UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL CORDOBA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICAPRÁCTICA PROFESIONAL SUPERVISADA

Sistema de Instrumentación Virtual para Calibración de Instrumental Acústico

Para: Centro de Investigación y Trasferencia en Acústica (CINTRA – UTN – UA Conicet)

Alumno: Facundo BarreraLegajo: 40491Año: 2009/10

Introducción

El presente trabajo surge de la necesidad real del Centro de Investigación y Transferencia en Acústica de implementar, en su laboratorio, un sistema de instrumentación que permita la automatización de ciertas tareas de medición y calibración de instrumentos.

El trabajo consiste, en general, desarrollar e implementar un sistema de instrumentación virtual que permita automatizar ciertas tareas con el fin de facilitar el trabajo del personal encargado de realizar las calibraciones, desligándolo de la tarea rutinaria de relevar datos y tomar mediciones permitiendo enforcar su atención en los puntos de relevancia del proceso de calibración.

En lo particular se desarrollará un sistema semi automatizado de calibración de filtros de audio frecuencias, definidos según la NORMA IRAM 4081, siguiendo los protocolos internos de calibración del CINTRA.

Gran parte del instrumental del laboratorio del Centro posee interface IEEE-488 y no poseen una placa controladora del Bus IEEE-488 por lo que es imposible la interconección de los mismos con un correcto control.

Para llevar a cabo dicha tarea se realizara un relevamiento del instrumental, especialmente aquellos que posean algún tipo de interface de comunicación y el correspondiente estudio de las mimas para su utilización. Finalmente realizar el desarrollo e implementación del sistema que permita realizar las tareas solicitadas por el Centro.

Relevamiento del Instrumental del laboratorio

• Generador de Señal

◦ Marca: Brüel & Kjaer

◦ Modelo: 1049

◦ Interface: IEEE-488 – Listener and Talker

◦

• Amplificador de Medición

◦ Marca: Bruel & Kjaer

◦ Modelo: 2636

◦ Interface: IEC-625 (compatible IEEE-488) - Listener and Talker

• Multímetro de banco digital de 5 y ½ dígitos

◦ Marca: Picotest

◦ Modelo: M3500

◦ Interface: USB (standard VISA) - Listener and Talker

• Analizador de espectro de tiempo real de canal doble

◦ Marca: Bruel & Kjaer

◦ Modelo: 2144

◦ Interfase: IEEE-488 - Listener and Talker

• Multiplexor de micrófonos de 8 canales

◦ Marca: Bruel & Kjaer

◦ Modelo: 2811

◦ Interfase: IEC-625 (compatible IEEE-488) - Listener and Talker

• Calibrador acústico multifunción

◦ Marca: Bruel & Kjaer

◦ Modelo: 4226

◦ Interface: El instrumento es controlable por una señal eléctrica externa.

• Graficador X – Y

◦ Marca: Bruel & Kjaer

◦ Modelo: 2319

◦ Interface: IEEE-488 - Listener

INTERFACE DE COMUNICACIÓN IEEE-488

Descripción de GPIBGPIB es un estándar de conexión que permite la comunicación de un ordenador con instrumentos electrónicos de medida, como pueden ser generadores de funciones, osciloscopios, etc. Las siglas corresponden a General Purpose Interface Bus, pero a pesar de este nombre, fue diseñado específicamente para la conexión de instrumentos de medida.

HistoriaFue creado en 1965 por la compañía Hewlett-Packard, que lo denominó originalmente HP-IB, y se popularizó con rapidez, debido a sus altas tasas de transferencia de datos (8 Mbytes/s).

En 1975, para evitar la dispersión de características, los principales fabricantes acordaron la estandarización del GPIB (IEEE 488.1), centrándose en las características eléctricas y mecánicas del bus. En Europa se acoge con la norma IEC-625.1, que modifica el conector.

En 1978 se revisó el documento y terminó siendo adoptado ampliamente en la industria bajo las siguientes denominaciones:- GPIB (General Purpose Interface Bus)- HP-IB (Hewlet-Packard Interface Bus)- IEEE 488 Bus- IEEE 488.1 (denominación posterior, al definir el IEEE 488.2).

En 1987 tuvo lugar una segunda estandarización (IEEE 488.2) que delimitó de forma más concreta la programación del GPIB, definiendo comandos de aparatos, formato de mensajes y estado de los instrumentos. Se pretendía aumentar la compatibilidad entre sistemas. Sin embargo este protocolo no llegó a reemplazar al original. De hecho hoy día sigue habiendo aparatos que responden únicamente al IEEE 488.1.

En 1990 se adoptó el formato de comandos SCPI, incluido en el 488.2, que estructura las órdenes a los aparatos de forma coherente, permitiendo una compatibilidad más extensa.

Características físicasEl bus de transmisión de datos de GPIB es de 8 bits en paralelo, y lógica negativa con niveles TTL estándar (cierto si el voltaje es � 0.8 V y falso si el voltaje es � 2.0 V). Los cables y conectores tienen el aspecto típico mostrado en la figura 2. Están apantallados y permiten velocidades de transferencia de 1 MB/s, aunque existen versiones que llegan hasta los 8 MB/s.Los conectores tienen dos lados de conexión (macho y hembra) permitiendo diversas estructuras topológicas (bus, estrella y combinaciones) tal y como se muestra en la figura 2. Los hay de dos tipos: americano (24 pines) y europeo (IEC-625.1, 25 pines).

Figura 1: cable de conexión GPIB: aspecto físico y distribución de señales (americano).

a) b)

Figura 2: ejemplo de configuración de un sistema GPIB. a) configuración lineal. b) configuración en estrella.

El bus consta de 24 pines, repartidos de la siguiente forma

Figura 3: Conectores GPIB

- 8 líneas de transmisión de datos (DIO1-DIO8).– 3 líneas para el control asíncrono de la comunicación (NRFD, NDAC y NRDAV). Mediante

estas líneas se verifica la correcta transmisión de los datos, que es una de las fortalezas del GPIB.

– 5 líneas que gestionan la transmisión de comandos (ATN, IFC, REN, SRQ y EOI).– El resto componen las tierras de las diferentes líneas.

Para que el bus GPIB alcance la velocidad de transmisión para la que fue diseñado (hasta 8 Mbytes/s), deben cumplirse los siguientes requisitos:

– Puede haber un máximo de 15 dispositivos conectados al bus, y al menos dos tercios de ellos deben estar encendidos.

– La separación máxima entre dos dispositivos es 4 m, y la separación promedio en toda la red debe ser menor de 2 m (National Instruments comercializa un extensor de fibra óptica (GPIB 140 y 140/2) que permite alcanzar una longitud de hasta 2 km).

