LABSEI - Laboratorio de Sistemas Electrónicos e Instrumentación

Exposición de trabajos realizados



En el LABSEI se han desarrollado Proyectos de Investigación, Proyectos de Asistencia Técnica y Proyectos de Titulación que han dado lugar a la construcción de equipos y sensores. En algunos casos se han reparado o calibrado instrumentos comerciales. Algunos trabajos han comenzado como Proyectos de Titulación y luego han continuado desarrollándose (en algunos casos por el mismo alumno proyectista, en otros por ayudantes del laboratorio) hasta llegar a constituir equipos o sistemas totalmente operativos.

La mayoría de los trabajos han sido encargados por otras Escuelas o Institutos de la PUCV, por otras Universidades, por la Armada de Chile, o por empresas relacionadas con la Oceanografía, Química, Medicina, etc. Otros equipos han sido fabricados con la finalidad de reemplazar instrumentos de alto costo requeridos en el mismo Laboratorio.

En esta página se muestran algunos de los trabajos realizados.



Ecointegrador (1970 - 1986)

La estimación de los recursos pesqueros disponibles en el océano es de gran importancia para la industria pesquera y para la economía del país. Para estimar el volumen de estos recursos, es necesario poder medir la cantidad de biomasa existente bajo un buque.

Un equipo muy común en los buques de pesca e investigación es el ecosonda, el cual transmite pulsos de sonido (pings) hacia abajo y recibe los ecos, desplegándolos en un registrador de papel o en una pantalla en función del tiempo (eje horizontal), y de la profundidad (eje vertical). 

En la figura se observa el registro de un ecosonda en papel.

Si bien el ecosonda puede reportar la presencia y medir la profundidad de un cardumen, no puede indicar claramente la cantidad de peces o su tamaño, ya que el cardumen se presenta como una mancha en el papel, o en la pantalla.

Un ecointegrador es un equipo que recibe los ecos del ecosonda y los acumula o integra, lo que permite estimar la masa de peces disponible. Aparentemente se trata de un problema sencillo, pero no era así cuando aparecieron estos equipos en el mercado, en los años 60. Los problemas más complejos que debían resolverse eran:

  • La integración debe realizarse durante un período de tiempo relativamente largo (minutos u horas). Como la única forma práctica de integrar era mediante amplificadores operacionales, los cuales integran su propio voltaje de offset (que varía con la temperatura), el integrador derivaba continuamente.
  • Los ecos que retornan desde una profundidad mayor llegan más atenuados. Por lo tanto se necesita un amplificador de ganancia variable con el tiempo (AGVT), cuya ganancia debe aumentar gradualmente, en la proporción justa para contrarrestar el aumento de la atenuación y de la absorción del sonido con la distancia.
  • Como el fondo del mar produce un eco de gran intensidad, debe evitarse que sea integrado, porque el error sería inaceptable. Se puede evitar el eco del fondo ignorando los ecos que retornan después de un cierto tiempo, pero como muchos peces nadan cerca del fondo buscando alimento, y la profundidad del fondo no es constante, no es posible usar un mecanismo de ajuste manual para integrar a esos peces sin integrar al fondo.

En la EIE se abordó la fabricación de un prototipo de ecointegrador a comienzos de los años 70, en un esfuerzo que se prolongó hasta 1985, cuando se completó un equipo que se entregó a la Escuela de Ciencias del Mar para ser instalado en el buque de investigación Tiberíades de la UCV. 

La fabricación del ecointegrador dio lugar a varios Proyectos de Titulación, y trabajo a varios alumnos ayudantes.

A comienzos de los años 70, antes de la formación del LADEM, se desarrolló un Proyecto de Titulación consistente en la unidad de integración. El problema de la deriva del integrador se resolvió parcialmente usando un amplificador operacional alojado en un horno a temperatura controlada (60 ºC). Tanto el A.O., como el horno y su control de temperatura estaban alojados en un chip con carcaza metálica circular de menos de 1 cm de diámetro, algo bastante notable para la época.

En 1974 el alumno Roberto Ravanales desarrolló en su Proyecto de Titulación el AGVT, usando transistores JFET como resistencias controladas por un voltaje en forma de rampa, para modificar automáticamente la ganancia con el tiempo.

En 1975 el profesor Mario Bahamondes fundó el LADEM, al cual ingresó Juan Vignolo como ayudante, recibiendo como primera tarea la de ensamblar los trabajos anteriores en un prototipo. El problema del rechazo del eco de fondo no había sido resuelto todavía, pero el integrador contaba con umbrales de profundidad mínima y máxima que le permitían ignorar los ecos del fondo, a costa de no poder integrar a los peces que nadaban cerca de éste.

En la figura se muestra el prototipo del ecointegrador de 1975.

La eliminación de los ecos de fondo requería de una línea de retardo.Los ecos provenientes del ecosonda se aplicaban directamente a un detector de nivel, pero pasaban por la línea de retardo antes de llegar al integrador. De esa forma, cuando el detector de nivel reconocía el eco del fondo (de gran amplitud), se podía desconectar la entrada al integrador antes de que el eco del fondo apareciese en la salida de la línea de retardo, evitando su integración.

La línea de retardo debía tener un producto Retardo-BW tal, que sólo se podía lograr con 16 etapas LC pasabajos en cascada. Esa era la solución que usaba la fábrica SIMRAD, probablemente la más conocida en el rubro de los ecointegradores, que cobraba alrededor de U$ 30.000 por equipo. 

