Principios de análisis instrumental

46 Capítulo 2 Componentes y circuitos eléctricos «< La resolución de las pantallas de estos instrumentos generalmente es similar a la resolución de las pantallas de las computadoras actuales, las tabletas y los teléfonos inteligentes o smartphones. Todos estos dispositivos son capaces de mostrar datos en una, dos o tres dimensiones en cualquier formato gráfico o alfanumérico. Con hardware especializado, tal como ocurre con las televisiones más modernas, los datos pueden visualizarse en tres dimensio– nes también. Por supuesto, cualquier dato mostrado puede tam– bién imprimirse para contar con una copia en papel. En esta sección se describen brevemente dos instrumentos comunes de lectura, el osciloscopio y la pantalla alfanumérica. Tratamos la computadora como dispositivo de lectura en el capítulo 4. 2E.1 Osciloscopios Los osciloscopios son muy útiles en muchas aplicaciones de lectura y diagnósticas. Pueden utilizarse para visualizar el perfil de tiempo de señales recibidas de transductores, para comparar la relación entre ondas repetitivas en circuitos de procesamiento de señales analógicas, o para revelar ruido de alta frecuencia u otras señales que no puedan ser observadas con MD u otro dispo– sitivo para medir cd. El osciloscopio es una herramienta de diag– nóstico esencial en los instrumentos de laboratorio. En los osciloscopios modernos, se convierten de dos a ocho o más señales del dominio analógico al dominio digital por medio de convertidores analógico-digital CAD muy rápidos (véase la sección 2A.2 y el capítulo 4), los datos digitales resultantes se almacenan en una memoria, son procesados por una compu– tadora y mostrados en una pantalla de LCD como se ilustra en la figura 2.25. La relación de tiempo entre las señales puede ser mantenida por una señal de sincronización externa (disparador) o por la computadora con base en el número de criterios de selec– ción posibles (pico de voltaje, cruzamiento cero, etc.) disponi– bles para el usuario del osciloscopio. Los modelos avanzados son capaces de capturar, analizar y mostrar señales transitorias asin– crónicas que han sido difíciles de analizar históricamente. Los principios de operación del procesamiento de datos en un oscilos– copio moderno son esencialmente los mismos que para la adqui– sición y procesamiento digital de datos, el cual se estudiará con mayor profundidad en el capítulo 4. Hasta 2016, más de 90% de los osciloscopios fabricados eran digitales, sin embargo, muchos osci– loscopios analógicos continúan en servicio. Estos dispositivos uti– lizan un tubo de rayos catódicos (TRC) para mostrar los datos. Los osciloscopios oscilan en costo desde los modelos manuales bási– cos de un solo canal por debajo de los 100 dólares hasta las unida– des ultraveloces, de múltiples canales, altamente sofisticadas que pueden costar más de 300 mil dólares. 2E.2 PantaLLas alfanuméricas Los resultados que proporciona el equipo digital se muestran mejor con números decimales y letras, es decir, en forma alfanu– mérica. El dispositivo de lectura de siete segmentos se sustenta en el principio de que cualquier carácter alfanumérico se puede representar iluminando una combinación adecuada de siete seg– mentos, como se detalla en la figura 2.26. Por ejemplo, se puede ver que un cinco se forma iluminando los segmentos a, f, g, e y d; la letra e aparece con los segmentos iluminados a, f, e y d. Tal vez el método más común para iluminar siete segmentos en una pantalla es moldear cada segmento como un diodo emisor de luz (LED, por sus siglas en inglés). Un LED común consta de una unión pn con la forma de uno de los segmentos y se prepara a partir de arseniuro de galio, el cual se dopa con fósforo. En la Entrada JVV\1 CAD ...0000...00 10...00 11...01OO... ~ 1 ~ y condicionamiento Pant de señal 1 d L alla e CD 1 2 3 4 r--o Disparador Entcada JlJlJlJ 2 ~ CAD ... 1000... 1000...0000...0000... y condicionamiento de señal 2 Entrada _AA_!l__t 3 ~ CAD ...0100...000 1 ...0000...0000... Computadora y condicionamiento de señal 3 - Entrada /l/1/V 4 ~ L.__ Memoria CAD ...0110...0101...0100...0011 ... '---- y condicionamiento de señal4 FIGURA 2.25 Diagrama de bloque de un osciloscopio básico de cuatro canales. Se pueden observar hasta cuatro señales de manera simultánea en este ejemplo. La s seña les analógicas en las entradas se convierten en números en el dominio digital por CAD ultrarrápidos y posteriormente se almace nan en la memoria. La computadora integrada lee estos datos, lleva a cabo cualquier cálculo y escalamiento necesario y muestra los datos como función del tiempo. El tiempo es controlado por la tasa a la que se adquieren los datos, la cual puede ser de hasta 100 gigamuestras por segundo (100 GHz). La colección de datos también puede ser si ncronizada co n una señal externa que usua lmente se denomina disparador. Los datos también pueden mostrarse en un formato x-y con cua lquiera de las señales almacenadas graficadas en cualquiera de los dos ejes.