– La longitud total de la red no debe exceder los 20 m.Un sistema típico constará de un ordenador con una tarjeta controladora GPIB, más los instrumentos (compatibles con IEEE 488, obviamente). Existen tarjetasGPIB para prácticamente todos los ordenadores presentes en el mercado (PC, Macintosh, estaciones Sun, Silicon Graphics, DEC Alpha, HP RS/6000, etc). En el caso concreto del PC, las controladoras GPIB pueden conectarse al bus ISA, PCI, PCMCIA (portátiles), USB, Ethernet, Firewire, y los puertos serie y paralelo. Existen asimismo adaptadores para los estándares de comunicación RS-232 y RS-485.

1. Inicio de conexiónEl proceso es de tipo three-way-handshake y se desarrolla como sigue. Cuando el regulador o un transmisor desea transmitir datos sobre el GPIB, fija la línea de DAV (Data valid, Dato válido) a nivel alto, y comprueba que las líneas de NRFD (Nor ready for data, Instrumento no preparado para recibir datos) y de NDAC (No data accepted, Dato no aceptado) están a nivel bajo, y entonces pone los datos en las líneas de datos.Cuando todos los dispositivos que pueden recibir los datos están listos, cada uno libera su línea de NRFD. Cuando el receptor anterior libera la NRFD, y pasa a ALTO, el regulador o el transmisor

toma el punto bajo de DAV que indica que los datos válidos ahora están en el GPIB.En respuesta, cada receptor pone de nuevo a nivel bajo la línea de NRFD para indicar que está ocupado y libera NDAC cuando ha recibido los datos. Cuando el último receptor ha validado los datos, la línea NDAC pasará a nivel alto y el regulador o el transmisor puede fijar la DAV a nivel alto otra vez para transmitir el siguiente byte de datos.Obsérvese que si después de la activación la línea de DAV está a nivel alto, el controlador o el transmisor entiende que tanto la línea NRFD como la NDAC están a nivel alto, siendo esta circunstancia una posible causa de error. Así mismo, si cualquier dispositivo falla al elaborar su parte del handshake y libera la NDAC o la NRFD, los datos no pueden ser transmitidos por el bus. Es posible que se genere un error por sobrepasar el tiempo asignado.La velocidad de transferencia de datos es controlada por el dispositivo más lento conectado al bus, de ahí la dificultad de estimar el flujo de transmisión de datos en el bus IEEE-488, ya que depende de los dispositivos conectados.

2.Líneas de control del interfazLas cinco líneas de gestión del interfaz (ATN, EOI, IFC, REN, SRQ) controlan el flujo de las señales de control y datos a través del interfaz.La señal ATN (Attention, Atención) es activada por el controlador para indicar que está colocando un byte de dirección, de control o de datos en el bus. La ATN es liberada para permitir que el transmisor seleccionado ponga sus datos en el bus. El controlador recupera el control reactivando la línea ATN; esto se suele hacer sincronizadamente con el handshake para evitar las confusiones entre los bytes de control y los de datos.La señal EOI (End or Identify, Fin o Identificación) tiene dos funciones. Un transmisor podría activar EOI al mismo tiempo que el último byte de datos para indicar el final de los datos. El controlador podría activar EOI junto con ATN para iniciar un sondeo en paralelo. Como quiera que mucho dispositivos no usan la sondeo en paralelo, todos los dispositivos deberían usar la señal de EOI para indicar el fin de la transmisión (esto es posible en la mayoría de los instrumentos).La señal de IFC (Interfaz Clear, Borrado del interfaz) es activada sólo por el controlador del sistema para colocar los interfaces de todos los dispositivos en un estado conocido. Después de recuperar el IFC, el controlador del sistema pasa a ser el controlador activo.La señal REN (Remote Enable) es activada únicamente por el controlador del sistema. Su activación no coloca a los dispositivos en el modo de control remoto; la señal REN sólo habilita el paso a modo remoto de cierto dispositivo direccionado como receptor.Cuando un dispositivo está funcionando en modo remoto, debe ignorar las órdenes que reciba a través de su panel de control.La línea de SRQ (Service Request, Solicitud de servicio) puede ser activada por cualquier dispositivo para solicitar el acceso al controlador y así realizar cualquier acción.El controlador debe averiguar que dispositivo es el que ha realizado la SRQ, para lo cual utiliza una sondeo en serie o en paralelo. En el sondeo serie, el controlador direcciona los instrumentos uno a uno hasta encontrar al peticionario. En la respuesta se emplea un bit para indicar si solicitó ser consultado, y 7 para indicar la petición. El dispositivo que hace la solicitud libera la línea de SRQ.En el sondeo paralelo cada instrumento indica en uno de los 8 bits de datos si solicitó la consulta. Tiene como ventaja una mayor rapidez de búsqueda pero implica una configuración previa de los equipos y además limita su número a 8.

3.Direccionamiento de los dispositivosEl estándar IEEE-488 permite la interconexión de 15 dispositivos a través de un único bus. Cada dispositivo tiene asignada una única dirección primaria, (comprendida entre la 0 y la 30), por medio de la actuación de los microinterruptores de direccionamiento de los que dispone el dispositivo. También es posible hacer un direccionamiento secundario, desde la dirección 0 a la 30, para lo cual

es recomendable dirigirse a la documentación que ofrece el fabricante del dispositivo, que podrá darnos más información sobre como direccionar el dispositivo, con la dirección primaria obligatoria o con lasecundaria opcional.