La fabricación de la línea de retardo resultaba muy compleja: las bobinas debían tener bastante inductancia, y pérdidas controladas, para lograr una respuesta de frecuencia relativamente plana. Como las 16 etapas LC estaban conectadas en cascada, el análisis matemático debía considerar el efecto de carga de una etapa sobre la otra, haciéndolo impracticable en forma analítica, y también en forma numérica, ya que no se disponía de software de simulación de circuitos.

En 1977, Pedro Cabrera realizó un Eliminador de Eco de Fondo como Proyecto de Titulación, dando una solución diferente al problema, que consistía en medir la profundidad del mar con un ping del ecosonda, y usar dicho dato para rechazar el eco recibido con el ping siguiente. Se usaba un capacitor como memoria análoga para almacenar la información entre un ping y el siguiente. De esa forma no era necesaria la línea de retardo, pero el método fallaba si la profundidad cambiaba en forma rápida.

En 1984 se retomó el desarrollo del ecointegrador, debido a la solicitud recibida de parte de la profesora Maria Angela Barbieri, de la Escuela de Ciencias del Mar.

En esa época los amplificadores operacionales se habían hecho mucho más comunes y baratos, y existían circuitos integrados de 14 pines que contenían 4 (LM324, LF347). Esto permitió emular la línea de retardo de 16 etapas LC de SIMRAD con 32 etapas RC independientes, aisladas por separadores. Mediante simulación, realizada en el mainframe DEC de la UCV,  se comprobó que el producto Retardo-BW no aumentaba con el número de etapas RC si éstas se conectaban en cascada directa, pero sí lo hacía si existían separadores entre ellas. La línea de retardo se pudo implementar con 8 amplificadores cuádruples, y 32 filtros RC.

En la figura se muestra el ecointegrador análogo terminado .

Otro de los problemas prácticos encontrados en el uso del ecointegrador era que, si no se ajustaban todos los controles correctamente en el mar, se perdía la información, que resultaba muy útil para los investigadores. El problema se podía resolver grabando la señal del ecosonda, para poder integrarla posteriormente en el laboratorio, y repetir el proceso si se cometía un error.

Sin embargo, la señal del ecosonda era ultrasónica, y quedaba fuera de la banda de frecuencia que podían manejar las grabadoras de audio. Por lo tanto se desarrolló una Interfaz Ecosonda - Grabadora, la cual trasladaba el espectro de la señal del ecosonda a la banda audible.

En la figura se observa la Interfaz Ecosonda - Grabadora, el Ecointegrador y la grabadora usada en el proyecto.

En 1986 se pudo disponer de un computador de pequeño tamaño capaz de realizar las operaciones aritméticas necesarias para integrar la señal del ecosonda en tiempo real, lo que permitía eliminar el problema de la deriva del integrador. Usando este computador, Ana Salazar desarrolló un prototipo experimental de un ecointegrador digital como Proyecto de Titulación, programando la CPU (8086) en assembler, para lograr la velocidad de cálculo requerida.

Actualmente se pueden resolver los problemas asociados a la fabricación de un Ecointegrador usando PCs comunes, los cuales pueden integrar sin problemas de deriva, aplicar el efecto AGVT mediante una fórmula, y eliminar el eco de fondo analizando el retorno de un ping y descartando el pulso de gran amplitud proveniente del fondo antes de integrar. Además pueden almacenar la señal original en disco duro para análisis posterior, representar el mapa submarino en la pantalla, etc.



Expedición Mar Chile X (1976)

En Julio de 1976, la Armada de Chile puso a disposición de algunas Universidades e Institutos de Investigación Oceanográfica uno de sus buques, el escampavía Yelcho, para realizar una expedición de 1 mes de duración, entre Valparaíso y Arica. En esa expedición participaron numerosos científicos, y algunos ingenieros.



Algunos meses antes, en Marzo de 1976, el profesor Steven Neshyba solicitó al LADEM su colaboración en la construcción de un "Electro-Cinetógrafo-Geomagnético" (GEK) y posteriormente, en Mayo, la construcción de un "Termógrafo Superficial". Ambos equipos se requerían para la Expedición.

El GEK es un instrumento que permite medir la corriente marina superficial registrando el potencial que se induce en la superficie del mar (conductor eléctrico) debido al movimiento de éste (corriente marina) en el campo magnético de la Tierra (aplicación de la Ley de Faraday). Para detectar el potencial se remolcan 2 electrodos, alejados del buque para reducir el ruido inducido por éste, y lo suficientemente separados entre sí como para recoger un potencial medible. En este caso las longitudes de los cables eran 100 y 200 metros.

El potencial inducido es proporcional a la componente perpendicular de la corriente con la línea que une los electrodos, por lo que la velocidad del buque no afecta a la medición, y se puede registrar la corriente con el buque en marcha, ahorrando el valioso tiempo de la nave.

El potencial que se esperaba registrar era de aproximadamente 1 mV por nudo de velocidad, sumado al potencial de origen químico, el cual podía tener un valor de varios mV, y dependía de parámetros tales como la temperatura, salinidad, etc.

Para diferenciar el potencial electromagnético del químico, el buque efectúa cambios de rumbo, modificando la orientación de la línea que une los electrodos con respecto a la corriente marina, lo que hace variar el potencial electromagnético, pero no el químico. Más adelante se muestra un ejemplo.

