Análise e implementação de técnicas de medição de microvibrações utilizando interferometria óptica e processadores digitais de sinais

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Este trabalho trata da medição de micro e nanovibrações utilizando-se interferometria óptica e implementação em tempo real em Processador Digital de Sinais (DSP). Este tipo de medição é necessário para realizar ensaios em atuadores, com a finalidade de se obter a relação entre tensão aplicada e deslocamento produzido, na região de linearidade do dispositivo. Os atuadores ensaiados são do tipo piezoelétricos flextensionais, compostos por uma cerâmica piezoelétrica e uma carcaça de alumínio flexível, responsável pela amplificação e direcionamento do deslocamento. Os ensaios são realizados por meio da vibração induzida no dispositivo através de aplicação de tensão senoidal. A vibração é detectada através de um arranjo interferométrico, no qual a interferência de dois feixes de luz resulta em um sinal modulado em fase. A informação da amplitude de vibração está no índice de modulação deste sinal, sendo necessário a aplicação de alguma técnica de processamento para que se recupere o índice de modulação. Neste trabalho são abordadas as técnicas J1...J4, J1...J6(neg), J1...J6(pos) e Pernick, todos eles baseados nas harmônicas do sinal fotodetectado. É feita a comparação entre os métodos através de simulações que levam em consideração o ruído. Com a finalidade de otimizar e automatizar o processo de medição, kits baseados nos DSPs TMS320VC5416 (ponto-fixo) e TMS320F28335 (ponto-flutuante) foram utilizados, possibilitando a aquisição e o processamento de sinais em tempo real. Considerações sobre os métodos de demodulação, ruídos presentes no sistema e como eles influenciam na qualidade dos resultados, técnicas de processamento de sinais e metodologias experimentais são feitas ao longo do texto

This work deals with micro and nano vibration using optical interferometry and real time implementation using Digital Signal Processors (DSPs). This kind of measurement is necessary to perform tests in actuators, in order to obtain the relationship between applied input voltage and the corresponding output displacement, in the device linear response range. The actuators under test are piezoelectric flextensional actuators, composed of a piezoelectric ceramic with a flexible aluminum housing, that amplifies and directs the displacements at predetermined points. The experiment consists in applying a sinusoidal voltage to the piezoelectric device, and the vibration is detected by an interferometric setup, in which the interference of two laser beams results in a phase modulated signal. The modulation index of this signal contains the information of the vibration amplitude, and it is necessary to apply signal processing techniques to recover the modulation index. In this work, the techniques J1...J4, J1...J6(neg), J1...J6(pos) and Pernick are considered, all of them based on the photodetected signal spectrum. A comparison between the methods is made by computational simulation, in which noise is considered. In order to optimize and automate the measurement process, two DSP kits were used, TMS320VC5416 (fixed-point) and TMS320F28335 (floating-point), allowing signal acquisition and processing in real time. Considerations about the demodulation techniques, noise influence on the results, signal processing and experimental methodology are made throughout the text