Modos de operación de un equipoEn cada momento, un equipo conectados al bus GPIB pueden estar seleccionado como uno o varios de los siguientes modos de comportamiento: "Controller", con capacidad de establecer quien envía o recibe datos y el modo de operación del bus (solo un equipo puede ser "controller"); �Talker", con capacidad de enviar datos a otros equipos; "Listener", con capacidad de recibir datos de otros equipos; "Idler" sin ninguna capacidad respecto del bus.CONTROLLEREntre los equipos conectados al bus existen dos tipos de controladores: el "system controller" y los "active controllers". En un bus, solo puede existir un único "system controller" con capacidad de poder tomar control del bus en todo momento. Este equipo tiene exclusividad en el control de las líneas IFC y REN. Cada sistema debe disponer de uno o mas dispositivos capaces de asumir la función de "active controller", aunque en cada momento, solo uno de esos equipos puede operar como tal. El controlador activo tiene la capacidad de seleccionar los equipos que deben operar como "listener" o como "talker" aefecto de la transferencia de datos, de enviar los comandos de bus, y de supervisar mediante encuestas el status de los equipos.En una situación estándar, es un computador el que actúa a la vez como "system controller" y como único "active controller". Algún sistema diferente, podrá en un momento dado requerir del controlador del sistema su interés en convertirse en controlador activo, a fin de llevar a cabo una operación compleja, tal como transferir unos datos al "plotter", o almacenar un fichero en un disco, etc.. Como respuesta a este requerimiento el controlador de sistema, transferirá el control al equipo que lo ha solicitado, el cual pasa a constituirse en controlador activo del bus. Cuando concluye su operación, retorna de nuevo el control del bus, al controlador de sistema. Obsérvese que las capacidades propias decontrolador de sistema no pueden ser transferidas.Un sistema construido sobre el bus GPIB puede ser configurado en uno de los siguientes tres modos:- Sin "controller" : En esta configuración uno de los equipos debe tener sólo capacidad para actuar como "talker", y los restantes sólo como "listener". La transferencia de datos posibles es desde el "talker" a todos los "listener" simultáneamente.- Con "controller" único: En esta configuración las transferencias de datos posibles son: Desde el "controller" a los equipos en modo comando y datos, de un equipo al "controller" solo en modo datos, y de un equipo a otro equipo solo en modo datos.- Con múltiples "controller": En este caso tiene las mismas capacidades que la configuración anterior, solo que en ésta también es posible la transferencia entre equipos de la capacidad de operar como "controller" activo.TALKER:En cada configuración pueden existir uno o varios equipos con capacidad de enviar datos a otros equipos. Cuando el "controller" ejecuta un comando "talk" con la dirección de uno de estos equipos, este pasa a ser "active talker", y a partir de ese instante tiene capacidad para enviar datos por el bus, controlando la línea DAV, siempre que todos los equipos que han de recibir los datos ("listener") se encuentren dispuestos a ello (línea NRFD a valor lógico "0").LISTENER:En cada configuración pueden existir uno o varios equipos con capacidad de recibir datos desde el bus. Cuando el "controller" ejecuta un comando "Listen" utilizando la dirección de uno de estos equipos, este pasa a ser un "active listener", y a partir de este momento recibe y lee cada uno de los datos que cualquier "talker" envíe por el bus. Es frecuente que en una configuración existan

múltiples equipos en estado "active listener", y todos ellos reciben en paralelo y simultáneamente todos los datos que sean transferidos por el bus.

COMANDOS DEL BUSLos dispositivos conectados al bus GPIB pueden potencialmente enviar o recibir datos de cualquier otro equipo. Antes de que se produzca una transferencia de datos, el "controller" debe establecer cual es el equipo (solo uno) que debe actuar como "talker", y cuales van a actuar como "listener" (uno o varios equipos). Además de esta operación básica relacionada con la transferencia de datos, el "controller" y los otros equipos conectados al bus pueden realizar otras muchas operaciones no específicamente relacionada con el intercambio de datos entre equipos, sino con la gestión y organización de losdiferentes equipos. A estas operaciones se las denomina genéricamente Comandos de Bus. En los comandos de bus se envían datos por el bus de datos (si la operación lo requiere) de igual modo en la transferencia de datos, solo que en estos casos la señal ATN es establecida a 1 lógico por el "controller", para indicar que es un comando, y en este caso, todos los equipos con independencia de que sean "talker" o "listener" reciben el comando manteniendo el protocolo con el "controller". El "controller" puede enviar cinco tipos de comandos de bus a los otros equipos: "addressed", "listen", "talk", "universal" y "secondary". Solo los 7 bits menos significativos del bus son utilizados en los comandos de bus. Los tres bit b7, b6 y b5. definen la naturaleza de cada comando:

b7 b6 b5 tipo de comando0 0 0 addressed0 0 1 universal0 1 x listen1 0 x talk1 1 x secondary

Los equipos conectados al bus GPIB tienen asignado un código o dirección de bus comprendido entre 0-30. Este código debe ser establecido en cada equipo, bien estableciendo unos conmutadores hardware presentes en su panel trasero, o bien en algunos casos programando el equipo mediante su software interno. Normalmente, los cinco bit menos significativos de la línea de datos b5, b4, b3, b2, b1 se utilizan en un comando para establecer a que equipos hace referencia un comando.

COMANDOS TALK/LISTEN

Comandos My Talk Address (MTA) o (también llamado TAG Take Address Group): Es un comando destinado a establecer un equipo del bus como "talker". El formato de este comando es (0 1 0 d5 d4 d3 d2 d1). Cuando se ejecuta este comando, todos los equipos reciben el comando, y solo aquel cuya dirección esté presente en el comando, pasa a modo "talker". Tras finalizar este comando, el equipo que ha sido establecido como "talker" puede enviar datos a otros equipos.Comando Untalk (UNT): Es un comando que cuando es establecido por el "controller" requiere de todos los dispositivos que se encuentran en modo "talker", para que abandonen ese estado y pasen a su estado base. El formato de este comando es:

0 1 0 1 1 1 1 1

Comando My Listen Adrress (MLA) (o también llamada LAG Listener Address Group): Es un comando que establece un equipo del bus como "listener". El formato de este comando es :

0 0 1 d5 d4 d3 d2 d1

Cuando se ejecuta este comando, todos los equipos reciben el comando, y solo aquel cuya dirección sea la del comando, pasa a modo "listener". A partir de ese momento, el equipo recibe todos los datos que transmita cualquier "talker". Comando Unlisten (UNL): Es un comando que cuando es establecido por el "controller" requiere de todos los dispositivos que se encuentran en modo "Listener" para que abandonen ese estado y pasen a un estado base. El formato de este comando es:

0 0 1 1 1 1 1 1

COMANDOS UNIVERSALES (UGC)

Es un conjunto de comandos que ejecuta el "controller" con destino a todos los dispositivos del bus.Comando Local Lockout (LLO): Se utiliza para deshabilitar los paneles de control propios de cada uno de los equipos conectados al bus. Con esta deshabilitación, se evita que se produzcan conflictos entre las instrucciones recibidas por el bus, y las realizadas a través de los controles manuales del panel. El formato de esta instrucción es:

0 0 0 1 0 0 0 1

Comando Device Clear (DCL): Es un comando que resetea todos los equipos disponibles sobre el bus.

0 0 0 1 0 1 0 0

Comando Parallel Poll Unconfigure (PPU): Es un comando que se utiliza para resetear la programación realizada sobre los diferentes equipos a fin de que respondan en las encuestas paralelas ("parallel poll"). El formato de este comando es

0 0 0 1 0 1 0 1

Comando Serial Poll Enable (SPE): Este comando habilita a todos los equipos para que respondan en modo de encuesta serie ("serial poll"). Cuando se habilita el modo de encuesta serie , cada vez que se envía un comando "talk" a un equipo presente en el bus, este contesta enviando su estatus. El formato de este comando es:

0 0 0 1 1 0 0 0

Comando Serial Poll Disable (SPD): Deshabilita el modo de encuestaserie en todos los equipos conectados al bus y pasan a modo normal. El formato de este comando es:

0 0 0 1 1 0 0 1

COMANDOS ADDRESSED (ACG)Los comandos de este grupo van destinados únicamente a aquellos equipos que previamente han sido establecidos en "listener".Comando Go To Local (GTL): Cuando se envía este comando, todos los equipos que se encuentran en modo "listener" vuelven el control a sus paneles locales. Este comando cancela el efecto establecido por el comando universal Local LockOut (LLO). El formato de este comando es:

