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Proyectos varios

Dudas, comentarios sobre la simulacion de instrumentacion electronica

Re: Proyectos varios

Notapor charly » Vie, 23 Mar 2012, 11:49

Ecualizador y Amplificador de Transimpedancia para Fibra Óptica de Plástico (POF)
http://diec.unizar.es/intranet/articulos/uploads/Ecualizador%20y%20Amplificador%20de%20Transimpedancia%20para%20Fibra%20Optica%20de%20Plastico%20%28POF%29.pdf

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEAMPLIFICADOR DE TRANSIMPEDANCIA Y DE BANDA ANCHA CON FIBRA ÓPTICA DE PLÁSTICO
http://zaguan.unizar.es/TAZ/CPS/2010/49 ... 10-126.pdf

CAPÍTULO 1: Introducción ................................................................................... 7
1.1. Interés y Objetivos del Proyecto ............................................................... 8
1.2. Contexto .................................................................................................... 9
1.3. Descripción del Proyecto y Metodología ................................................ 10
1.4. Fases y Programación del Trabajo .......................................................... 10
1.5. Herramientas Utilizadas .......................................................................... 11
1.6. Contenidos de la Memoria ...................................................................... 12
CAPÍTULO 2: Sistema de comunicación para banda ancha POF ......................... 13
2.1. Visión General .......................................................................................... 14
2.2. Transmisor .............................................................................................. 15
2.3. Fibra Óptica de Plástico (POF) ................................................................. 16
2.4. Fotodetector ............................................................................................ 19
2.5. Preamplificador ....................................................................................... 21
2.5.1. Análisis de etapas preamplificadoras .......................................... 21
2.5.2. Diseño del amplificador de transimpedancia (TIA) .................... 25
2.6. Ecualizador ............................................................................................... 28
2.6.1. Análisis de etapas ecualizadoras ................................................. 28
2.6.2. Diseño del ecualizador (EQ) ......................................................... 32
CAPÍTULO 3: Caracterización experimental ....................................................... 35
3.1. Láser ......................................................................................................... 36
3.2. Sistema completo .................................................................................... 38
3.3. Caracterización experimental del sistema completa .............................. 41
CAPÍTULO 4: Conclusiones ................................................................................ 45
4.1. Conclusiones Generales ........................................................................... 46
4.2. Líneas Futuras .......................................................................................... 47
4.3. Valoración Personal ................................................................................. 48
Referencias ................................................................................................................ 49
ANEXO II: Descripción de la Instrumentación ...................................................... 57
II.1. DCA 86100C, Agilent ................................................................................ 58
II.2. BERT N4906A, Agilent .............................................................................. 60
II.3. ZVL 9KHz/6GHz, R&S ............................................................................... 60
II.4. Multimeter 3458A, Agilent ...................................................................... 61
II.5. FM300, Fotec m ....................................................................................... 61
ANEXO III: Hojas de Características ..................................................................... 63
III.1. Red laser diode. DL 3149-057, Sanyo ...................................................... 64
III.2. SI-POF. ESKA Premier GH 4002 2.2 mm, Mitsubishi ................................ 65
III.3. Fotodiodo. Si PIN S5972, Hamamatsu .................................................... 66
III.4. Transistor. BFP640, Infineon ................................................................... 69
III.5. Array de Transistores. HFA3127, Intersil ................................................. 73
III.6. Bias-T. ZFBT-4R2G+, Minicircuits ............................................................. 79
III.7. Balun. Model BIB-100G, Prodyn .............................................................. 81
• Índice de Figuras
1.1. Instalación de POF junto al cableado eléctrico ..................................................... 8
1.2. Espacio multidimensional en el diseño analógico [RAZ99] ................................... 9
2.1. Esquemático de nuestro sistema óptico completo ............................................. 14
2.2. Diagramas de emisión de un (a) LD y (b) VCSEL [GIO03] ..................................... 15
2.3. Núcleo, cubierta y revestimiento de una PMMA-POF [GAR08] .......................... 16
2.4. Distribución de índices de refracción, pulso de entrada, diagrama de rayos
en la POF y pulso de salida. SI-POF (superior) y GI-POF (inferior) [ARA10] ........ 17
2.5. Efecto de la dispersión y atenuación en una transmisión por fibra óptica
[GAR08] ................................................................................................................ 17
2.6. Respuesta frecuencial de la fibra para diferentes longitudes [MAT05] .............. 18