Se contaba con un registrador de papel de 10", con una sensibilidad de 50 mV a fondo de escala, lo que hacía necesario amplificar la señal. El mayor problema era mantener estable el cero del amplificador durante varias horas. Los amplificadores operacionales disponibles eran los uA709, antecesores del LM741, y tenían una deriva térmica del offset tal, que el cero fluctuaba más de lo que se podía aceptar. El problema se resolvió agregando un chopper y un rectificador sincrónico, construidos con JFETs.



En la figura se observa el equipo construido.












Interior del preamplificador.
Preamplificador instalado sobre el registrador.



Ejemplo de registro obtenido en las inmediaciones del monte submarino O'Higgins, ubicado a poco más de 200 kilómetros frente a Valparaíso, con una elevación respecto al fondo de 3.600 metros.

El rumbo original es hacia el Norte (000 abajo en la figura). El buque cae 90º a babor (gira a la izquierda) y navega 2 minutos hacia el Oeste (270). Luego invierte el rumbo y navega 2 minutos hacia el Este (090), para finalmente retomar el rumbo original (000).

Al invertir el rumbo, invierte los electrodos en el agua, cambiando el signo del potencial electromagnético. El promedio de ambos potenciales es el potencial químico buscado (cero real), el cual se indica con la línea vertical.

El cambio de rumbo se utiliza también para medir la componente de la corriente en la dirección original del buque, lo que permite conocer su magnitud y dirección.


El Termógrafo Superficial debía registrar la temperatura superficial del agua en el rango de 10 a 20 ºC, con una resolución de 0.1 ºC.

Se usó un termistor de precisión como sensor y un inscriptor Rustrak para graficar la temperatura, dividiendo el rango total en 2 escalas.

La resistencia de linealización del termistor se calculó con la ayuda del computador mainframe IBM-370 de la UCV, programado en FORTRAN.

En la figura se muestra el equipo construido.




Termógrafo con cambio automático de escala (1977)

Información




Corrientómetro Análogo (1977 - 1987)

En 1977 se abordó en el LADEM la tarea de fabricar un instrumento para medir corrientes oceánicas. El primer modelo en protoboard surgió del Proyecto de Titulación de René Aguilar, en 1978. En los años siguientes fue perfeccionado por varios ayudantes, y ensamblado en la carcaza estanca que se observa en la figura. El equipo fue arrendado en varias ocasiones a empresas dedicadas a la Ingeniería Oceánica, y finalmente vendido a una de ellas en 1987.

El corrientómetro se fondea manteniendo en posición vertical el eje de acero ubicado entre la carcaza y la aleta por medio de un flotador y de un peso muerto. El equipo puede girar libremente alrededor del eje, por lo que se orienta en la dirección de la corriente.

En las fotografías inferiores se observa el interior del equipo.

Desde arriba hacia abajo se distinguen los siguientes elementos:

  • Interruptores de control
  • Compás magnético análogo, basado en un potenciómetro cuyo cursor se comporta como la aguja de una brújula, y que gira libremente flotando en aceite. Cuando se desea tomar una lectura de demarcación, se hace circular corriente por una bobina que rodea al compás, generando un campo magnético que atrae el cursor hacia la resistencia del potenciómetro.
  • Tarjetas de circuito impreso con la electrónica del equipo.
  • Registrador de papel Rustrak, el cual se utiliza alternadamente para graficar rapidez y dirección.
  • Pilas.
  • Rotor de Savonious ubicado en la parte inferior (de color amarillo), que gira a una velocidad proporcional a la de la corriente a medir. La señal se transfiere hacia el interior por medio de imanes y de un reed-switch. Dado que el rotor gira lentamente, el filtro pasabajos que atenúa el ripple del conversor de frecuencia a voltaje debe tener una gran constante de tiempo, lo que hace muy lenta la respuesta del equipo. El problema se resuelve intercalando un multiplicador de frecuencia basado en un PLL. 


LA-110 Calibrador de Ecosonda (1978)

Este instrumento permite verificar la exactitud en la indicación de profundidad de un ecosonda.

El equipo espera el "ping" del ecosonda, y cuando lo recibe, envía un "eco" simulado, después de un cierto tiempo preprogramado.

El Calibrador fue solicitado por el IFOP. 



LA-108 Termógrafo Digital (1978)

En 1976 y 1977 se habían fabricado y utilizado en el mar 2 termógrafos superficiales: el primero con 2 escalas seleccionadas en forma manual, y el segundo con 6 escalas seleccionadas en forma automática. Ambos instrumentos usaban termistores de precisión como sensores, procesaban la señal en forma análoga, y graficaban la temperatura en inscriptores Rustrak, con una resolución de 0.1 ºC.

Uno de los problemas encontrados en el uso de estos equipos era la facilidad con la que se alteraba la resistencia del sensor como consecuencia de la humedad o corrosión que afectaba al conector de éste. Bastaba una pequeña pérdida de aislación para alterar la lectura de temperatura.

Se desarrolló entonces un sensor (ver figura) con electrónica incluida, que enviaba la información en la frecuencia de una onda sinusoidal. El circuito contenía un oscilador sinusoidal tipo Puente de Wien, del cual formaba parte el termistor. Los otros elementos del puente eran resistores de película metálica y capacitores de mica, con características muy estables. El amplificador poseía la característica de transferencia no lineal necesaria para evitar oscilaciones del AGC.

