Medición y análisis de señales acústicas chirp
Medición remota y sin contacto de vibraciones acústicas en un amplio rango de frecuencias mediante el vibrómetro láser Doppler Ommatidia Q2.
Esta prueba demuestra la capacidad del vibrómetro láser Doppler Q2 de Ommatidia para generar, registrar y medir ópticamente señales acústicas de chirp de banda ancha. Los resultados confirman una reproducción precisa de la señal y una medición fiable de las vibraciones sin contacto físico.
Objetivo de la prueba
El objetivo de esta prueba era demostrar la capacidad del Q2 de Ommatidia para medir con precisión una señal acústica en un amplio rango de frecuencias, es decir, para ser utilizado como un instrumento de detección de sonido remoto. Los resultados obtenidos muestran que el Q2 mide fielmente el chirp programado, lo que demuestra que la señal medida coincide con la señal de referencia generada durante la prueba.
Equipo utilizado
El equipo utilizado en la prueba fue el vibrómetro láser Doppler Ommatidia Q2, que forma parte de la serie Q de instrumentos basados en la tecnología FMCW Laser RADAR (onda continua modulada en frecuencia). El Q2 es un instrumento de alta resolución diseñado para medir la velocidad o el desplazamiento de una superficie sin contacto físico.
El sistema incorpora una arquitectura de detección coherente multicanal compuesta por 65 haces láser simultáneos. Gracias a sus circuitos integrados fotónicos (PIC), el Q2 puede procesar múltiples canales ópticos en paralelo, lo que permite la medición simultánea de vibraciones.
En este experimento, se utilizaron datos de un solo haz, aprovechando la capacidad del Q2 para extraer mediciones de haces individuales. Este enfoque permite un análisis preciso del comportamiento local del sistema sin procesar los 65 canales.
Figura 1: Vibrometro Doppler láser Q2 de Ommatidia
Configuración experimental
La configuración experimental permitió que el Q2 realizara simultáneamente la generación de señales, la excitación acústica y la medición óptica de vibraciones.
Figura 2: Configuración experimental
Generación de chirp
El Q2 se configuró para emitir un chirp triangular de 100–8000 Hz (rampa de 1600 Hz/s, amplitud de 700 mV) a través de su salida analógica. La señal se reinyectó simultáneamente en el Q2, lo que permitió que el chirp generado fuera grabado de nuevo por el Q2. Esta grabación corresponde al espectrograma que se muestra en la Figura 3. Además de la señal principal (1), podemos observar algunas otras características leves:
- segundo (2) y tercer (3) armónicos del chirp
- ruido de banda ancha al final de la primera rampa de frecuencia
- señal constante a 1 KHz y algunos armónicos
Figura 3: Espectrograma del chirp generado por el Q2
Figura 4: Cámara RGB interna durante la medición
Reproducción acústica mediante altavoz
La señal generada se inyectó a un altavoz. La membrana del altavoz vibró siguiendo el barrido de frecuencia, presentando resonancias, no linealidades y artefactos característicos de los transductores acústicos. El haz láser Q2 se dirigió a la membrana para medir su vibración real durante la excitación.
Medición óptica mediante el láser Q2
El vibrómetro Doppler láser Q2 midió la vibración de la membrana del altavoz. En la Figura 4 vemos la imagen capturada por el Q2. La línea de puntos es una representación virtual de los puntos de medición, aunque en este experimento solo se utilizó un haz láser.
Resultados
El Q2 registró la velocidad v(t) de la membrana mediante interferometría Doppler. Esta señal se almacenó en el archivo HDF5 para su posterior procesamiento. Utilizando v(t) (Figura 5), se calculó la transformada de Fourier de tiempo corto para obtener el espectrograma medido (Figura 6), que muestra las distorsiones introducidas durante la reproducción física.
La señal de velocidad medida en la membrana del altavoz (Figura 5) muestra variaciones de amplitud y ruido típicos de la respuesta del transductor mecánico. A partir de esta señal, se obtuvo el espectrograma reconstruido (Figura 6), donde el chirp conserva su forma general, pero aparece más distorsionado y menos nítido debido al ruido blanco (líneas verticales en la Figura 6), las resonancias y las no linealidades inherentes al altavoz.
Figura 5: Señal de velocidad v(t) medida ópticamente por el Q2
Figura 6: Espectrograma reconstruido a partir de v(t)
Conclusiones
La prueba confirma que el Q2 es capaz de
La comparación entre las señales ideal y medida muestra que las desviaciones observadas se deben principalmente al comportamiento mecánico del altavoz y no al generador Q2, cuyo rendimiento es robusto y preciso.