2.7. Responsividad de: (a) S597X Series, Hamamatsu (Si PIN PD), [Anexo III] y
(b) T1670P, Vishay (Si PIN PD), [VIS10] ................................................................ 19
2.8. Capacidad parasite de deplexión: (a) Serie S597X, Hamamatsu (Si PIN PD)
[Anexo III] y (b) T1670P, Vishay (Si PIN PD) [VIS10] ............................................ 20
2.9. Fotodiodo: (a) Símbolo y (b) modelo de pequeña señal del PD .......................... 20
2.10. Preamplificador de carga resistiva pasiva: (a) circuito y (b) modelo
equivalente .......................................................................................................... 21
2.11. TIA: (a) circuito y (b) modelo equivalente de pequeña señal .............................. 22
2.12. Diagrama de Bloques de preamplificadores de modo corriente
combinados con: (a) Carga resistiva pasiva y (b) TIA .......................................... 23
2.13. Configuraciones monoetapa: (a) emisor-común y (b) cascodo .......................... 24
2.14. (a) Valores característicos del transistor BFP640, VBE (azul) y β (verde). (b)
Valores de las resistencias del TIA: RF (azul) y RC (verde). Todo ello en
función de IC y con VC=1.7 .................................................................................... 25
2.15. Modelo equivalente para pequeña señal del TIA ................................................ 26
2.16. Capability normalizada del TIA en función de IC .................................................. 27
2.17. Arquitectura del preamplificador propuesto ...................................................... 27
2.18. Respuesta representativa del canal, ecualizador y respuesta global para el
caso ideal y real ................................................................................................... 29
2.19. Diagrama de bloques de un EQ-CT. La respuesta obtenida es un filtro
paso-alta de ganancia variable ............................................................................ 30
2.20. Arquitectura del EQ propuesto: par diferencial con degeneración de fuente .... 31
2.21. Esquema del espejo de corriente implementado ............................................... 32
2.22. Capability normalizada del EQ en función de IC .................................................. 33
2.23. Modelo equivalente de pequeña señal del EQ .................................................... 34
2.24. Esquemático del EQ propuesto ........................................................................... 34
3.1. LD: (a) Esquemático de la PCB y (b) implementación .......................................... 36
3.2. Setup para la caracterización del láser ................................................................ 37
3.3. Recta de carga experimental del red laser diode DL 3149-057 ........................... 37
3.4. Arquitectura del front-end complete .................................................................. 38
3.5. Esquemático de la PCB del front-end .................................................................. 40
3.6. Trazado pistas cara top del front-end .................................................................. 40
3.7. PCB front-end implementada: (a) top y (b) bottom ............................................ 40
3.8. Setup de medida del circuito bajo test (DUT) ...................................................... 41
3.9. Configuraciones caracterización del sistema complet0: (a) Respuesta
frecuencial y (b) Transmisión de datos.............................................................. 41
3.10. Respuesta frecuencial del sistema POF ............................................................... 43
3.11. Diagrama de ojo para 231-1 NRZ PRBS. R1=220 Ω, R 2 = 5 Ω, C 2 = 10 pF.
Longitud de fibra 30 m y tasa 800 Mb/s ............................................................ 43
3.12. Diagrama de ojo para 231-1 NRZ PRBS. R1=220 Ω, R 2 = 5 Ω, C 2 = 8.2 pF.
Longitud de fibra 20 m y tasa 800 Mb/s ............................................................ 43
3.13. Diagrama de ojo para 231-1 NRZ PRBS. R1=220 Ω, R 2 = 5 Ω, C 2 = 5 pF.
Longitud de fibra 10 m y tasa 800 Mb/s ............................................................ 43
3.14. Distribución del ruido en función del estado lógico “1/0” .................................. 43
I.1. Diagrama de bloques de un ecualizador adaptativo ........................................... 54
I.2. Diagrama de bloques de ecualizadores analógicos adaptativos de alta
velocidad: (a) Obtiene la diferencia de la componente en DC antes y
después de un slicer [BAB98](b) compara la componente en DC con la
potencia total recibida [SUN05] y (c) analiza la señal a 200 MHz y a 600
MHz para una aplicación de transmisión por cable coaxial a 3.2 Gbps
[MAX01] ............................................................................................................... 55
II.1. Analizador de redes. DCA 86100 C, Agilent [AGI05] ............................................ 58
II.2. Método de muestreo y reconstrucción en un osciloscopio de tiempo
equivalente: (a) Diagrama de ojo y (b) Modo osciloscopio normal [AGI05] ....... 59
II.3. Medidor Tasa de Error. BERT N4906A, Agilent [AGI08] ...................................... 60
II.4. Analizador de Redes Vectorial. ZVL 9KHz/6GHz, R&S [R&S09] ........................... 60
II.5. Multímetro de Precisión. Multimeter 3458A, Agilent [AGI01] ............................ 61
II.6. Medidor de Potencia Óptica para Fibra. FM300, Fotec m [FOT00] .................... 61
• Índice de Tablas
1.1. Diagrama de Gantt que detalla el plan de trabajo .............................................. 10
2.1. Análisis de las Técnicas de Ecualización .............................................................. 30
4.1. Comparativa con otros autores ........................................................................... 46
charly
 
