Metodologia ganho de compensação para uma varredura senoidal de um espelho Galvanômetro em Proporcional-Integral-Diferencial de controle usando técnicas de pré-ênfase

O objetivo geral deste procedimento é demonstrar uma técnica para compensar a redução de ganho de espelhos galvanômetros no rastreamento de caminho de onda senoidal. Usando o controle proporcional-integral-diferencial para compensação de desfoque de movimento. Este método pode ser aplicado no campo da engenharia óptica a problemas como rastreamento de alvos, controle de varredura e compensação de desfoque de movimento.

A principal vantagem dessa técnica é que ela se baseia em parâmetros pré-configurados e na relação entrada-saída, e não requer modelos de contorno ativos e hardware adicionais. Realize o experimento em uma bancada óptica. E prepare um espelho galvanômetro para montar na bancada.

O espelho deve estar em um gabarito feito sob medida, para evitar que o espelho e seu corpo se movam durante as oscilações. Coloque o gabarito e o espelho em um suporte óptico. Em seguida, fixe o suporte na bancada óptica para continuar.

Controle o espelho com um computador equipado com uma placa A/D D/A. Estenda os cabos conectados corretamente da placa até o espelho. Lá, conecte os cabos aos soquetes de entrada e posição do espelho do galvanômetro.

No computador, empregue uma interface gráfica do usuário para um gerador de função de onda senoidal. Programe a interface para realizar vários testes enquanto varia a frequência e a amplitude. Para este experimento, use um loop externo em uma faixa de frequência.

Defina a frequência mínima para 100 Hertz. Defina a frequência máxima para 500 Hertz. Incremente a frequência em 100 Hertz.

O loop interno está sobre a amplitude de tensão. Use uma tensão mínima de 10 milivolts. Para uma tensão máxima, use 500 milivolts.

Incremente a tensão em 10 milivolts. Insira a duração do sinal do caminho da onda senoidal como 2000 amostragens. Acione o espelho com o computador e registre simultaneamente seu sinal de posição e determine seu ângulo.

Use um arquivo separado para salvar os dados de cada frequência e cada amplitude de tensão. Depois que todos os dados forem coletados, plote a amplitude de saída em função da amplitude de entrada para cada uma das frequências. Observe que os dados para as baixas frequências mostram maior amplitude de saída em função da amplitude de entrada do que as altas frequências.

Isso demonstra a redução do ganho em função da frequência, que essa técnica compensa. Exclua o comportamento não linear e concentre-se na porção aproximadamente linear dos gráficos para obter os coeficientes de pré-ênfase. Este experimento requer uma imagem em movimento em vista do espelho.

Para conseguir isso, empregue uma correia transportadora que possa se mover a 30 quilômetros por hora. A imagem para este experimento, um padrão de textura fina, foi impressa em fita adesiva e aplicada ao cinto. Agora, passe a configurar os elementos ópticos.

Organize uma câmera com uma lente telefoto, para que ela possa usar o espelho do galvanômetro para rastrear o movimento da correia transportadora. Certifique-se de que o espelho do galvanômetro esteja conectado ao computador de controle com software de pré-ênfase. Para capturar imagens decentes, ilumine a esteira transportadora com uma fonte de luz apropriada.

Na bancada, defina o foco da lente apropriado para a tela do computador. Em seguida, trabalhe para sincronizar o espelho e o tempo de exposição da câmera. Em seguida, insira as configurações da câmera para as imagens esperadas.

Esta imagem ilustra o tempo usado pelo software de gatilho. Em função do tempo, o ângulo do espelho é dado pela curva senoidal azul. A função Triângulo vermelho representa o ângulo de espelho ideal para uma varredura em função do tempo.

Centralize o tempo de exposição quando o ângulo estiver em zero graus e se movendo com uma velocidade angular positiva. É aqui que as duas curvas se cruzam. Configure o software para acionar a câmera metade do tempo de exposição mais cedo e terminar metade do tempo de exposição mais tarde.

Usando o software de pré-ênfase, insira a velocidade da correia transportadora em quilômetros por hora. Em seguida, insira a distância da câmera ao cinto em metros. O software calculará a velocidade angular necessária.

Em seguida, insira a frequência com que o espelho é acionado. O software calcula a amplitude de entrada. Use a amplitude no software de pré-ênfase.

Depois que todos os parâmetros forem inseridos, retorne à esteira transportadora. Inicie a correia movendo-se na velocidade usada no software para criar uma imagem em movimento. Inicie o software de controle e comece a gravar imagens da câmera.

O controlador compensa a inércia do espelho do galvanômetro para melhorar o desfoque da imagem. Antes da técnica de pré-ênfase, esse era o gráfico do sinal de saída em função do sinal de entrada. Depois de aplicar a técnica, este é o gráfico.

Quase todos os gráficos de saída estão na linha y igual a x. Da mesma forma, antes da técnica de pré-ênfase, esse era o gráfico de ganho em função do sinal de entrada. Após a aplicação da técnica, quase todos os gráficos de amplitude estão na linha y igual a zero dB.

Esta é uma imagem que foi colocada na correia transportadora, mostrada quando a correia está em repouso. A linha azul indica onde o perfil à direita foi tirado. Esta é a mesma imagem quando a correia transportadora se move a 30 quilômetros por hora e nenhuma compensação de desfoque de movimento está ativa.

Aqui, há compensação de desfoque de movimento, mas a pré-ênfase está inativa. Nesta versão final, tanto a compensação de desfoque de movimento quanto a técnica de pré-ênfase estão ativas. Representa uma grande melhoria em relação às outras duas opções.

Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em uma hora se for executada corretamente. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo da engenharia óptica explorarem a compensação de desfoque de movimento em varredura de alta velocidade.