Calibracin Sensores Imote2

Estudiante: Leonardo Gallo Rivera

Cod: 1225981

Dinmica Estructural

Presentado a Johannio Marulanda y Sebastin Castellanos

Introduccin:

La calibracin de instrumentos puede definirse como la actividad en que se prueba, compara y

ajusta un equipo con otro de igual sistema de medicin que se usa como referencia conocida y

estandarizada. Tambin se puede describir como la comparacin y reduccin del error entre una

medicin conocida y otra proveniente de otro equipo.

El equipo de magnitudes conocidas se le denomina Patrn y el que debe ser ajustado como

instrumento de prueba.

Para este informe se realiza la calibracin de un Imote2 Sensor el cual mide, procesa y almacena

informacin para su posterior recoleccin. Se realiza la calibracin de sus tres acelermetros en eje,

los cuales deben medir en gravedades y ser comparados posteriormente con un sensor Wilcoxon

Research el cual ser el Patrn.

Imote2 Sensor:

El Imote2 es una plataforma nodo sensor inalmbrico avanzado desarrollado en Intel Research

como parte de Platform X. Est construido alrededor de la baja potencia de la CPU XScale

PXA271 y tambin se integra un IEEE 802.15.4 de radio compatible. El diseo es modular y

ampliable con conectores de interfaz para tarjetas de expansin tanto en los lados superior e

inferior.

El Imoto2 Sensor Basic cuenta con 3 ejes Acelermetro, medidor de0 temperatura, sensores de

humedad y luz y una entrada analgica de 12 bits.

Los Imote2 Sersores tiene una frecuencia de adquisicin de 280 [Hz]

Figura 1. Sensores Imote2

http://tinyos.stanford.edu/tinyos-wiki/index.php/IEEE_802.15.4

Descripcin:

El ensayo de calibracin de los sensores Imote2 se realiz en el simulador ssmico de la escuela de

ingeniera civil de la Universidad del Valle. Cuyo principal objetivo fue ajustar y encontrar el error

mnimo entre un sensor Patrn (Sersor Wilcoxon 371 A utilizado solamente para la calibracin de

dispositivos acelermetros) y los dichos dispositivos.

Para el ensayo tanto los dispositivos como el sensor patrn fueron sometidos a un mismo barrido

de frecuencias donde se recolect informacin para su posterior ajuste y correccin de error.

Montaje:

La instrumentacin consta de i) un sensor Wilcoxon Research 731A, ii) una caja de

acondicionamiento Wilcoxon P31, iii) una caja de conexiones National Instrument SC-2345 y iv)

una tarjeta de adquisicin NI DAQCARD 6024-E. El montaje experimental se realiz fijando los

sensores Imote2 al simulador ssmico y sometindolos simultneamente al barrido de frecuencias.

Debido a que para la calibracin es necesario tener el barrido de frecuencias en direccin del eje

que se piensa calibrar y la medida de dijo eje sometido a 1[g], el ensayo se realiz varias veces para

obtener todas estas medidas en todos los ejes. Los Imotes son diferenciados mediante un nmero de

serie. Para este informe se calibr el sensor nmero 9.

Figura 2. Imote2 sometidos a barrido en direccin X.

Para todos los ejes se realiz el mismo proceso. Se toman los datos del acelermetro donde se ejerce

el barrido, y se comparan con el mismo eje pero sometido a la aceleracin de la gravedad. De esto

se obtiene la escala de conversin cuentas a gravedades. Mediante la ecuacin:

= ( )/

Ahora se compara con el acelermetro de control y se realiza un ajuste en el tiempo para as poder

comparar los datos. Mediante un programa en MatLab el cual halla el valor mximo de FIT y por

consiguiente se deduce que la grfica se encuentra correctamente ajustada con el Patrn.