Se encontró que el sensor proporcionaba una estabilidad de corto plazo equivalente a 0.01 ºC, 10 veces mejor que la de los equipos anteriores.


Dado que la señal llegaba al termógrafo en forma de frecuencia, se procesó en forma digital pura, usando el principio de funcionamiento de un frecuencímetro, cuya exactitud depende solamente de la frecuencia de resonancia de un cristal. 

En la figura se muestra el equipo terminado. El visor digital indica la temperatura con una resolución de 0.01 ºC. El rango de 5 ºC del inscriptor puede centrarse en cualquier parte del rango de temperatura del equipo (0 a 30 ºC) con el potenciómetro multivuelta ubicado en el centro del panel, haciendo innecesario el cambio automático de escala.

Este instrumento fue adquirido por la Escuela de Ciencias del Mar de la Universidad Arturo Prat de Iquique.






 Interior del termógrafo.

  

Termógrafo midiendo en un buque.




Medidores de PH (1978-1987)

Entre 1978 y 1987 se fabricaron 5 medidores de PH, 2 de los cuales se muestran en la figura.





Salinómetros Autolab (1978-1990)

Los salinómetros Autolab son instrumentos de alta precisión, capaces de medir la salinidad del agua de mar (~ 34 a 35 º/oo) con una exactitud de 0.001 º/oo, equivalente al 0.003 %. Para lograr esta precisión, el instrumento necesita compensar las fluctuaciones de temperatura que se producen inevitablemente durante la medición con un error no mayor de 0.001 ºC.

Dada la época en que fueron fabricados (década de 1960), estos instrumentos no incluyen circuitos integrados, ni siquiera transistores de silicio. Toda la electrónica está basada en transistores de germanio (muy sensibles a los cambios de temperatura), y la fuente de poder no está regulada. Sin embargo, gracias a un diseño ingenioso, se logra la precisión requerida.

Resulta notable el hecho de que varios instrumentos más modernos, equipados con circuitos integrados y microprocesadores, han resultado menos estables, lo que ha hecho a los salinómetros Autolab muy apreciados por los científicos.

En el LADEM se repararon y calibraron en varias oportunidades alrededor de 10 de estos equipos, pertenecientes a diferentes instituciones del país.

Panel frontal y celda de medición               Celda de medición desarmada




LA-109 Potenciostato I (1978)

Un potenciostato es un instrumento que mide la tensión entre 2 electrodos de una celda (electrodo de trabajo y electrodo de referencia) y aplica la corriente necesaria a un tercer electrodo (electrodo auxiliar) para igualar el potencial medido con un potencial de referencia, el cual es generado por el mismo potenciostato, o suministrado por otro equipo, denominado Generador Piloto.

En las figuras siguientes se muestra el primer potenciostato fabricado en el LADEM.





Voltímetros digitales (1978-1986)

Voltímetros y microvoltímetros digitales fabricados en el LADEM, en una época en que estos instrumentos tenían un alto costo.





LA-128 Potenciostato IV (1979)

El potenciostato IV disponía de 2 paneles digitales, para medir simultáneamente la tensión y la corriente de la celda.

En la figura se observa el interior del equipo, durante la construcción.



STD IFOP (1979)

Un STD (Salinity - Temperature - Depth) es un instrumento que mide la salinidad y la temperatura del agua de mar en función de la profundidad, a medida que desciende.

En 1979 se reparó y se calibró un STD InterOcean perteneciente al IFOP, instrumento que costaba alrededor de U$  25.000.

La electrónica era 100 % análoga. A medida que descendía, la señal de un sensor de presión aplicada a un sistema servo, hacía girar un inscriptor de papel con tambor vertical, equipado con 2 plumillas de diferente color. En el papel quedaba registrada la temperatura y la salinidad.

La salinidad se calculaba a partir de la conductividad, la temperatura y la presión, utilizando procesamiento análogo.

En la figura se muestra el STD en proceso de evaluación.

En la parte inferior, se observa la jaula de acero que protege al sensor de temperatura (termómetro de platino), y el sensor toroidal de conductividad (de color azul).



Excitador para láser de nitrógeno (1979)

La visita al Instituto de Física de la UCV de un profesor invitado, experto en generación de rayos láser, motivó una demostración consistente en la construcción de un proyector láser de nitrógeno.

El tubo proyector requería de un excitador capaz de generar un tren de pulsos de 15 a 20 kV.

En el LADEM se construyó en pocos días la unidad mostrada en la figura, la cual usaba un generador de pulsos de laboratorio y una bobina de encendido de automóvil.



Generador Piloto (1980)

En la figura se muestra el interior de uno de los generadores piloto fabricados.

Estos equipos producen rampas lentas de voltaje, de pendiente positiva o negativa, en forma única o repetitiva, entre niveles de voltaje prefijables.



Fotocolorímetros (1980)

Los fotocolorímetros miden la transmitancia luminosa de una solución, con el objeto de estimar la concentración de ciertos compuestos en el agua. Se fabricaron 3 de estos equipos para la Escuela de Ciencias del Mar de la UCV, donde se requerían para medir la concentración de nitritos y nitratos en agua de mar.





Corrientómetro Digital (1980 - 1985)

En un proyecto anterior se había desarrollado un Corrientómetro Análogo, el cual almacenaba la información en un inscriptor Rustrak, dispositivo electromecánico que fallaba en algunas ocasiones, y que usaba un papel especial que debía ser importado.