0 0 0 0 0 0 0 1

Comando Selected Device Clear (SDC): Este comando resetea de forma selectiva a aquellos equipos que están en modo "listener". El formato de este comando es:

0 0 0 0 0 1 0 0

Comando Parallel Poll Configure (PPC): Este comando pone a todos los equipos que se encuentran en modo "listener" en modo para ser programados a efecto de responder a una encuesta paralela ("parallel poll"). El formato de este comando es:

0 0 0 0 0 1 0 1

El "controller" ejecuta una encuesta paralela estableciendo las líneas de control ATN y EOI a 1 lógico. Cuando los equipos conectados al bus reciben este estado de las líneas, responden situando un bit de estatus sobre la línea del bus de datos que se le haya asignado en el comando PPC. El "controller" puede leer el estado del conjunto de las líneas del bus de datos, y obtener información global sobre todos los equipos que fueron programados para la encuesta paralela. El comando PPC se usa para especificar por que líneas del bus de datos debe responder cada equipo, y si el dispositivo debe responder con un "0" o un "1" lógico el requerimiento de servicio. Tras ser transmitido el comando PPC todos los equiposque se encontraba en modo "listener" se ponen a la espera de recibir un comando secundario ("My Secondary Adrees" (MSA) o también llamado "Secondary Address Group (SAD)") con el que queda programada su respuesta a una encuesta paralela. Los cuatro bits más bajos del comando secundario 0 0 1 b4 b3 b2 b1 contienen la siguiente información:

b4 : Indica la forma como debe responde por la línea asignada. Si b4 =0 indica queel equipo debe indicar durante la encuesta paralela, que requiere servicio estableciendo un "0" lógico en la línea que le ha sido asignada. b4=1 significa que el equipo debe indica el requerimiento de servicio poniendo un "1" lógico sobre la línea.

b3b2b1 : Indica la línea entre 0 y 7 por la que deben responder los equipo que están siendo programados.

Varios equipos pueden ser programados para que respondan en una encuesta paralela respondiendo sobre una misma línea. Dado la lógica wire-or utilizada para el control de la línea, y las dos posibilidades de modo de respuesta a la encuesta paralela que puede establecerse, caben la posibilidad de determinar si alguno de los equipos que responden pos la misma línea requiere servicio, o si todos esos equipos requieren simultáneamente servicio.Comando Group Trigger (GET): Permite sincronizar la operación de un conjunto de equipo que previamente han sido programados para que se encuentre a la espera del comando. El formato de este comando es:

0 0 0 0 1 0 0 0

Comando Take Control (TCT): Con este comando el "controller" transfiere su función como controlador a otro equipo capacitado para ello. Para ello, primero debe establecer el equipo que va a ser establecido como nuevo "controller" a modo "listener", y posteriormente enviar este comando TCT para convertirlo en el "controller" del bus. El formato de este comando es:

0 0 0 0 1 0 0 1

IEEE 488.2Para permitir una mayor compatibilidad entre instrumentos, se amplió la norma definiendo una serie de funciones sobre el protocolo anterior, dispensadas por el controlador activo. A este nuevo conjunto de normas se le denominó IEEE 488.2, pasando el antiguo IEEE 488, a ser el IEEE 488.1. Entre las nuevas características se incorporaba la posibilidad de conocer el estado del instrumento y consultar posibles estados de error .

Figura 4: Niveles de protocolos utilizados.

Posteriormente, se elaboraron nuevas funcionalidades que se recogieron en un protocolo de mayor nivel denominado SCPI

SCPI

A pesar de los estándares IEEE 488.1 y 488.2, existía libertad para que cada fabricante eligiera los comandos de sus instrumentos. En 1990 un grupo de empresas fabricantes de instrumentos acordaron crear un conjunto de órdenes con una sintaxis común, que fue llamada SCPI (Comandos Estándar para Instrumentos Programables).Lógicamente, SCPI se construyó respetando los principios del anterior 488.2.Si dos instrumentos (por ejemplo, dos osciloscopios), de fabricantes distintos, se adhieren al estándar SCPI, es teóricamente posible intercambiarlos con mínimas modificaciones en el programa de control. Los comandos SCPI se escriben como texto ASCII, y tienen una estructura jerárquica por niveles, separados por dos puntos:

Figura 5: Esquema de una linea de comando.

Los caracteres en mayúsculas son necesarios para especificar la orden, mientras que los que están en minúsculas pueden suprimirse, sirviendo sólo para facilitar lalectura de programas por usuario. Los comandos en sí pueden ser escritos indistintamente en mayúsculas o minúsculas. Así, SCALE, sca y scale representan todos al mismo comando. Por ejemplo:

HOR:MAIN:SCA 5.0E-4 establece la escala de la base de tiempos en 500 ms/división. El signo de dos puntos (:) separa los niveles de la jerarquía. Si quisiéramos preguntar al osciloscopio por la escala actual de la base de tiempos habría que escribir:

HOR:MAIN:SCA?Los comandos se pueden concatenar utilizando un punto y coma (;). Por ejemplo, se puede escribir la orden:

ACQuire:MODe AVE; NUMAVg 16 que indica al osciloscopio que la adquisición va a ser en modo promedio (average) y que va a constar de 16 muestras. Nótese que los niveles jerárquicos ACQuire:MODe, al ser comunes, sólo necesitan ser indicados una vez; es decir, la orden anterior equivale a:

ACQuire:MODe AVE; ACQuire:MODe NUMAVg 16 Una ventaja del estándar SCPI es la definición homogénea de comandos para todos los aparatos de una misma clase; por ejemplo, para un osciloscopio, las principales categorías de raíz se muestran en la tabla 1.

Tabla 1: Principales apartados de la jerarquía de comandos de un osciloscopio en SCPI.

VISA e IVI

Como se ha podido ver, la programación de un sistema GPIB a base de comandos SCPI es bastante laboriosa. Aunque hace años era la única opción disponible; hoy en día disponemos de drivers para los principales entornos de programación que permiten el acceso a los instrumentos a más alto nivel.Históricamente, el primer paso hacia la estandarización fue VISA (Virtual Instruments Software Architecture), un convenio de Agilent y NI para acceder a los instrumentos de la misma forma independientemente de la interfaz física (GPIB, puerto serie, etc).

