SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS Y CONTROL AUTOMÁTICO PARA EL ESTUDIO DE PERFILES TÉRMICOS EN SÓLIDOS

Para el análisis de estos barridos se implementó un sistema de adquisición de datos y control automático basado en una interface GPIB. El sistema de adquisición de datos consta de las siguientes partes:

 

 

Tarjeta GPIB

Amplificador Lock-in DSP.

Láser de He-Ne.

Modulador electromecánico (Chopper).

Micrófono de electreto.

Programa de adquisición y control.

 

 

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE ADQUISICIÓN

En la Figura  se muestra un dibujo esquemático de las partes de que consta el sistema.

Tarjeta GPIB

El Bus de Interface de Propósito General, GPIB (por sus siglas en inglés), también conocido como estándar IEEE 488, es uno de los protocolos para control de instrumentos más populares en la industria y la investigación. Este protocolo tiene la característica de su alta relación de transferencia (1 Mbyte/s para los primeros modelos), lo cual lo hizo ganar una aceptación extremadamente rápida en sus inicios y a la fecha constituye uno de los más importantes y utilizados. La tarjeta GPIB para nuestro sistema fue la KPC-448.2 de Keithley. Dicha tarjeta se instala en uno de los slots de la computadora y se configura vía software. Cuenta además con librerías para facilitar la comunicación con los instrumentos a los cuales se necesite ya sea  medir señales o controlar.

 

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Amplificador Lock-in DSP

Los amplificadores Lock-in son utilizados para detectar y medir señales muy pequeñas de CA, muchas veces en el rango de nanovolts. Con este amplificador se pueden lograr mediciones muy precisas aun cuando la señal se encuentre en presencia de fuentes de ruido externas de magnitudes aun mayores a la misma señal. Estos amplificadores usan una técnica conocida como detección sensible a la fase para separar la componente de la señal a una fase y frecuencia de referencia específicas. Las señales de ruido con frecuencias que difieren de la frecuencia de referencia son rechazadas. Un amplificador Lock-in tiene la capacidad, además, de generar señales de voltaje por lo que en pocas palabras se le considera un convertidor Analógico-Digital-Analógico, esta característica es utilizada en nuestro sistema para controlar el modulador electromecánico a través de una de las cuatro salidas de voltaje con las que cuenta.

 

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Láser de He-Ne

El láser utilizado como fuente de luz es un láser de He-Ne cuya potencia es de 20 mW con una longitud de onda de 633 nm. Esta luz monocromática es mecánicamente  modulada haciéndola pasar a través de las ranuras con las que cuenta el disco giratorio del chopper y uniformemente enfocada sobre la muestra.

La potencia del láser depende de las muestras a caracterizar. Para las muestras que se estudiaron en este experimento esta potencia de láser es la adecuada.

 

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Modulador electromecánico (Chopper)

El modulador electromecánico es utilizado para modular la luz láser y se controla por medio de una de las salidas de voltaje del Lock-in. Este modulador consta de un disco ranurado a través del cual se hace pasar la luz láser incidente sobre la muestra. Al variar el voltaje de alimentación del modulador se cambia la frecuencia de giro de su disco ranurado, y se pueden obtener diversos valores para la señal producida en las muestras.

 

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Micrófono de electreto

Para detectar los cambios de las señales acústicas producidas por el material, al variar la frecuencia de operación del modulador electromecánico, se utiliza un micrófono de electreto como transductor al cual se encuentra adherida la muestra a caracterizar. La salida del micrófono se conecta a una de las entradas de señal del Lock-in  donde es registrada para su posterior transmisión. Este micrófono consta de un diafragma de electreto metalizado típicamente de 12 mm FEP, con un electrodo metálico depositado sobre el electreto con un espesor que varia de 50 a 100 nm. Además posee un soporte de metal que se encuentra separado del diafragma por una capa de aire (45 mm de espesor), el electrodo y el soporte son conectados a través de una resistencia R.

 

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Programa de adquisición y control

La adquisición, manejo y almacenamiento de los datos se hace a través de una computadora personal mediante un programa cuyo código esta escrito en lenguaje C++. En este programa se llevan a cabo las instrucciones de control para el Amplificador Lock-in, ya sea para medición de señales o control del modulador. Dicho programa presenta una gráfica de los datos en el momento de la adquisición y realiza un ajuste de la curva obtenida para comparar los datos del experimento con los valores teóricos. Genera, además un archivo de salida en código ASCII para su procesamiento posterior lo que lo hace compatible con los programas comerciales más comunes de graficación (Origin, Excel, Sigmaplot, etc.).

 

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