En 1979 se hizo posible almacenar los datos en una memoria RAM CMOS de bajo consumo, que podía conservar la información durante semanas alimentada con una pila de reloj, por lo que se emprendió el desarrollo de un "Corrientómetro Digital".

En 1980, se realizó el Proyecto de Titulación de Marcos Toro, que consistió en el diseño y montaje de la electrónica del corrientómetro digital. La memoria RAM estaba formada por un banco de 8 circuitos integrados que almacenaban 1024 palabras de 1 bit cada uno. Las memorias y la pila de respaldo se montaron en un módulo que podía ser retirado del equipo.

En el mismo año, Grecio Stuardo realizó como Proyecto de Titulación el diseño y construcción de una Interfaz entre el módulo de memoria y el microcomputador PET del LADEM.

El equipo fue posteriormente perfeccionado por varios ayudantes.

Fotos

Izquierda: sensores de rapidez (rotor de Savonious), de temperatura (termistor thermilinear) y de demarcación (compás digital óptico).

Derecha: primeras pruebas en protoboard.




Izquierda: corrientómetro ensamblado.

Derecha: corrientómetro con carcaza y aleta, microcomputador PET, e interfaz con el módulo de memoria insertado.



STD (1980-1984)

Los STD (Salinity - Temperature - Depth) son instrumentos que miden la salinidad y la temperatura del agua de mar en función de la profundidad a medida que descienden, llegando a profundidades del orden de 1000 metros, donde existe una presión de 100 atmósferas.

En el LADEM se fabricó un prototipo de uno de estos equipos, con la participación de varios alumnos proyectistas y ayudantes.

En la figura se muestra el bastidor con algunos elementos instalados y la carcaza resistente a la presión. 

Dentro del círculo rojo se encuentra el sensor de conductividad, de tipo toroidal.



STD ensamblado. Los anillos horizontales protegen al equipo en caso de impactos contra la banda del buque.

Dentro del círculo rojo se encuentra el sensor de presión.


STD conectado al PET, para transferir los datos almacenados.



LA-151 Cargador de baterías (1982)

Se fabricó un cargador de baterías cuádruple, constituido por 4 fuentes independientes de corriente ajustables entre 0 y 20 A, con límite de voltaje ajustable entre 0 y 18 V. Las fuentes se podían conectar en paralelo, formando un cargador capaz de entregar 80 A.

En la fotografía izquierda se muestra el cargador, que tenía una altura de aproximadamente 1 metro. En la parte inferior se observan 2 transformadores de poder.

En la fotografía derecha se muestran disipadores de aluminio, equipados con 2 transistores de potencia cada uno y con las resistencias necesarias para ecualizar las corrientes. En la parte superior se observan bancos de condensadores de filtro.





Contadores de Amp·Hora (1982)

La Armada de Chile está a cargo de varios centenares de faros automáticos ubicados en distintos puntos del país, especialmente en los canales del Sur.

En 1982, se fabricaron varios "contadores de amp·hora", para registrar en terreno la carga eléctrica suministrada por los paneles solares o generadores eólicos y la carga eléctrica consumida por la lámpara, con el objeto de dimensionar en forma más precisa la capacidad de los generadores y de las baterías.



LA-160 Analizador Digital de Señales (1982 a 1997)

Dos de los instrumentos más necesarios en el LADEM a finales de los años 70 eran un osciloscopio para señales de baja frecuencia, y un analizador de espectro. En esa época los osciloscopios con retención de imagen tenían un alto costo, y no almacenaban la forma de onda en memoria digital, sino en fósforo de alta persistencia, el cual sólo conservaba la imagen durante algunos segundos. Los analizadores de espectro tenían un costo prohibitivo para el Laboratorio.

A comienzos de los años 80, el LADEM disponía de un microcomputador PET, basado en una CPU 6502 que corría a 1 MHz. La memoria RAM era de 32 kB y los programas se almacenaban en cassettes de audio. La pantalla no tenía capacidad gráfica. El único lenguaje de alto nivel disponible era BASIC interpretado, almacenado en ROM. 

El núcleo de un analizador de espectro es la FFT. Programado en BASIC, el microcomputador tardaba más de 10 de minutos en calcular una FFT de pequeño tamaño, demasiado tiempo como para construir un instrumento práctico.

En 1982 se adquirió un Track/Hold y un Conversor A/D de alto rendimiento (para la época), y se montó un sistema de adquisición de datos, el cual funcionaba a una tasa de muestreo fija, la más alta que podía lograrse (200.000 m/s).

En la figura se muestra el Track/Hold y el Conversor A/D (12 bit), los cuales eran módulos híbridos, construidos con elementos discretos y circuitos integrados.

El borde izquierdo del conversor contenía los pines análogos, y el borde derecho los pines digitales. Un panel metálico vertical rodeaba el conversor en el centro, para reducir el acoplamiento de ruido desde la parte digital a la análoga, disminuyendo la fluctuación de los bits menos significativos.

Simultáneamente, Jorge Pavez desarrolló como Proyecto de Titulación un programa para calcular la FFT en assembler, logrando reducir el tiempo de cálculo a 4 segundos. Además construyó un filtro anti-alias de octavo orden.

Debido a la baja velocidad del computador, los datos no se podían transferir en tiempo real, de modo que se almacenaban en un banco de memoria y luego se transferían por la puerta serial a menor velocidad.