En 1998 surgió el consorcio IVI (Interchangeable Virtual Instruments) entre una treintena de compañías, incluyendo usuarios de sistemas como Boeing, y fabricantes de hardware como Agilent, Tektronix, NI, etc, con el objetivo de alcanzar una estandarización de los drivers de los instrumentos. En concreto, IVI aporta las siguientes novedades:-Adopción de VISA (independizando la programación respecto al bus de interfaz).-Posibilidad del intercambio de instrumentos, incluso de distintos fabricantes.-Posibilidad de trabajar con instrumentos simulados durante el desarrollo de aplicaciones, cuando la disponibilidad de los equipos está restringida.-Acceso a los instrumentos mediante una caché de estado, que optimiza el tráfico del bus cambiando el estado del instrumento sólo de forma incremental.-Posibilidad de programación multihilo.Los drivers IVI están clasificados en ocho clases o plantillas, correspondientes a los siguientes

instrumentos de medida:- Fuentes DC- Multímetros digitales- Generadores de funciones- Osciloscopios- Medidores de potencia- Generadores de RF- Analizadores de espectros- Conmutadores de señales (switches)Con una librería IVI, el programador de C puede emplear rutinas de alto nivel sin necesidad de conocer el conjunto de comandos SCPI que el instrumento entiende. Como consecuencia, el desarrollo de aplicaciones de esta forma se ha agilizado considerablemente respecto al uso de comandos SCPI.

Software existente para GPIB

La primera alternativa (y, en ocasiones, la más práctica), es el uso de software propietario desarrollado por los mismos fabricantes del instrumento. Por ejemplo, el programa gratuito Intuilink de Agilent Technologies, o el programa de pago Wavestar para los osciloscopios de Tektronix Inc.La ventaja evidente de estos programas es que pueden ser empleados nada más conectar los instrumentos, y proporcionan ya hechas las funciones más comunes que uno puede desear realizar, sin necesidad de programar.Las desventajas son también claras: por tratarse de software cerrado, sólo puede ser usado para la tarea para la que fue diseñado, y además son imposibles de integrar con otros programas.

A) Labwindows/CVI y LabVIEW de National InstrumentsLabWindows/CVI es un entorno de desarrollo completo basado en ANSI C (el nombre significa C para Instrumentación Virtual). Los aspectos más destacables de este producto son:- Completas librerías para la comunicación entre dispositivos (puerto serie, paralelo, GPIB, TCP/IP, etc).- Especial facilidad para el desarrollo de interfaces gráficas adaptadas a los instrumentos de medida (dispone de elementos para mostrar formas de onda, conmutadores, potenciómetros, etc)- Soporte para los drivers IVI de numerosos instrumentos (extensión .fp).- Posibilidad de ofrecer el programa final desarrollado mediante una aplicación de instalación.National Instruments, creadores de LabWindows/CVI, ofrecen también LabVIEW, que, con la misma funcionalidad, está orientado a programación gráfica en vez de al desarrollo de código C. NI mantiene la compatibilidad con otros compiladores de propósito general, como las distintas suites de Microsoft Visual Studio (Visual Basic, Visual C++, .NET, etc), a través de su producto Measurement Studio.

B) Matlab con Instrument Control ToolboxMatlab, que fue en origen un conjunto de rutinas para manipulación de matrices, ha evolucionado con el tiempo para convertirse en un entorno de programación de propósito general con gran potencia matemática y aplicabilidad en muchos ámbitos de la ciencia y la ingeniería, gracias a sus módulos de extensión (toolboxes) de procesamiento de señales, control, ecuaciones diferenciales, y un largo etcétera. En muchos casos las toolboxes representan el estado del arte en programación numérica ensus respectivos campos.

Recientemente, los creadores de Matlab, Mathworks, emprendieron una línea clara de ampliación de su mercado hacia la conexión de hardware con el PC, distribuyendo toolboxes para el control de

tarjetas de adquisición, generación de código y emulación de DSPs, xPC (control remoto de PCs para operación en tiempo real), adquisición de imágenes, etc. La primera versión de la toolbox específica de control deinstrumentos de medida apareció en 2001, y ya la versión 2.1 disponible desde el 2004 está suficientemente depurada para ser competitiva con productos más maduros como CVI. Existe también una toolbox de adquisición de datos con soporte para tarjetas de entrada y salida de señales analógicas y digitales, dentro de esta misma línea de productos.La toolbox ha sido diseñada de forma que el acceso a los instrumentos de medida se realiza mediante objetos, que pueden ser de dos clases: interfaz o de dispositivo.Mientras que el primer método equivale a la programación con comandos SCPI, el segundo enfoque permite explotar toda la potencia de IVI. Para ello es preciso disponer del driver de Matlab correspondiente (extensión .mdd), obtenible en la página de Mathworks o bien usar una utilidad llamada makemid para convertir (o �envolver�) el driver IVI ya instalado en el sistema. La utilidad midedit permite ver y modificar todas los objetos definidos en los aparatos, sus propiedades, y las funciones ejecutables.

Implementación del Controlador IEEE-488Luego de un estudio de mercado y ante el elevado costo de las interfaces y placas

controladoras de Bus IEEE-488 se opta por utilizar como base un desarrollo realizado por el Laboratiorio de Dispositivos Semicondurcores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Ljubljana de Slovenia (1). La información de dicho desarrollo se encuentra disponible en la página web del laboratorio de libre acceso y disponible para su utilización. Se trata de un controlador de Bus IEEE-488 con interfase USB.

De dicho desarrollo se utilizará principalmente la programación del microcontrolador ya que el mismo cumple con los requerimientos necesarios para la aplicación. Se realizará un re diseño tanto de la interface USB como de la interface eléctrica IEEE-488 acorde a los componentes que se consiguen en el mercado local.

En el caso del micro-controlador, frente a las dos variantes presentadas por los diseñadores se opto por la utilización del ATMega8515 frente al AT90S8515 por tratarse de un micro-controlador mas nuevo y mas sencillo de grabar. Este dispositivo se consigue fácilmente en el mercado local por lo que no presentó inconveniente.

Interfase USB

Para realización de la comunicación del micro-controlador con la PC se utilizará un el circuito integrado FT245R de la firma FTDI. El mismo realiza una interface USB a Paralelo del tipo FIFO. Este se utiliza en reemplazo del FT245BM del diseño original. Las diferencias con pocas, el FT245R a diferencia de su antepasar el FT245BM ya posee una memoria EEPROM interna para almacenar los datos de la interface. Esta memoria EEPROM es programable mediante un software específico otorgado por el fabricante FTDI Chips. Ademas ensta nueva versión de la interface posee integrados parte de los filtros de la conexión USB lo que simplifica el circuito a implementar.

La elección del mismo se baso principalmente la simplicidad del circuito de implementación, ya que es necesario una mínima de componentes. Ademas se analizó la disponibilidad en el mercado como su versatilidad y la disponibilidad de drivers para diversos sistemas operativos como así tambien la posibilidad de manejarlo como un puerto COM virtual (VPC – Virtual COM Port) o mediante librerias DLL.

El integrado se encuentra disponible en formato SSOP de 28 pines de montaje superficial, por tal motivo se decidió hacer un adaptador en PCB para luego insertar este en la placa controlador GPIB mediante dos tiras de pines.