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Re: Proyectos varios

Notapor charly » Vie, 23 Mar 2012, 11:56

Aportaciones a la instrumentación electrónica en la optimización de sistemas basados en energía solar
http://rabida.uhu.es/dspace/bitstream/h ... sequence=1

Capítulo 1. Planteamiento General de la Tesis ............................................................ 1
1.1. Resumen de la Tesis.......................................................................................................... 5
1.2. Innovaciones que aporta la Tesis. ..................................................................................... 8
1.3. Rendimiento científico de la Tesis.................................................................................. 11
Capítulo 2. Instrumentación Electrónica en los Sistemas de Energía Solar
Fotovoltaica. .................................................................................................................. 17
2.1. Breve reseña histórica y puesta al día de las células solares........................................... 18
2.2. Definiciones .................................................................................................................... 23
2.2.1. Medida de la radiación solar..................................................................................... 24
2.2.2. Radiación Solar en la superficie de la Tierra............................................................ 27
2.3. Modelos eléctricos de células solares. Parámetros de interés. ........................................ 28
2.3.1. Parámetros que definen el funcionamiento de una célula solar................................ 33
2.3.2. Métodos de identificación de parámetros. ............................................................... 34
2.3.2.1. Métodos basados en propiedades locales de las curvas.................................... 35
2.3.3 Modelo basado en las aproximaciones de Green...................................................... 35
2.3.4. Modelo de 1 exponencial completo (5 parámetros). ............................................... 37
2.4. Módulo o Panel Fotovoltaico.......................................................................................... 39
2.4.1. Curva Característica de un Módulo Fotovoltaico.................................................... 40
2.4.2. Factores que afectan a la característica I-V del Panel Fotovoltaico. ...................... 42
2.4.2.1. Efecto de la intensidad de iluminación (Irradiancia)......................................... 42
2.4.2.2. Efecto de la temperatura................................................................................... 43
2.4.3. Condiciones de referencia. ...................................................................................... 45
2.4.3.1. Condiciones Estándares de Medida................................................................... 45
ÍNDICE DE CONTENIDOS
2.4.3.2.
2.4.3.2. Condiciones Nominales de Operación (CNO) .................................................. 46
2.4.4. Influencia de la temperatura de trabajo en el rendimiento de un panel FV. ............. 46
2.5. Producción y mercado de la energía solar fotovoltaica .................................................. 48
2.5.1. Evolución de la eficiencia en las nuevas tecnologías .............................................. 49
2.5.2. Reparto del mercado del sector Fotovoltaico ........................................................... 51
2.6. Sistemas de Instrumentación Electrónica utilizados en las Instalaciones Fotovoltaicas. 52
2.6.1. Parámetros a medir. .................................................................................................. 53
2.6.2. Método de monitorización........................................................................................ 54
2.6.2.1. Medida de la Irradiancia.................................................................................... 55
2.6.2.2. Medida de la temperatura ambiente. ................................................................. 55
2.6.2.3. Medida de la temperatura del módulo............................................................... 55
2.7. Situación actual de los Sistemas de adquisición de datos en Instalaciones Fotovoltaicas.
............................................................................................................................................... 56
2.7.1. Origen de los Buses de Campo................................................................................. 59
2.7.2. Desarrollo de los buses de campo............................................................................. 61
2.7.3 Ventajas de los buses de campo ................................................................................ 62
Capítulo 3. Sistema de medición de temperatura superficial de bajo costo y elevada
precisión. Aplicación a las instalaciones fotovoltaicas .............................................. 65
3.1. Introducción. ................................................................................................................... 66
3.2. Descripción del sistema y consideraciones de diseño..................................................... 67
3.2.1. Consideraciones en cuanto al sensor a utilizar. ........................................................ 67
3.2.1.1. Termopares. ........................................................................................... 67
3.2.1.2. Termistores. ........................................................................................... 72
3.2.1.3. Sensores monolíticos de temperatura o basados en uniones
semiconductoras. ................................................................................................ 73
3.2.1.4. Resistencia dependiente de la temperatura (RTD). Pt 100.................... 75
3.2.1.5. Sensores con salida digital..................................................................... 79
3.2.1.6. Elección y adecuación del sensor para su uso en el sistema de medida.80
3.2.2 Sistemas de Adquisición de Datos (SAD). ................................................................ 84
3.2.2.1. La capa física. Comunicación serie RS-485.......................................... 85
3.2.2.2. Controlador del sistema. PIC18F250..................................................... 86
3.3. Procedimiento Experimental........................................................................................... 88
3.3.1. Software desarrollado. .............................................................................................. 91
3.4. Diseño de la experimentación y resultados experimentales............................................ 95
3.5. Conclusiones .................................................................................................................. 101
Capítulo 4. Sistema de medición de radiación solar en el espectro visible de bajo
costo y elevada precisión. Aplicación a las instalaciones solares fotovoltaicas ..... 103
4.1. Introducción. ................................................................................................................. 104
4.2. Descripción del sistema ................................................................................................ 106
