COMPARACIÓN DE LAS TÉCNICAS DE DETECCIÓN DE CRUCE POR CERO Y LA TRANSFORMADA Z-CHIRP PARA MEDIR FRECUENCIAS EN EL RANGO ULTRASÓNICO

Guadalupe Aguilar Cerda, Luis Morales Velázquez

Resumen


Resumen

Este trabajo presenta una comparativa entre 2 métodos para detectar y medir la frecuencia con una alta precisión en el rango ultrasónico. La aplicación propuesta para esta investigación es la medición de velocidad con ultrasonido mediante efecto el Doppler en actuadores lineales, esta se desarrollará en un trabajo posterior. Se generaron señales sintéticas con distintos niveles de ruido, simulando la señal entregada por un sensor ultrasónico. Para la detección de frecuencia se diseñó una metodología para comparar las técnicas de detección de cruce por cero y la Transformada-Z Chirp. La Transformada-Z Chirp, tiene mejores resultados ya que se tiene una buena aproximación de la frecuencia real, y el error no incrementa en señales con ruido, en cambio en la detección de cruce por cero el error incrementa mostrando unos picos indeseables. Una vez que la metodología se perfeccione, se implementará en un sistema embebido para el procesamiento en tiempo real.

Palabras Claves: Alta resolución, detección de cruce por cero, efecto Doppler, estimación de frecuencia, transformada-Z Chirp, ultrasonido.


COMPARISON BETWEEN ZERO-CROSSING DETECTION AND Z-CHIRP TRANSFORMED TECHNIQUES TO MEASURE FREQUENCIES IN THE ULTRASONIC RANGE

Abstract

This work presents a comparison between 2 methods to detect and measure the frequency with a high precision in the ultrasonic range. The proposed application for this research is the measurement of velocity with ultrasound by Doppler effect in linear actuators, this will be developed in a later work. Synthetic signals were generated with different levels of noise, simulating the signal delivered by an ultrasonic sensor. For frequency detection, a methodology was designed to compare zero crossing detection techniques and the Chirp Z-Transform. The Chirp Z-Transform, has better results since it has a good approximation of the real frequency, and the error does not increase in signals with noise, instead in the detection of crossing by zero the error increases showing some undesirable peaks. Once the methodology is perfected, it will be implemented in an embedded system for real-time processing.

Keywords: Chirp z-transform, Doppler effect, frequency estimation, high resolution, ultrasound, zero crossing detection.


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Referencias


Albertí, E. B., Procesado digital de señales-II: Fundamentos para comunicaciones y control Vol. 170, Universitat Politècnica de Catalunya. Iniciativa Digital Politècnica, 2006.

Dávila, F., Barros, L. A., Reynolds, J., Lewis, A. J., & Mogollón, I. R., El ultrasonido: desde el murciélago hasta la cardiología no invasiva. Revista Colombiana de Cardiología, 2016.

Friedman, V., A zero crossing algorithm for the estimation of the frequency of a single sinusoid in white noise. IEEE Transactions on Signal Processing, 42(6), pp. 1565-1569, 1994.

Jeon, S., & Tomizuka, M., Benefits of acceleration measurement in velocity estimation and motion control. Control Engineering Practice, 15(3), pp. 325-332, 2007.

Mowla, A., Nikolić, M., Lim, Y. L., Bertling, K., Rakić, A. D., & Taimre, T., Effect of the optical numerical aperture on the Doppler spectrum in laser Doppler velocimetry. In Optoelectronic and Microelectronic Materials & Devices (COMMAD), pp. 72-74, December, 2014

Phadke, A. G., Thorp, J. S., & Adamiak, M. G., A new measurement technique for tracking voltage phasors, local system frequency, and rate of change of frequency. IEEE transactions on power apparatus and systems, pp. 1025-1038, 1983.

Proakis, J. G., & Manolakis, D. G., Digital signal processing: principles, algorithms, and applications, 1996.

Pye, J. D., & Langbauer Jr, W. R., Ultrasound and infrasound. In Animal acoustic communication Springer Berlin Heidelberg, pp. 221-250, 1998.

Qi, G. Q., & Jia, X. L., Accuracy analysis of frequency estimation of sinusoid based on interpolated FFT. Acta Electronica Sinica, 32(4), pp. 625-629, 2004.

Rabiner, L. R., Schafer, R. W., & Rader, C. M., The Chirp z‐Transform Algorithm and Its Application. Bell Labs Technical Journal, 48(5), pp. 1249-1292, 1969.

Shim, H., Kochem, M., & Tomizuka, M., Use of accelerometer for precision motion control of linear motor driven positioning system. In Industrial Electronics Society, 1998. IECON'98. Proceedings of the 24th Annual Conference of the IEEE, Vol. 4, pp. 2409-2414, 1998.

Tomizuka, M., State/Parameter/Disturbance Estimation with Accelerometer in Precision Motion Control of Linear Motor. In Proceedings 2001 ASME International Mechanical Engineering Congress, IMECE2001/DSC-24578, 2001.

Venkataramanan, R., & Prabhu, K. M. M. Estimation of frequency offset using warped discrete-Fourier transform. Signal Processing, 86(2), pp. 250-256, 2006.

Xue, S. Y., & Yang, S. X., Power system frequency estimation using supervised Gauss–Newton algorithm. Measurement, 42(1), pp. 28-37, 2009.

Yock, P. G., & Popp, R. L., Noninvasive estimation of right ventricular systolic pressure by Doppler ultrasound in patients with tricuspid regurgitation. Circulation, 70(4), pp. 657-662, 1984.

Yulan, C., & Cunyang, F., A new method of frequency measurement of power system. In Industrial Electronics and Applications, 2007. ICIEA 2007. 2nd IEEE Conference on, pp. 2522-2525, May 2007.


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