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 dos espelhos galvanométricos no rastreamento de trajetórias em onda senoidal. Utilizando controle proporcional-integral-derivativo para compensação de desfoque de movimento. Este método pode ser aplicado na área de engenharia óptica a problemas como rastreamento de alvos, controle de varredura e compensação de desfoque de movimento.

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

O espelho deve estar em uma gabarita personalizado, para impedir que o espelho e seu corpo se movam durante as oscilações. Coloque o gabarita e o espelho em um suporte óptico. Em seguida, fixe o suporte à bancada óptica para continuar.

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

No computador, utilize uma interface gráfica do usuário para um gerador de função de onda senoidal. Programe a interface para realizar múltiplas tentativas variando Frequência e Amplitude. Para este experimento, use um laço externo sobre uma faixa de frequência.

Defina a frequência mínima como 100 hertz. Defina a frequência máxima como 500 hertz. Incremente a frequência em 100 hertz.

O laço interno é sobre a amplitude de tensão. Utilize uma tensão mínima de 10 milivolts. Para a tensão máxima, utilize 500 milivolts.

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

Utilize um arquivo separado para salvar os dados de cada frequência e de cada amplitude de tensão. Após coletar todos os dados, construa um gráfico da amplitude de saída em função da amplitude de entrada para cada uma das frequências. Observe que os dados das frequências baixas apresentam maior amplitude de saída em função da amplitude de entrada em comparação com as frequências altas.

Isso demonstra a redução no ganho em função da frequência, para a qual esta técnica compensa. Exclua o comportamento não linear e concentre-se na porção aproximadamente linear dos gráficos para obter os coeficientes de pré-enfase. Este experimento exige uma imagem em movimento à vista do espelho.

Para alcançar isso, utilize uma esteira transportadora que possa se mover a 30 quilômetros por hora. A imagem para este experimento, um padrão de textura fina, foi impressa em uma fita e aplicada à esteira. Agora, prossiga para configurar os elementos ópticos.

Posicione uma câmera com uma lente teleobjetiva de forma que ela possa usar o espelho galvanômetro para rastrear o movimento da esteira transportadora. Certifique-se de que o espelho galvanômetro esteja conectado ao computador de controle com software de pré-enfase. Para capturar imagens adequadas, ilumine a esteira transportadora com uma fonte de luz apropriada.

No banco de trabalho, ajuste o foco da lente apropriado para o monitor do computador. Em seguida, sincronize o espelho e o tempo de exposição da câmera. Depois, insira as configurações da câmera para as imagens esperadas.

Esta imagem ilustra o cronograma utilizado pelo software de gatilho. Em função do tempo, o ângulo do espelho é dado pela curva sinusoidal azul. A função triangular vermelha representa o ângulo ideal do espelho para uma varredura em função do tempo.

Centralize o tempo de exposição quando o ângulo estiver em zero graus e se movendo com velocidade angular positiva. Este é o ponto onde as duas curvas se cruzam. Configure o software para acionar a câmera metade do tempo de exposição antes e encerrar metade do tempo de exposição depois.

Usando o software de pré-enfase, insira a velocidade da esteira em quilômetros por hora. Em seguida, digite a distância da câmera até a esteira em metros. O software calculará a velocidade angular necessária.

Em seguida, insira a frequência na qual o espelho é acionado. O software calcula a amplitude de entrada. Utilize a amplitude no software de pré-enfatização.

Após inserir todos os parâmetros, retorne à esteira transportadora. Inicie o movimento da esteira na velocidade utilizada 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 galvanométrico para reduzir o desfoque da imagem. Antes da técnica de pré-enfatização, este era o gráfico do sinal de saída em função do sinal de entrada. Após a aplicação da técnica, este é o gráfico.

Quase todos os gráficos de saída estão sobre a linha y igual a x. De forma semelhante, antes da técnica de pré-enfase, este era o gráfico do ganho em função do sinal de entrada. Após aplicar a técnica, quase todos os gráficos de amplitude estão sobre a linha y igual a zero dB.

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

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

Uma vez dominada, esta técnica pode ser realizada em uma hora, se for executada corretamente. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores na área de engenharia óptica explorarem a compensação de desfoque de movimento em varreduras de alta velocidade.