Implementação de um filtro lock-In digital

Abstract

Nos dias de hoje, a sociedade procura supervisionar o meio que habita, recolhendo, armazenando e analisando dados. A aquisição destes dados recorre ao auxílio da eletrónica, esta tem permitido a supervisão requerida, através do melhoramento das técnicas já existentes ou mesmo com novas abordagens. Os requerimentos passam por sistemas cada vez mais fiáveis, eficientes, análises no local, complexidade baixa e entre outras características. No meio aquático, a monitorização das variáveis marítimas tem um papel importante para estudo biológico, geológico, químico e físico. Especialmente com o debate das alterações climatéricas é necessário dar uma resposta usando os respetivos estudos e resultados. Este meio é o maior no nosso planeta, porém é o que se tem menor conhecimento. A leitura das variáveis do meio aquático tem como obstáculo associado à sua baixa amplitude de sinal. O que requer o uso de técnicas de amplificação de sinal, porém este é facilmente afetado por ruído, comprometendo a viabilidade das leituras. É então de extrema importância, a implementação de um mecanismo de leitura de alta sensibilidade, imune a ruído e de selecionar a componente do sinal de interesse. O amplificador lock-in utiliza uma das técnicas mais conhecidas e eficazes para a medição de sinais de baixa magnitude, propondo-se esta dissertação ao seu estudo e implementação de um amplificador deste tipo. Neste caso com uma abordagem digital que entre outras vantagens estão presentes a maior adaptabilidade a ajustes e alterações via software. Ao longo desta dissertação o sistema em estudo é dimensionado com principal finalidade a captação de uma luz proveniente fluorescência da clorofila, para quantificação do fitoplâncton presente no meio. A fluorescência é a resposta à excitação do microrganismo a um comprimento de onda restrito. No presente documento são descritas metodologias estudadas, assim como as soluções escolhidas para desenvolver um sistema capaz de realizar a medição da clorofila presente na amostra. É apresentado as características do projeto e as simulações realizadas, assim como os componentes usados e seus parâmetros. É implementado a solução do sistema de leitura digital, o mesmo é testado e equiparado ao seu homólogo analógico. O sistema desenvolvido apresentou resultados satisfatórios com diferenciação de clorofila até 1:1000. No capítulo final são apresentadas as conclusões e alterações a serem efetuadas para melhorar o sistema desenvolvido.

Nowadays, society seeks to supervise its environment, collecting, storing and analysing data. The acquisition of these data is aided by electronics, which has been increasing its resources with novel approaches. Challenges are launched over time, because of discoveries of new areas of analysis, or the search for more reliable and efficient systems. In the aquatic environment, monitoring of marine variables plays a key role in biological and physical study. Especially with the debate on climate change, it is necessary to respond using their studies and results. The reading of the variables in aquatic environment has as obstacle associated with its low signal amplitude. Being therefore easily affected by noise, compromising the viability of the readings. It is therefore of utmost importance to implement a high-sensitivity, noise-free and read-only reading mechanism. The lock-in amplifier uses one of the most known and effective techniques for the measurement of low-magnitude signals, proposing this dissertation to its study and implementation of an amplifier of this type but in a digital approach. Among the advantages of implementing such an amplifier in a DSP, compared to its analogue counterpart are the lower cost, greater adaptability to adjustments and changes via software, as well as reduced dimensions. This type of amplifiers may have several possibilities for applications, but the main implementation is the amplifier in a mechanism called a synchronous detector. throughout this dissertation the system under study is designed with the main purpose of capturing a wavelength from the chlorophyll, to quantify the phytoplankton present in the medium. In this document are the methodologies studied, as well as the solutions chosen for the development of a model capable of performing a chlorophyll test. The characteristics of the project and the following simulations, as well as their components and their parameters, are presented. The application is a digital system solution, it is tested and combined with its analog equivalent. The chlorophyll measurement system presents satisfactory results with chlorophyll differentiation up to 1 : 1000 . At the end, the improvements that need to be implemented in the developed system.