Con los elementos descritos se ensambló un analizador de espectro rudimentario, con una banda única, de 0 a 50 kHz.

En la figura se muestra uno de los espectros obtenidos. El eje X corresponde a magnitud en dB, y el eje Y a frecuencia en Hz. 

El programa podía dibujar también la forma de onda, actuando como osciloscopio con retención de imagen. El prototipo pasó a denominarse "Analizador Digital de Señales", o ADS, modelo LA-160.

El ADS funcionaba sólo en una banda de frecuencia. Cambiar la velocidad de muestreo era relativamente simple, pero junto a ella debía cambiar la frecuencia de corte del filtro antialias, lo cual era mucho más complejo, dado el alto orden del filtro.

En 1984, se desarrolló el Proyecto de Titulación de  Luis Rodríguez, el cual consistió en agregar varias frecuencias de muestreo menores y un filtro antialias de frecuencia de corte variable. El problema del cambio de la frecuencia de corte se resolvió con filtros de capacitor conmutado (switched capacitor filter) controlados por un reloj obtenido a partir de la frecuencia de muestreo multiplicada por un PLL.

Se construyó una caja para el ADS, la cual se observa en la figura a la derecha del PET, sobre la mesa.

En 1987, Víctor Vargas desarrolló como Proyecto de Titulación una "Unidad de Traslación Espectral" para el ADS, la que permitía analizar señales de alta frecuencia (algunos MHz).


El ADS se utilizó en varios proyectos del LADEM. 

En la figura se observa el ADS funcionando como osciloscopio con retención de imagen, mostrando la respuesta impulso de un acelerómetro usado como sensor de sismos, cuya frecuencia de resonancia es 1 Hz. (El eje vertical corresponde al tiempo).


En 1990, el PET ya no estaba operativo, pero se disponía de PCs tipo XT. El proyectista Luis Espinoza desarrolló una tarjeta de expansión para un PC-XT, y rediseñó el ADS para conectarse a dicha tarjeta.

La mayor velocidad del PC y la comunicación mediante una tarjeta de expansión conectada al bus del equipo, permitió efectuar la transferencia en tiempo real, y eliminar la memoria del ADS.

El equipo fue reensamblado en una caja más compacta.


El programa de adquisición de datos fue enlazado con el programa "DSP" (escrito anteriormente por el profesor guía con un objetivo didáctico), lo que permitió al ADS realizar todas las funciones de dicho programa, tales como análisis espectral, filtraje digital, correlación, cepstrum, etc.

En la figura se observa un ejemplo de uso, mostrando en tiempo real el espectro de una señal vortex, cuya frecuencia predominante en este ejemplo es de 360 Hz.

Los PCs continuaron evolucionando, y dejaron de incluir el bus original del PC-XT, donde se insertaba la tarjeta de expansión desarrollada anteriormente. En 1997, John González desarrolló como Proyecto de Titulación una interfaz entre el ADS y un PC usando la puerta paralela de impresora, haciendo posible utilizar el ADS con cualquier PC.

Actualmente es difícil utilizar el ADS, ya que el programa se debe ejecutar bajo DOS. Afortunadamente ya no es necesario, porque los osciloscopios digitales con capacidad de realizar análisis espectral son instrumentos relativamente comunes. Además, es posible realizar análisis espectral en el rango de audio usando el adaptador de sonido de un PC para adquirir los datos, y alguno de los muchos programas (MATLAB, SpectraLab, GoldWave, etc.) que existen para ese efecto.



LA-149 Calibradores de Fotoceldas (1983)

La Armada de Chile está a cargo de varios centenares de faros automáticos ubicados en distintos puntos del país, especialmente en los canales del Sur.

Los faros deben encenderse automáticamente con un cierto nivel de luz, para lo cual cuentan con fotoceldas y comparadores de nivel.

En 1983, el LADEM fabricó varios Calibradores para dichas fotoceldas, los cuales emiten niveles de luz predefinidos. Los emisores se construyeron con secciones frontales de linternas, en las cuales se instaló un detector cuya señal se usaba para ajustar automáticamente la corriente de la lámpara.



LA-156 Medidor de oxígeno disuelto (1983)

La Escuela de Ingeniería Bioquímica encargó este medidor de oxígeno disuelto en agua.

El sensor se polariza con una tensión constante y la corriente que circula por él es proporcional al nivel de oxígeno.



Control de Temperatura de Estanques (1983)

Se desarrolló un sistema de control de temperatura para estanques de agua de mar instalados en el Instituto de Oceanología de la Universidad de Chile en Montemar.

La exactitud requerida era de 0.1 ºC, por lo que se usaron termistores de precisión como sensores, y se incluyeron agitadores para uniformizar la temperatura del agua y evitar la estratificación.


      



LA-147 Potenciostato Impulsional (1983)

El potenciostato impulsional puede medir la capacidad de la celda imponiendo pulsos de tensión y detectando el cambio de corriente provocado, mediante un "amplificador diferencial en el tiempo".










Junto con el potenciostato se fabricó el Generador Impulsional LA-146, para suministrar la señal necesaria al potenciostato.



LA-164 Indicador de Sobrenivel de Voltaje y Corriente (1984)

Este equipo fue construido para el Laboratorio de Fotometría de la EIE, una de cuyas actividades es la certificación de luminarias de calle.