Figura 6: PCB de adaptador SSOP

(1).-http://lpvo.fe.uni-lj.si/GPIB/

Figura 7: Circuito de aplicación propuesto por el fabricante para la interface USB-Paralelo

Interface Microcontrolador – BUS GPIB

El microcontrolador realiza un manejo de todas las lineas de Bus GPIB mediante dos circuitos integrados, el SN75161A y el SN75162A los cuales frorman un transeptor IEEE-488 GPB permitiendo la adecuanción del las señales provenientes del microcontrolador a los niveles normalizados del BUS GPIB y viceversa. Estos CI se consiguieron con dificultad en el mercado local en reemplazo a los DS75160A y DS75161A respectivamente.

Ademas en el diseño de la placa se dispuso de un conector ICSP (In Circuit Serial Programer) que permite la actualización del software del microncontrolador para cualquier posible modificación o mejora que desee implementarse.

Figura 8: PCB Controlador

Figura 9: Disposición de los componentes

Imagen 1: Circuito Montado Imagen 2:Detalle adaptador SSOP

Figura 10: Disposición de los componentes

Drivers para el manejo del controlador con LabVIEW

Los controladores para el manejo con LabVIEW están compuestos por una colección de VI's

• USB GPIB Initialization• USB GPIB Write• USB GPIB Read• USB GPIB Clear• USB GPIB Read STB• USB GPIB Request Wait• USB GPIB Wait SRQ• USB GPIB Set timeout • USB GPIB Close

Para el uso de la interface con LabVIEW, todas las funcones básicas de comunicación con el instrumento deben ser reemplazadas por las provistas. Estas funciones pasan el control a las funciones de LabVIEW VISA.

Todas las funciones excepto Initialization and Close deben ser direccionadas o desdireccionadas antes de se utilizadas. La ejecución esta dividida en dos etapas y si un error ocurre en alguna etapa, es detenida y el correspondiente codigo de error el devuelto.Cada etapa está compuesta por el envio de los comandos a la interface y la espera de la correspondiente respuesta. Todas las funciones envian un comando a la vez y esperan por la confirmación.Para utilizar estas funciones deben estar instalados los drivers D2XX de la interfece FTDI.

A continuación de transcribe una breve descripción del funcionamiento de las principales funciones de control y comunicación.

Common parameters and returns to all functions error in describes error conditions that occur before a VI runs. The default input of this cluster is no error. If there is an error wired to a VI, VI will be skipped and error passed to the output. timeout [ms] specifies the maximum time a VI will use to send the data. A VI will use the IBT command to set timeout if different from current setting. Note that actual data transfer time will be limited to approx. 100 ms lower value in order to compensate for addressing time. This parameter applies to total timeout and is local to the VI. To set Byte Timeout and First byte timeout use USB GPIB Set timeout function. VISA resource name contains the address of the GPIB device with which a function communicates and the interface used for the communication. To use our interface, instrument’s address should be prefixed with USB-GPIB::. This prefixed should be used for all functions that communicate with our interface. Instrument’s address is a decimal string. If you do not specify an address, a function does not perform addressing before they attempt to read and write the string or commands.

duplicate VISA resource name is the same as VISA resource name input. error out contains error information. If error in indicates an error, error out contains the same error information. Otherwise, it describes the error status that this VI produces. Code numbers means the following: 2 ENOL Write detected no Listeners.

Timeout when sending bus commands or data. This is returned if error 0x08 – No Listeners is returned from the interface.

6 EABO I/O operation aborted. Serial port operation Error PC-to-interface protocol error A talker has no data to send (0x09 – No Data) on read A listener is not ready for data (0x01 – Not Ready)

7 ENEB Non-existent board. There is an error opening the serial port.

14 EBUS GPIB bus error. Time-out occurred before NRFD became false (during talking) (0x01). Time-out occurred before byte was accepted (NDAC became false) (during talking) (0x02). Time-out occurred before reception (DAV true) of a byte. This code is applicable to both bus commands and data.

String returned in error out has the following format: <name of VI>:<description of error>. Description is added to extend error codes: I/O I/O error occurred when communicating with serial port. Ctrl Returned if there is a PC-to-interface protocol error. Not Rdy Returned if 0x01 – Not Ready response received from the interface. Not Acc Returned if 0x02 – Not Accepted response received from the interface. Not DAV Rel Returned if 0x03 – Not DAV Released response received from the interface. No Lstn Returned if 0x08 – No Listeners response received from the interface. No data Returned if 0x09 – No Data response received from the interface.

VIs USB GPIB Initialization Opens serial port, sets REN state, powers on the interface and performs interface clear using command IB<CR>. It also sets global variables. If require re-addressing is TRUE, the function addresses the device before every read or write. If FALSE, the device must be able to retain addressing from one read or write to the next. This can be disabled in order to speed-up communication. The default is TRUE. If assert REN with IFC is TRUE, the function asserts the Remote Enable line. Possible error codes returned: 6, 7.

USB GPIB Write Writes data to the GPIB device identified by VISA resource name. The VI performs addressing if an address is given and re-addressing is enabled or the address is different from current. data is the data the function writes to the GPIB device. Mode indicates how to terminate the GPIB Write. The VI will use the IBe command to set EOI mode if different from current setting. Default is 0.

0 Send EOI with the last character of the string. 1 Append CR to the string and send EOI with CR. 2 Append LF to the string and send EOI with LF. 3 Append CR LF to the string and send EOI with LF. 4 Append CR to the string but do not send EOI. 5 Append LF to the string but do not send EOI. 6 Append CR LF to the string but do not send EOI. 7 Do not send EOI. Possible error codes returned: 2, 6, and 14.

USB GPIB Read Reads data from the GPIB device at the VISA resource name. If you do not specify an address, the functions do not perform addressing before they attempt to read and write the string. The VI stops reading when EOI is detected, EOS character is received or byte count byte are received. Note that at the second two options, the interface can read more characters, but the VI will return only specified. byte count specifies the maximum number of bytes the function reads from the GPIB device. mode specifies conditions other than reaching byte count for terminating the read. 0 No EOS character. The EOS termination mode is disabled. 1 EOS character is CR. Read terminated on EOI, byte count, or CR. 2 EOS character is LF. Read terminated on EOI, byte count, or LF. x Any other mode indicates the number (decimal) of the desired EOS character. data contains the string read without the EOS character. return count is the length of data. If the read operation is terminated with EOS character or byte count, the number of bytes actually read from the instrument might be higher. These byte are lost. Possible error codes returned: 2, 6 and 14.

USB GPIB Clear Sends either SDC (Selected Device Clear) or DCL (Device Clear). If you specify an address in address string, the function sends SDC to that address. If address string is unwired, the function sends DCL. Possible error codes returned: 2, 6, and 14.

USB GPIB Read STB Serial polls a single device to get its status byte. serial poll response is the status byte of the device at address string. You can learn how to interpret this byte from the documentation supplied with your device. -1 is returned if the byte can not be read. Possible error codes returned: 2, 6, and 14.

