Implementação de um Filtro Sintonizado Tipo Lock-in, Utilizando Processador Digital de Sinais (DSP) na Aquisição de Sinais Fototérmicos para Análise de Perda Fotoquímica em Plantas

Abstract

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um Amplificador Lock-in Digital para a aplicação em detecção de sinais oriundos de sensores fototérmicos para monitoramento da perda fotoquímica em plantas. O Amplificador Lock-in utiliza uma das técnicas mais conhecidas e eficazes para a medição de sinais muito pequenos em corrente alternada, técnica esta denominada de Detecção Sensível a Fase (PSD). Dentre as vantagens da implementação de um Amplificador Lock-in Digital em um Processador Digital de Sinais (DSP), em contraparte ao seu equivalente analógico, estão o menor custo, maior adaptabilidade a ajustes e alterações via software, além das dimensões reduzidas. Este amplificador foi implementado em um kit de desenvolvimento (TMS320C6713 DSK), que realiza operações em 32 bits em ponto flutuante. O sensor fototérmico utilizado é composto por um detector transparente de Tantalato de Lítio (LiTaO3) e a amostra a ser investigada é acoplada ao sensor por contato físico. Além de atuar como um Amplificador Lock-in Digital, o software encarrega-se de realizar todo o controle dos periféricos (teclado, display, laser e aerador) proporcionando total suporte na investigação. Foram feitas analises utilizando modelos implementados no Simulink/MATLAB e no DSP. O circuito de aquisição de alta impedância desenvolvido possibilitou medições do sistema físico, sendo os dados armazenados pelo Simulink e depois analisados no MATLAB e também no DSP. Os resultados apresentados mostram a equivalência do sistema desenvolvido comprado a um equipamento comercial. Algumas sugestões são propostas para outras possíveis aplicações utilizando a técnica do amplificador Lock-in.

This work describes a Digital Lock-in Amplifier development for signal detection applications obtained from photo-thermal sensors for photochemical loss monitoring in plants. The Lock-in Amplifier uses one of the best known and effective techniques for measurement of very small signals in alternating current, and this technique is called Phase Sensitive Detection (PSD). Among the advantages of implementing a Lock-in Digital Amplifier in a Digital Signal Processor (DSP), in its equivalent analog counterparts are the lowest cost, greater adaptability to changes and adjustments via software and reduced dimensions. This amplifier was implemented using a Texas Instruments development kit, TMS320C6713 DSK, which operates in 32-bit floating point. The photo-thermal sensor is composed by a transparent detector of Lithium Tantalate (LiTaO3), the investigated sample is coupled to the sensor by physical contact. In addition to the implementation of a Digital Lock-in Amplifier, the software is responsible to execute the entire control of peripherals drive (keyboards, display, laser and oxygenator), providing full support in the investigation. Analyses were done on the implemented models in Simulink/Matlab and DSP. The high impedance acquisition circuit developed enabled measurements on the physical system, and the data stored by Simulink and then analyzed in MATLAB and also in DSP. The results show the equivalence of the developed system purchased from commercial equipment. Some suggestions are proposals for other possible applications using the technique of lock-in amplifier.