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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGIA Y MECANICALaboratorio de Instrumentación Industrial Mecánica

Laboratorio de Instrumentación Mecatrónica

TRABAJO PREPARATORIOLABORATORIO No. 2.2

Tema: Adquisición de Datos de Electromiografía.

Realizado por: Paul Quimbiamba A.Fecha: 11/12/2015

1. Objetivos:

Determinar la función de transferencia de la señal obtenida en la electromiografía. Calcular el periodo de muestreo más adecuado para la señal.

DESARROLLO:

1. CONSULTAR SOBRE:

a. Periodo de Muestreo.

A pesar de existir diferentes formas de muestrear señales solo se trabajará la forma de señal periódica que es la más utilizada y se describe mediante la relación:

Donde x(n) es la señal en tiempo discreto obtenida tomando muestras de la señal análoga xa(t) cada T segundos.

El intervalo de tiempo T entre dos muestras sucesivas se denomina periodo de muestreo o intervalo de muestreo. De donde.

Fs se denomina frecuencia de muestreo y esta dada en muestras por segundo.

Existe entonces una relación ente las variables n y t de tiempo discreto y contínuo dado por:

La frecuencia de muestreo, es una medida del número de muestras por segundo en un sonido. Una muestra es el ritmo al que sale el sonido de una señal continua, que es

INSTRUMENTACIÓN MECATRÓNICA Página 1


Laboratorio de Instrumentación Mecatrónica una señal efectivamente no contable, hacia una señal discreta, que es una señal que tiene partes claras y contables. En el sonido, las muestras son medidas en hercios, que es una medida de frecuencia de las ondas sonoras. Por lo tanto, para determinar la frecuencia de muestreo, sólo es necesario conocer la muestra de sonido dentro de un período determinado de tiempo.

2. Formas de calcular el periodo de muestreo.

la frecuencia con la que debemos tomar las muestras va a depender de cómo varía la señal a muestrear: una señal con variaciones lentas precisará de una frecuencia de muestreo menor que una señal de variaciones rápidas. En términos del tiempo entre muestras, una señal con variaciones lentas tendrá un tiempo mayor entre muestras que una señal de variaciones rápidas (el tiempo entre muestras Ts y la frecuencia de muestreo fs están relacionados por Ts = 1/fs

La mínima frecuencia (teórica) de muestreo fs necesaria para conseguir recuperar la señal original se conoce como frecuencia de Nyquist (fN), y es igual al doble de la frecuencia máxima (f) que contenga la señal a muestrear: fN = 2f. Por lo tanto, para realizar el muestreo de forma correcta se debe cumplir lo que se conoce como criterio de Nyquist: fs fN, es decir: fs 2f.

Esto nos confirma que si una señal se mueve muy deprisa (contiene frecuencias elevadas), precisará de más muestras para poder ser recuperada, es decir, su frecuencia de muestreo deberá ser mayor, o lo que es lo mismo, la separación entre muestras deberá ser menor.

Una de las formas de poder calcular el periodo de muestreo se lo puede realizar analizando su función de trasnferencia, es decir, observar sus polos y aplicar sus formulas para encontrar su frecuencia natural y su Tao.

Otra de las formas es:

Determina la muestra del sonido, que con frecuencia es dada en este tipo de problemas en unidades de hercios. Las frecuencias de muestreo comunes incluyen los CD de audio, cuyas muestras son de 44.100 hercios.

Multiplica el número de muestreo por una unidad de tiempo. Normalmente, las frecuencias de muestreo se expresan en segundos. La cantidad de tiempo para una frecuencia de muestreo es arbitraria, y debe ser dada para poder resolver el problema.

Expresa el resultado final como una cantidad de muestras. Por ejemplo, si quieres determinar la frecuencia de muestreo de un CD de audio por más de 10 segundos, el resultado final debe ser expresado como 441.000 muestras

3. Electromiografia



Laboratorio de Instrumentación Mecatrónica Una de las principales técnicas para adquirir información del cuerpo es la electromiografía. La electromiografía (EMG) es el estudio de los potenciales eléctrico generados por los musculas durante el movimiento. H. Piper fue el primer investigador en estudiar EMG en 1912 Alemania, construyó un prototipo basado en un galvanómetro; en 1924 Gasser y Erlanger hicieron un estudio similar, pero ahora utilizando un osciloscopio; cuatro años después Proebster observo las señales producidas por la denervación de los músculos, abriendo así el campo de la EMG clínica [18]. A partir de 1980 con la introducción de las computadoras se pudieron realizar grandes estudios y descomposición de las señales EMG en pocos segundos, unos de los pioneros en ello fueron LeFever y De Luca. [1]. Como la electromiografía tiene por objeto el estudio de la actividad muscular, no se puede pasar por alto la actividad de las unidades motoras [2]; en una contracción muscular voluntaria la fuerza es modulada por un serie de cambios en la frecuencia de la actividad de las UMs, es decir, que la frecuencia de disparo de los potenciales de las UMs depende de la fuerza aplicada y la velocidad de contracción muscular. El espectro de frecuencia de las unidades motoras durante una contracción muscular voluntaria o (MVC) puede apreciarse en la Figura 4 mientras que en la Figura 5 se aprecia la relación entre la contracción muscular voluntaria y la señal electromiográfica de superficie [8]. En base a estas figuras, se puede observar que la mayor cantidad de actividad electromiográficas está presente alrededor de los 50Hz [1]. En una contracción del musculo esquelético, los rangos de potenciales van desde los 50μV hasta los 5mV [1].