Una de las normas dice relación con la seguridad que ofrece la luminaria en el caso de que una persona la manipule estando energizada.

El sensor es un dedo artificial definido en la misma norma, el cual se introduce en la luminaria y no debe recibir una "descarga peligrosa". 



Fuentes de Poder de Laboratorio (1985)

En el LADEM se requería de un gran número de fuentes de poder para polarizar los circuitos de los proyectos y equipos que se desarrollaban. Se disponía de algunas fuentes Hewlett-Packard con capacidad de 0 a 30 Vdc y 500 mA max., pero el número era insuficiente y el costo de estos equipos era muy elevado. 

Por lo tanto se diseñaron y se construyeron 6 fuentes de poder reguladas, con las siguientes características:

  • voltaje ajustable entre 0 y 25 Vdc, con control grueso y fino, lo que permitía usar la fuente para polarizar circuitos, o como referencia de tensión.
  • modo de corriente constante si se excedía un límite de 50 mA o de 500 mA (seleccionable); el modo de 50 mA era adecuado para proteger circuitos CMOS vulnerables al fenómeno de latch-up, y para cargar pilas de níquel-cadmio del tamaño más común (AA); el modo de 500 mA era adecuado para la mayoría de las aplicaciones, y para cargar baterías secas de plomo-ácido.
  • las fuentes se podían conectar en serie o en paralelo para aumentar su capacidad de voltaje o de corriente.
  • las fuentes incluían un instrumento de aguja de respuesta rápida para medir el voltaje o la corriente de la carga.


LA-170 Potenciostato VI (1985)

Este potenciostato incluía un mecanismo para neutralizar el efecto de la resistencia interna de la celda.


Panel frontal                                                                                           Interior




LA-168 Generador de Burst (1985)

En el LADEM se han realizado varios proyectos que usan transductores de sonido submarinos, los cuales generalmente requieren ser caracterizados, para determinar su diagrama de radiación o recepción, y su razón de conversión entre parámetros eléctricos y acústicos.

Si las mediciones se realizan en estanques pequeños, no es posible obtener resultados confiables utilizando ondas sinusoidales continuas, porque los ecos en las paredes del estanque se suman a la señal principal creando ondas estacionarias, con mínimos y máximos críticamente dependientes de la posición de los transductores.

El problema del eco se resuelve transmitiendo trenes de onda sinusoidal de corta duración (bursts), los cuales deben cumplir con las siguientes condiciones:

  • El tiempo entre bursts debe ser suficientemente grande como para que se hayan extinguido todos los ecos antes de transmitir el siguiente.
  • La duración de un burst debe ser mayor que el tiempo que requieren los transductores para alcanzar estado estacionario.
  • La duración de un burst debe ser menor que el tiempo que tarda en llegar el primer eco.




El generador LA-168, fabricado en el LADEM, produce trenes de onda sinusoidal con las siguientes características:

  • Frecuencia de la sinusoide: 1 a 200 kHz
  • Duración de los trenes: 50 µs a 5 ms
  • Frecuencia de repetición: 1 a 100 pps
  • Amplitud: 100 Vptp máx.





Transductores en evaluación












LA-165 Unidad de lectura para sensor de velocidad de flujo de líquidos (1985)

En la Escuela de Ingeniería Bioquímica se disponía de una hélice calibrada para medir la velocidad de flujo de líquidos.

La unidad de lectura proporcionada por el fabricante era un contador electromecánico de revoluciones. Para obtener una medida, se contaban las revoluciones durante un cierto tiempo, el cual debía ser bastante prolongado si la velocidad era muy baja.

Se fabricó la unidad de lectura mostrada en la figura, la cual entregaba una lectura casi inmediata de velocidad, ya que multiplicaba la frecuencia de la señal entregaba por el sensor con un PLL.



Prototipo de corrientómetro acústico (1985-1986)

Los rotores de Savonious y las aletas usadas generalmente como sensores en los corrientómetros, se ven afectadas por problemas de inercia y agripamiento. En este proyecto de investigación, financiado por Conicyt, se exploró la posibilidad de medir la rapidez de la corriente marina utilizando ondas ultrasónicas.

Se construyó el cabezal acústico mostrado en la figura.

El dispositivo posee 2 transductores ultrasónicos resonantes en 2 MHz, los cuales se comunican entre sí haciendo rebotar el sonido en un disco metálico que actúa como espejo acústico.

La disposición mostrada evita que los transductores se conviertan en un obstáculo para el flujo del líquido, lo que ocurriría si estuviesen alineados, pero reduce la magnitud de la componente medida.

Uno de los transductores envía un tren de algunos ciclos de una onda sinusoidal (burst), el cual viaja a una velocidad igual a la suma de la velocidad del sonido en el agua (c), con la componente de la velocidad de la corriente en la dirección de propagación de la onda, y el sistema mide el tiempo de viaje hasta el otro transductor.

La menor velocidad a medir (1 cm/s) es mucho menor que c (1500 m/s), la cual puede variar además en algunas decenas de m/s, dependiendo de la temperatura, salinidad y presión. Para poder detectar la corriente marina, se invierte el papel de los transductores, enviando el burst en sentido contrario, y midiendo la diferencia en el tiempo de tránsito.

La mayor dificultad del proyecto consiste en detectar la pequeña diferencia en el tiempo de tránsito que produce la menor corriente a medir, diferencia del orden del 0.001 %.