= 100 (1

())

Despus de realizado el ajuste en el tiempo se procede a re muestrear ambas seales a 50Hz para

reducir la cantidad de datos a estudiar. Esto incrementa el fit y mejora el ajuste que posteriormente

veremos en los resultados.

Resultados:

EJE X:

Mediante programacin de MatLab se obtiene un FIT de -5,8528% (A consideracin bastante

deficiente). Se puede observar su relacin en el tiempo con el barrido Patrn.

Figura 3. Prueba en X y Patrn en tiempo.

Posteriormente se halla la funcin de transferencia presente entre el sistema de Prueba y el Control.

La cual nos indica la relacin existente entre las dos seales. Es decir, mientras la amplitud de la

grfica tienda ms a uno la relacin entre ellas ser directamente proporcional e iguales en

amplitud. Y mientras su desfase tienda ms a cero menos error existir en el frecuencia entre dichas

seales.

Figura 4. Funcin de Transferencia Prueba X

El valor promedio de su amplitud y su fase son 0.9391 y 1.9733 respectivamente.

Se construye el espectro de densidad de potencias tanto para la Prueba como para el control,

mediante programacin en Matlab. Y se calcula la relacin existente entre los dos mediante la

ecuacin del FIT.

Figura 5. Espectro de densidad de potencias Prueba X y Control

Donde su aproximacin mediante FIT fue de 94.7559

Finalmente se halla su funcin de coherencia la cual muestra que tan bien se relacionan en

frecuencias las dos seales. Todo esto es logrado mediante el comando en MatLab mscohere y

mediante la ecuacin:

() =|()|

2

()()

Siendo 1 la mayor correspondencia. () y () representan los espectros de densidad de

potencia propios de y , respectivamente, y () corresponde al espectro de densidad de

pontencia cruzado de y .Para este caso la coherencia tiene un valor promedio de 0.9257.

Figura 6. Funcin de Coherencia Prueba X y Control

EJE Y:

Se obtiene un FIT de 78.5006% mediante un programa en Matlab el cual va ajustando las grficas

en el tiempo y calculando su respectivo FIT a medida que avanza.

Observamos su comportamiento similar en el tiempo con respecto al Patrn.

Figura 7. Prueba en Y y Patrn en tiempo.

Procedemos a hallar la funcin de transferencia entre el control y la prueba. Igual que en el Eje

anterior.

Figura 8. Funcin de Transferencia Prueba Y.

Donde su valor promedio para amplitud y fase son 0.9556 y -9.8051 respectivamente.

Se procede a construir el espectro de densidad de potencias tanto como para el Prueba como para el

control, y se halla la relacin existente entre ambos.

Se procede a calcular el espectro de densidad de potencias. Y su respectiva relacin entre el control

y la prueba. Que para este caso ser de 93.4893.

Figura 9. Espectro de densidad de potencias Prueba Y y Control

Finalmente se grafica la funcin de coherencia para la cual tiene un valor promedio de 0.9345.

Figura 10. Funcin de Coherencia Prueba Y y Control.

EJE Z:

Para este acelermetro se encontr un FIT de -2,9853% (Bastante deficiente) todo esto fue

calculado mediante MatLab asegurando que no existiera otro ajuste en el tiempo que pudiera dar un

FIT mayor.

Figura 11. Prueba en Z y Patrn en tiempo.

Se halla la funcin de transferencia y se calcula su favor promedio para amplitud y fase. Que para

este caso sern 0.9964 y 1.8303 respectivamente.

Figura 12. Funcin de Transferencia eje Z

Se calcula es espectro de densidad de potencias mediante MatLab y se procede a calcular su

relacin mediante fit. Para este caso ser de 84.1762.

Figura 13. Espectro de densidad de potencias Prueba Z y Control

Procedemos a calcular la grfica y el valor promedio de la funcin de coherencia. Mediante le

comando mscohere. Para la cual tiene un valor promedio de 0.9109.

Figura 14. Funcin de Coherencia Prueba Z y Control.