USB GPIB Request Wait Waits for Service Request using USB GPIB Read STB and monitoring bit 6 of the status byte. Status byte is serial poll response from USB GPIB Read STB. Possible error code returned: 6.

USB GPIB Wait SRQ Waits for SRQ line to be asserted using interrupt. If the line is active when the VI is called it immediately returns. Note: The function is passive to the bus and does not clear the SRQ flag. SRQ is true if SRQ occurred within the timeout. Possible error codes returned: 6 and 14.

USB GPIB Trigger Triggers a single device using GET bus command. If you specify an address, the function sends trigger to that address. If you do not specify an address, the function does not perform addressing before they attempt to read and write the string. They assume you have either sent these commands another way. Possible error codes returned: 2, 6, and 14.

USB GPIB Set timeout Sets timeouts of the GPIB interface. The timeouts are also written to global variables. Total timeout is maximum duration of a GPIB operation. If set to -1, the timeout will not change. Use 0 to disable the timeout. The defaults value is 10,000 ms. First byte timeout is maximum duration between the start of a transfer command and the first byte transferred. If set to -1, the timeout will not change. Use 0 to disable the timeout. The defaults value is 10,000 ms. Byte timeout is maximum duration between successive two bytes during write or read operation. This timeout is also used for commands that transfer only one byte (IBC, IBc and IBB). If set to -1, the timeout will not change. Use 0 to disable timeout. The defaults value is 1,000 ms. Previous total timeout is the previous total timeout period for all GPIB Functions. Previous first byte timeout is the previous first byte timeout period for all GPIB Functions. Previous byte timeout is the previous byte timeout period for all GPIB Functions. Note: There should be at least one valid timeout always enabled, otherwise the interface might hang up. Possible error codes returned: 14 (interface error).

USB GPIB Close Turns off GPIB interface and closes serial port. Possible error codes returned: 2, 6, and 14.

LabVIEW drivers for VCP These drivers communicate with the interface through Virtual Serial Port (VCP). To use this functions virtual COM port should be installed as a FTDI driver. Functions access serial port through VISA library. These VIs are very similar to LabVIEW drivers for D2XX with following exceptions:

• address string is used instead of VISA resource name. The string only contains decimal address of the instrument.

• USB GPIB VISA used for USB GPIB Initialization and USB GPIB Close is a VISA reference to serial port the interface is connected to. This parameter is global for all functions.

Sistema de Calibración de Filtros Acústicos según norma IRAM 4081

INTRODUCCIÓN

La calibración de filtros acústicos por bandas de octava y tercios de octava se realizan según un protocolo interno de calibración basado en los requerimientos establecidos por la norma IRAM4081.

El Sistema de Calibración deberá poder automatizar la mayor parte posible de las tareas rutinarias realizadas durante la calibración de los filtros.

BREVE DESCRIPCIÓN DEL PROTOCOLO

El protocolo de calibración consiste principalmente en relevar y verificar ciertos parámetros establecidos en la norma IRAM 4081 los cuales a criterio del Centro de Investigación se consideran claves para la determinación si el instrumento se encuentra en condiciones de funcionar y si se encuadra dentro de los requerimientos de la normativa. Cualquier desviación o mal funcionamiento se vería claramente reflejado en los parámetros medidos.

Principalmente se realiza un relevamiento de las frecuencias de corte superior e inferior a -3dB con respecto a la frecuencia media normalizada del centro de banda para contrastarlos con los límites máximos y mínimos establecidos por norma.

A partir de esta medición, por un calculo inverso establecido en la norma, se calcula la frecuencia media geométrica y de allí la Discrepancia a la Frecuencia Media Geométrica.

A su vez se determina el Ancho de Banda Efectivo y se verifica que este se encuentre dentro de los límites que establece la norma estableciendo su Discrepancia.

Otra característica determinada es la Pérdida Mínima por Inserción que se determina a partir de los valores de menor atenuación para el centro de banda de cada uno de los filtros, contrastado con la transmisión del instrumento sin el funcionamiento del filtro, o bien con la frecuencia central de 1000Hz en caso de que el funcionamiento sin el filtro no sea posible.

FUNCIONES EN LABVIEW PARA MANEJAR INSTRUMENTOS

SetdB1049.vi

Fija un valor en dB a la salida del Generador

Continuo1049.vi

Habilita la salida de señal del generador.

OFF1049.vi

Deshabilita la salida de señal del generador.

SetFrec1049.vi

Fija una frecuencia de salida para el generador

Leer1049.vi

Lee el valor actual del nivel y frecuencia del generador.

Texto en Display 1049.vi

Presenta en el display del generador el texto de entrada.

Write2636.vi

Escribe un comando en el Amplificador de Medición.

Leer2636.vi

Lee el estado de los controles del Amplificador de Medicion.

LeerdB2636.vi

Toma una medición en dB del Amplificador de Medición.

Ajuste Manual.vi

Permite el ajuste manual tanto del nivel del generador como de la ganancia de entrada del Amplificador de Medición

Panel frontal

Figura 11: Panel frontal Ajuste manual

SetFrecDelayLeer.vi

Fija una frecuencia, espera la estabilización de la cadena y toma una lectura.

FUNCIONES PARA DIFERENTES CÁLCULOS

LimFrecOctavaClaseI.vi

Realiza el cálculo a partir de la frecuencia media de los límites máximos y mínimos en el corte superior e inferior según norma IRAM4081.

FrecaBandadeOctava.vi

Obtiene por cálculo la frecuencia a la que corresponde un desplazamiento de d bandas a partir de la frecuencia media con una resolución de 1/x fracciónes de bandas de octava.

PANEL FRONTAL DEL SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE FILTROS

Panel de configuración del ensayo (puertos, datos del ensayo y configuración) y panel de resultados donde se presentan de manera gráfica y tabular los valores de:

Discrepancia Frecuencia Media Geométrica

Discrepancia Pérdida Mínima por Transmisión

Discrepancia Ancho de Banda

Tabla con la totalidad de los datos relevados.

Figura 12: Panel frontal Sistema de calibración

DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO GENERAL DEL PROGRAMA

El programa realizará la búsqueda de los puntos de frecuencia de corte a -3dB de cada uno de los filtros de frecuencia normalizada de 1/1 octava y 1/3 de octava según corresponda. El mismo realizará, en base a los puntos encontrados, una serie de cálculos para obtener la Discrepancia de la Frecuencia Media Geométrica y la Discrepancia de Ancho de Banda para cada banda y la Discrepancia de Perdida Mínima por Transmisión para todo el conjunto de filtros. Como resultado presenta en forma tabulada los valores obtenidos y un gráfico para cada parámetro obtenido.

