modelado o manejo de un sistema afectadopor ruido se realiza a travs de la relacin

r(t)=s(t)+n(t)

Para medir el desempeo de un sistema frenteal ruido utilizamos la relacin de potencia deseal vs ruido (S/R o SNR)


21/48

ACONDICIONAMIENTO DESEALES

Procesamiento adecuado que se le hace a unaseal de salida de un transductor para servisualizada o trabajada en la etapa de

operacin. Amplificacin

Interferencias (ruido)

Linealizacin Etc.


22/48


Los sistemas de instrumentacin se puedenclasificar en dos clases:

Analgicos

Digitales


23/48


Algunos procesos que se pueden presentar enel acondicionamiento.

Proteccin para evitar dao a siguiente elemento.

Convertir una seal en un tipo de seal adecuado.Sera el caso cuando es necesario convertir una

seal a un voltaje de cd a una corriente o presin. Obtencin del nivel adecuado de la seal. En

muchos casos es necesario amplificar una sealpara que est pueda ser leda.


24/48


Algunos procesos que se pueden presentar enel acondicionamiento.

Eliminacin o reproduccin de ruido.

Manipulacin de la seal. Por ejemplo, convertiruna variable en una funcin lineal.


25/48

ACTIVIDAD DE EVALUACIN

Investigue los siguientes temas:

Canal de acondicionamiento de seal formaaustera.

Canal de acondicionamiento de seal de altorendimiento.


26/48

2.2. GUA DEL DISEO DEACONDICIONAMIENTO DE SEALES


27/48

GUA DISEO

Porqu se debe acondicionar una seal?

Qu es el acondicionamiento de seales?


28/48

Descripcin la forma fsica en la que sepresenta la seal.

Descripcin matemtica de las operacionescon seales.

Considerar las conversiones entre dominios de

seal realizados por los circuitos analgicos.


29/48

Sensores resistivos

Resistencia variable (potencimetro). Circulares Rectilinios

Helicoidales


30/48


31/48

Sensores resistivos

Ejemplo de clculo.


32/48

2.3. CANAL DE ACONDICIONAMIENTODE SEAL FORMA AUSTERA

2.4. CANAL DE ACONDICIONAMIENTODE SEAL DE ALTO RENDIMIENTO.


33/48

CANALES DEACONDICIONAMIENTO DE SEAL

Forma austera Alto rendimiento

Definiciones:

El bus (o canal): es un sistema digital quetransfiere datos entre los componentes de una

computadora o entre computadoras. Estformado por cables o pistas en un circuitoimpreso, dispositivos como resistores ycondensadores adems de circuitos integrados ydems dispositivos electrnicos.


34/48


Alto rendimiento: Se dice de los dispositivos quepresentan bajas perdidas en el proceso de entradasalida. Calidad. Digital.

Austero: Rgido sin variantes o limitado en susatribuciones. Analgico.


35/48


El propsito de la adquisicin de datos esmedir fenmenos fsicos o elctricos talescomo voltaje, corriente, temperatura, presin

o sonido. La adquisicin de datos basados en PC utilizan

una combinacin de hardware de medida ysoftware para proporcionar un sistema flexibley definido por el usuario para automatizarmediciones y hacer los datos disponibles paraanlisis.


36/48


Mientras que cada sistema de adquisicin dedatos es definido nicamente por susrequerimientos de aplicacin, cada sistema

comparte el objetivo comn de adquirir,analizar y presentar informacin.

Como sabemos una manera de adquirir datoses con sensores y estos sensores utilizan buses


37/48



38/48


Existen dispositivos alimentados por bus queproporcionan hasta 32 canales de entradas

analgicas y tasas de muestreo de hasta 400kS/s; los dispositivos de alimentacin externaofrecen hasta 80 canales de entradas

analgicas a una tasa de hasta 1.25 MS/s. Tambin existen aquellos con canales de

entrada digital


39/48



40/48


Multiplexado:Con el multiplexado un sistema de medidapuede enrutar en secuencia mltiples seales

a un solo digitalizador adems de brindar unamanera rentable de incrementar la cuenta decanales del sistema. Normalmente se necesita

multiplexado para todas las aplicaciones demuchos canales.


41/48



42/48

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE

Revise el material proporcionado y defina elconcepto de multiplexado y de adquisicin dedatos.

Tiempo 15 min.


43/48

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE

Revise el material sobre protocolo decomunicacin RS232.

Realice una exposicin del mismo en acetato

por equipo (binas)

Exponga en clase sus conclusiones.

Tiempo 30 min.


44/48

PROTOCOLO RS-232

1810. Von Soemmering, utiliz 26 cables (1por cada letra del alfabeto)

Morse: Invent dispositivo que enviaba

sonidos cortos y largos (espacio y marca = 0 y1)

Cdigo morse = comunicacin serial.


45/48

PROTOCOLO RS-232

Conectores DB-9 o DB-25

Comunicacin asncrona

Informacin se intercala a travs del protocoloRS-232.

Bit de inicio.

Bit de parada

Bit de paridad.


46/48

PROTOCOLO RS-232


47/48

PROTOCOLO RS-232


48/48

PROTOCOLO RS-232

intro señales

Documents