d. Instrumentacion Digital

El sistema general de instrumentación consta de 6 niveles a saber:

Sensores Acondicionamientos de señales



Laboratorio de Instrumentación Mecatrónica Digitalización y multiplexación Procesamiento, análisis y control Redes de comunicación Actuadores

DISEÑO

SIMULACION

Gráfico 1: Circuito completo en Proteus

Funcion de Transferencia

G (s )= 0.01483s4+0.3108 s3+0.4218 s2+0.05716 s+0.01987




Para obtener el perido de muestreo nos ayudamos de Matlab para sacar el valor deseado.Con el comando BANWIDTH

>> bandwidth(ans)

ans =

0.6310

>> Ws=ans*30

Ws =

18.9285

>> T=2*pi/Ws

T =

0.3319T=0.3319 s

Para la digitalización de la planta de igual manera lo hacemos en Matlab.







Simulación en HMI

2. PREGUNTAS

a) Explique de qué manera afecta el periodo de muestreo en la adquisición de datos

El periodo de muestro afecta directamente en el momento digitalizar la función de transferencia ya que al momento de digitalizar debemos tener muy en cuenta este tiempo ya que este nos indica en que tiempos van a ser tomados los valores para el análisis.

b) Se obtuvieron buenos resultados al cambiar los valores del circuito de acondicionamiento. ¿ Por qué?.

A nuestro circuito original le añadimos un filtro a la salida para ver si se mejora la señal, pudimos observar que el cambio fue un poco aceptable ya que si se mejoró la forma de la gráfica y los datos que obtuvimos ya no varían mucho el ruido producido.

c) Cuáles son las ventajas y desventajas de la instrumentación digital.

se puede trabajar de mejor manera al momento de modelar nuestra planta y podemos observar que cambios se produce al alterar cualquier parámetro.



Laboratorio de Instrumentación Mecatrónica El análisis se vuelve mucho más fácil con la ayuda de software que sepan resolver este tipo de plantas.

3. Bibliografía.

[1]

Alkorta, P. (octubre de 2008). openstax. Recuperado el mayo de 2015, de http://cnx.org/contents/[email protected]:5/Primeros_pasos_con_LabVIEW[2]area tecnología. (2005). Recuperado el mayo de 2015, de

http://www.areatecnologia.com/electronica/potenciometro.html

[3]Bastidas, N., & Sánchez, O. (Marzo de 2011). Recuperado el Abril de 2015, de http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/4399/1/M-ESPEL-0057.pdf

[4]Boquete, L., Ignacio, B., & Rafael, B. (2012). Obtenido de http://e-spacio.uned.es/fez/eserv/taee:congreso-2004-1060/S2E01.pdf

[5]C., M. E. (2012). OBTENCION DE SEÑALES ELECTROMIOGRAFICAS. iNSTRUMENTACION BIOMEDICA, 34 - 120.

DALCAME. (JUNIO de 2010). Obtenido de http://www.dalcame.com/ecg.html#.VcPxi_N_Okp

Escrivá, J. (2013). Recuperado el mayo de 2015

Escuela técnica superior de Ingeniería. (septiembre de 2010). Obtenido de http://ocw.uv.es/ingenieria-y-arquitectura/1-1/tema3.pdf

FEDERICO, M. (2004). FILTROS ACTIVOS. ELECTRONICA BASICA, 37 - 48.

Heredia López, F. J. (Septiembre de 2010). Recuperado el junio de 2015, de ftp://ftp.uady.mx/pub/tmp/smagana/TESIS%20FINALIZADA.pdf

Pallás, R., T. A. (s.f.). FILTROS ACTIVOS. Recuperado el 3 de Diciembre de 2015, de http://www2.uca.es/grup-invest/instrument_electro/ppjjgdr/Cir_An_Apl/Cir_An_Apl_arch/temas/T4_caa.pdf

RAFAEL, R. (2010). APLICACIONES DE LAS SEÑALES ELECTROMIOGRAFICAS. Recuperado el 03 de Diciembre de 2015, de http://www.encuentros.uma.es/encuentros53/aplicaciones.html


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