Medição e análise de sinais acústicos chirp
Medição remota e sem contato de vibrações acústicas em uma ampla faixa de frequências, usando o Vibrômetro a Laser Doppler Ommatidia Q2.
Este teste demonstra a capacidade do Vibrômetro Laser Doppler Q2 da Ommatidia de gerar, registrar e medir opticamente sinais chirp acústicos de banda larga. Os resultados confirmam a reprodução precisa do sinal e a medição confiável de vibração sem contato físico.
Objetivo do Teste
O objetivo deste teste foi demonstrar a capacidade do Q2 da Ommatidia de medir com precisão um sinal acústico em uma ampla faixa de frequência, ou seja, para ser usado como um instrumento de detecção sonora remota. Os resultados obtidos mostram que o Q2 mede fielmente o chirp programado, demonstrando que o sinal medido corresponde ao sinal de referência gerado durante o teste.
Equipamento Utilizado
O equipamento utilizado no teste foi o Vibrômetro Doppler a Laser Ommatidia Q2, parte da série Q de instrumentos baseados na tecnologia FMCW Laser RADAR (Onda Contínua Modulada em Frequência). O Q2 é um instrumento de alta resolução projetado para medir a velocidade ou o deslocamento de uma superfície sem contato físico.
O sistema incorpora uma arquitetura de detecção coerente multicanal composta por 65 feixes laser simultâneos. Graças aos seus circuitos integrados fotônicos (PICs), o Q2 pode processar múltiplos canais ópticos em paralelo, permitindo medição simultânea de vibrações.
Neste experimento, foram utilizados dados de um único feixe, aproveitando a capacidade do Q2 de extrair medições individuais de feixes. Esta abordagem permite análise precisa do comportamento local do sistema sem processar todos os 65 canais.
Figura 1: Vibrômetro Doppler laser Q2 da Ommatidia
Configuração experimental
A configuração experimental permitiu ao Q2 realizar geração de sinal, excitação acústica e medição de vibração óptica simultaneamente.
Figura 2: Configuração experimental
Geração de Chirp
O Q2 foi configurado para emitir um chirp triangular de 100–8000 Hz (rampa de 1600Hz/s, amplitude de 700mV) através de sua saída analógica. O sinal foi simultaneamente reinjetado no Q2, permitindo que o chirp gerado fosse gravado de volta pelo Q2. Esta gravação corresponde ao espectrograma mostrado na Figura 3. Além do sinal principal (1), podemos observar algumas outras características sutis:
- segundo (2) e terceiro (3) harmônicos do chirp
- ruído de banda larga no final da primeira rampa de frequência
- sinal constante em 1KHz e alguns harmônicos
Figura 3: Espectrograma do chirp gerado pelo Q2
Figura 4: Câmera RGB interna durante a medição
Reprodução Acústica via Alto-falante
O sinal gerado foi injetado em um alto-falante. A membrana do alto-falante vibrou seguindo a varredura de frequência, apresentando ressonâncias, não linearidades e artefatos característicos dos transdutores acústicos. O feixe de laser Q2 foi direcionado para a membrana para medir sua vibração real durante a excitação.
Medição Óptica Usando o Laser Q2
O vibrômetro Doppler Laser Q2 mediu a vibração da membrana do alto-falante. Na Figura 4, vemos a imagem capturada pelo Q2. A linha pontilhada é uma representação virtual dos pontos de medição, embora apenas um feixe de laser tenha sido usado neste experimento.
Resultados
O Q2 registrou a velocidade v(t) da membrana usando interferometria Doppler. Este sinal foi armazenado no arquivo HDF5 para processamento posterior. Usando v(t) (Figura 5), a Transformada de Fourier de Curto Tempo foi calculada para obter o espectrograma medido (Figura 6), mostrando distorções introduzidas durante a reprodução física.
O sinal de velocidade medido na membrana do alto-falante (Figura 5) mostra variações de amplitude e ruído típicos da resposta de transdutores mecânicos. A partir deste sinal, o espectrograma reconstruído (Figura 6) foi obtido, onde o chirp mantém sua forma geral, mas aparece mais distorcido e menos nítido devido ao ruído branco (linhas verticais na Figura 6), ressonâncias e não linearidades inerentes ao alto-falante.
Figura 5: Sinal de velocidade v(t) medido opticamente pelo Q2
Figura 6: Espectrograma reconstruído a partir de v(t)
Conclusões
O teste confirma que o Q2 é capaz de
A comparação entre os sinais ideal e medido mostra que os desvios observados decorrem principalmente do comportamento mecânico do alto-falante, e não do gerador Q2, cujo desempenho é robusto e preciso.