Las frecuencias de corte de -3dB se calculan obteniendo una mediante el valor medio de la frecuencia de corte obtenida por un barrido ascendente y descendente

un barrido discreto en frecuencia a partir de la frecuencia central normalizada del filtro, con una resolución inicial de la mitad de la seteada por el operador pudiendo ser la resolución seteado de 1/128, 1/256 o 1/512 de octava hasta encontrar una atenuación de 2dB. A partir de esta frecuencia, el barrido lo realiza con la resolución seteada hasta encontrar el punto de -3dB

Datos de la calibración: El programa almacena los datos de la calibración de los siguientes campos:

• Nº de orden de trabajo

• Fecha

• Comitente

• Técnico responsable

• Marca

• Modelo

• Número de serie

• Observaciones

PRUEBAS PRELIMINARES

Se realizaron durante el desarrollo continuas pruebas de cada uno de los VI en especial aquellos que tenían comunicación con los distintos instrumentos a fin de comprobar el correcto funcionamiento y optimización dentro de lo posible.

Una vez finalizada la programación de una primera versión preliminar del instrumento virtual se procedió a someterlo a diferentes situación que podrían ser habituales en el proceso de calibración para detectar los posibles errores y fallas del sistema y subsanarlos en consecuencia.

Se realizaron los trabajos necesarios en la administración y control de errores que pudieran producirse con correspondiente toma de decisiones al momento de producirse. También en esta etapa se entrevisto al personal que realiza cotidianamente las tareas de calibración para conocer su opinión, críticas y sugerencias sobre distintos aspectos del funcionamiento para realizar los cambios que se creyeron convenientes. Se tomaron en cuenta y registraron los tiempos que tomaba el sistema en realizar los ensayos y la forma de poder optimizar posibles demoras innecesarias.

Una vez realizadas todas las tareas de ajustes y correcciones y observado un funcionamiento estable del sistema se procede a la realización de la validación del mismo como un sistema de medición confiable para lo que se calcularon y obtuvieron empíricamente las incertidumbres correspondientes a los parámetros medidos.

CÁLCULOS DE INCERTIDUMBRE DE LAS MEDICIONES

Incertidumbre en la determinación de la frecuencia de corte

Se programó una resolución de frecuencia ajustable por el usuario que va desde 1/128 hasta 1/512 de octava por lo que calcularemos una incertidumbre tipo B a partir de la resolución máxima.

Tratándose de una distribución rectangular calcularemos los valores estimados a partir de

f i=12 f f −

y el cuadrado de la incertidumbre típica

u2x1=1

12 f − f −

2

si la diferencia entre los valores límites f − f − la expresamos como 2 a , tendremos que el

cuadrado de la incertidumbre típica será

u2x1=13

a2

y resolviendo la raíz cuadrada

u x1=13

a

en nuestro caso la diferencia entre valores límite será expresando los valores en fracciones de

octava de frecuencia 2a= 2512

− 1512

; 2a= 1512 y a= 1

1024

amplicando el valor de a a la fórmula de la incertidumbre típica tenemos que

u f = 13

∗ 11024

u f =5,6 x10−4 de octava de frecuencia

al cual se le aplica un factor de cobertura k=2 obteniendo la incertidumbre expandida

U a=u f ∗k

U a=5,6 x10−4∗2

U a=1,13∗10−3 de octava

Para una frecuencia determinada f 1 la incertidumbre estará determinada por

f =±2U a∗ f 1

±2U a=±21,13∗10−3

=1,00078

U a=0,078 %

Incertidumbre en la medición en dB

Obtendremos una incertidumbre tipo A de la medición mediante una serie de 10 ensayos de 10 mediciones cada una y determinaremos el valor de la incertidumbre calculada para las frecuencias de 31,5 Hz y 1000Hz.

Primero tomaremos el valor medio

x=∑i=1

n x i

n

luego determinaremos la distribución típica de las mediciones tomadas

S x i= 1

n−1∑i=1

n

x i−x2

para luego calcular el valor de la variaza (experimental) del valor medio

Sx2=1

nS x i

2

la cual determinará el valor de nuestra incertidumbre expandida luego de multiplicarla por un fator k=2 para obtener un intervalo de confianza aproximadamente del 95%

Se realizaron un total de 10 ensayos de 10 mediciones cada uno en las frecuencias de 31,5 Hz y 1000 Hz obteniéndose los siguientes resultados

31,5 Hz 1000 Hz

Valor medio [dB] 0,117 0,0960,002 0,0010,003 0,002

SX

2 [dB]U

a (k=2) [dB]

La incertidumbre final de las mediciones de nivel para ubicar el punto de -3dB y la obtención de la frecuencia de corte se presentan en la siguiente tabla.

Incertidumbre de la mediciónNivel 0,003 dB

Frecuencia 0,078 %

EJEMPLOS DE CALIBRACIONES REALIZADAS

Como ejemplo del funcionamiento del instrumento virtual en su conjunto se realizó la calibración del medidor de nivel sonoro marca Brüel & Kjaer modelo 2231 con su módulo de filtro por configurado en bandas frecuencias de octava con un ancho de banda de una octava.

Es importante aclarar que dicho instrumento se encuentra actualmente en un proceso de chequeo y reparación ya que en la última calibración interna no ha cumplido con las exigencias de la norma IRAM 4074 correspondiente a los medidores de nivel sonoro por presentar una desviación en su respuesta en frecuencia por arriba de los 4000 Hz.

En primer lugar se presenta la gráfica de las curvas correspondientes al juego completo de 10 filtros por bandas de octava desde 31,5 Hz a 16000Hz.

Figura 13:Gráfica de la respuesta de los filtros por octava B&K Type 2231

Una vez presentado el aspecto gráfico del juego de filtros se presentan los distintos resultados entregados por el instrumento virtual

Figura 14: Gráfico y tabla de datos discrepancia de frecuencia media geométrica B&K Type 2231.

Figura 15: Gráfico y tabla de datos pérdida mínima por transmisión B&K Type 2231.

Figura 16: Gráfico y tabla de datos pérdida mínima por transmisión B&K Type 2231.

CONCLUCIONES

Se ha logrado poner en funcionamiento una interface USB-GPIB confiable para la utilización de los distintos instrumentos que posee el CINTRA con la interface IEEE-488, lo que permite la posibilidad de automatizar muchas de las tareas que realiza el Centro a su vez de aprovechar mas eficientemente las características de dichos instrumentos.

Con respecto al sistema de instrumentación virtual para la calibración de instrumental acústico, se ha desarrollado con éxito un instrumento virtual que permite realizar la calibración de cualquier grupo de filtros acústicos ya sean tanto de bandas de octavas como de un tercio de octava. Como funcionalidad adicional también se dispone de una herramienta para obtener la curva de respuesta en frecuencia de cada uno de los filtros.

Si bien se ha dejado una versión funcional del instrumento, actualmente se realiza una continua actualización del mismo como así también el desarrollo de otras aplicaciones con el fin de satisfacer las distintas necesidades del centro el lo referente a la manipulación de instrumentos en forma automatizada.