4.2.1. Difusor y cuerpo del piranómetro........................................................................... 108
4.2.2. Sensor. .................................................................................................................... 111
4.2.2.1. Características Eléctricas................................................................................. 111
4.2.2.2. Características Ópticas. ................................................................................... 112
4.2.2.3. Característica Corriente-Tensión (I-V)............................................................ 113
4.2.2.4. El ruido............................................................................................................ 113
4.2.2.5. Efecto de la temperatura en los fotodiodos. .................................................... 114
4.2.2.6. Elección del fotodiodo. ................................................................................... 116
4.2.3. Sistema de acondicionamiento de la señal.............................................................. 119
4.2.3.1. Circuitos de acondicionamiento. ..................................................................... 120
4.2.4. Sistema de Control. ................................................................................................ 127
4.2.5. Sistema de Transmisión/Recepción........................................................................ 129
4.2.6. Sistema de Termostatización. ................................................................................. 130
4.2.7. Software desarrollado. ............................................................................................ 130
4.3. Procedimiento experimental. Resultados y discusión................................................... 131
4.3.1. Calibración. ............................................................................................................ 131
4.3.2. Determinación del RSR (Relative Spectral Response). .......................................... 137
4.3.3. Cálculo del error coseno. ........................................................................................ 138
4.4. Conclusiones. ................................................................................................................ 140
Capítulo 5. Sistema robótico para la medida y calibración de la respuesta angular
en instrumentos radiométricos. ................................................................................. 143
5.1. Introducción. ................................................................................................................. 144
5.2. Metodología utilizada para la corrección coseno.......................................................... 147
5.2.1. Factor de corrección angular de la radiación directa. ............................................. 147
5.2.2. Factor de corrección angular de la radiación difusa. .............................................. 148
5.2.3. Relación entre la irradiancia global y la directa. .................................................... 148
5.3. Descripción del sistema desarrollado............................................................................ 149
5.3.1. Módulo de comunicación del brazo robótico con el SAD...................................... 151
5.3.2. Fuente de alimentación........................................................................................... 152
5.3.3. Módulo controlador de motores. ............................................................................ 152
5.3.4. Módulo del servomotor y transmisión................................................................... 153
5.3.4. Módulo de protección............................................................................................ 156
5.3.5. Pinza de soporte, sujeción, y movimiento del radiómetro bajo ensayo.................. 156
5.3.6. Módulo del sistema de nivelado. ............................................................................ 156
5.4. Procedimiento de calibración y testeo. ........................................................................ 157
5.5. Uso del sistema en campo. Experimentación................................................................ 158
5.5.1. Uso del sistema desarrollado en el laboratorio de ensayos y caracterización de
instrumentos radiométricos............................................................................................... 161
5.6. Conclusiones. ................................................................................................................ 169
Capítulo 6. Conclusiones y Desarrollos futuros ...................................................... 171
6.1. Conclusiones............................................................................................................. 172
6.2. Desarrollos futuros .................................................................................................... 175
6.2.1. Módulo de adquisición de la temperatura ambiente, presión atmosférica y humedad
relativa. ................................................................................................................................ 175
6.2.2. Módulo de adquisición de la dirección y de la velocidad del viento...................... 177
6.2.3. Integración de los canales de instrumentación. ...................................................... 178
6.2.4. El futuro próximo. .................................................................................................. 180
Apéndice A. Buses de campo y protocolos de uso industrial. ................................ 181
A.1.- Clasificación de los buses de campo ....................................................................... 181
(I) Buses de alta velocidad y baja funcionalidad.............................................................. 181
(II) Buses de alta velocidad y funcionalidad media.......................................................... 183
(III) Buses de altas prestaciones ....................................................................................... 187
(IV) Buses para áreas de seguridad intrínseca.................................................................. 190
(V) Otros buses de Campo y Protocolos. ......................................................................... 191
Apéndice B. INDUSTRIAL ETHERNET ................................................................ 195
B.1. Protocolos on Top of TCP/IP.................................................................................... 197
B.2. Protocolos on Top of Ethernet. ................................................................................. 198
B.3. Protocolos realizados con Modified Internet. ........................................................... 199
Apéndice C. Comunicaciones Industriales Inalámbricas. ..................................... 201
C.1. Tecnologías inalámbricas aplicadas en la automatización industrial........................ 203
Referencias Bibliográficas ......................................................................................... 207
Índice Alfabético ......................................................................................................... 225
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