En la figura se muestra el sistema de evaluación empleado, con el que se logró el objetivo deseado.

De derecha a izquierda, se observa:

  • Cabezal acústico sumergido en un estanque de agua, montado en un sistema de rieles deslizantes que permite desplazarlo a velocidad constante.
  • Protoboard con circuito de medición, y tarjeta de circuito impreso con microcontrolador 6805.
  • Frecuencímetro, fuente de poder, osciloscopio.
  • Computador Advantage, donde se muestra la lectura de corriente.





LA-171 Polarógrafo I (1986)

El polarógrafo contiene un generador piloto (izquierda) y un potenciostato (derecha).





Estación meteorológica (1986)

Se reconstruyó una estación meteorológica comercial.

En la figura se observan los sensores de la estación.



Estación sísmica (1986-1996)

En Marzo de 1985 se produjo un terremoto en la zona de Valparaíso. El sismo fue precedido por un gran número de temblores perfectamente perceptibles para la población, los cuales se extendieron durante varias semanas, y que según algunos especialistas, pudieron haber servido para predecir el terremoto. Sin embargo, no existían suficientes estaciones sísmicas en la zona como para poder triangular el hipocentro (latitud, longitud y profundidad del foco) de los eventos.

Un año después del terremoto de 1985 se inició en el LADEM un Proyecto de Investigación consistente en el desarrollo de una estación sísmica, concebida como parte de una red, capaz de identificar en forma casi inmediata el hipocentro de un sismo.

En primer lugar se adquirió un acelerómetro adecuado para captar la señal y se evaluó su funcionamiento. Luego se desarrollaron 2 Proyectos de Titulación y varios trabajos de ayudantes para ensamblar la estación.

En el costado izquierdo de la figura siguiente se muestra el acelerómetro adquirido. La fotografía es de larga exposición, para poder registrar en un osciloscopio sin memoria la salida del sensor frente a un sismo simulado.



En la figura siguiente se observan los elementos principales de la estación: batería, panel solar, sensor, tarjetas de circuito impreso y transmisor de radio (ampliado en el recuadro).



Una de las mayores dificultades encontradas en el proyecto fue la sincronización temporal de las estaciones. Como las ondas sísmicas viajan a velocidades de varios km/seg, los relojes de las estaciones no deben diferir en más de 0.1 seg para poder triangular correctamente el hipocentro, pero en la época en que se desarrolló el proyecto el sistema GPS no estaba tan difundido como ahora, por lo que sólo se podía recurrir a señales de radio de onda corta de baja confiabilidad y difícil procesamiento. 



LA-179 Polarógrafo - Culombímetro (1987)

Este equipo incluía un generador piloto (izquierda), un potenciostato (centro) y un medidor de carga eléctrica (derecha).






LA-178 Anemógrafo con registro digital (1987)

La Escuela de Ciencias del Mar de la UCV disponía de un anemómetro antiguo, el cual sólo indicaba la magnitud y dirección instantánea de la velocidad, y se encontraba en mal estado.

Se repararon los sensores y se construyó una unidad electrónica capaz de realizar promediación vectorial, medir a intervalos predefinidos, almacenar los promedios y las ráfagas, y transferir los datos a un computador portátil vía RS-232C.





Corrientómetro con promediación vectorial (1987)

Anteriormente se habían desarrollado 2 corrientómetros en el Laboratorio, uno análogo y otro digital. Ambos equipos usaban una gran aleta para orientar la carcaza en la dirección de la corriente, y un compás magnético para determinar la orientación.

Cuando se instala el instrumento cerca de la superficie del mar, se introduce un error importante en la medición debido al efecto del oleaje, el cual produce una inversión del sentido del flujo cada 5 a 20 segundos. La carcaza no siempre alcanza a orientarse en tan corto tiempo, por lo que el compás magnético entrega información errónea. Por otro lado, debido a que el rotor de Savonious gira en el mismo sentido independientemente de la dirección de la corriente, se obtiene una lectura de corriente mayor que la real.

En este proyecto se desarrolló un corrientómetro con promediación vectorial, que reduce en gran medida dicho error. Se utilizó una carcaza con una aleta articulada pequeña, con una inercia mínima, la que puede seguir los rápidos cambios de dirección debidos al oleaje.

La aleta, ubicada sobre el rotor de Savonious, está provista de un imán permanente; en el interior de la carcaza, un compás magnético (encerrado en el círculo rojo en la figura) detecta la orientación de la aleta.

Otro compás, alejado del anterior (para evitar interacción entre los imanes), indica la orientación de la carcaza con respecto al Norte.

Para reducir el error provocado por el oleaje, el vector de corriente debe ser medido varias veces por segundo y promediado durante 60 o más segundos. Sin embargo, la dirección no se puede promediar directamente; por ejemplo, 001º (Norte) promediado con 359º (Norte) resulta igual a 180º (Sur) !

Para resolver el problema anterior, la CPU del corrientómetro realiza una conversión de coordenadas polares a rectangulares, obteniendo la componente Norte-Sur y la componente Este-Oeste, y luego las promedia. Este proceso se denomina promediación vectorial.

La CPU es un microcontrolador CMOS Motorola 6805, de bajo consumo, indicado con un círculo celeste en la figura.

Resulta prácticamente imposible calcular los valores de los senos y cosenos en el 6805, y la memoria EPROM no tiene la capacidad suficiente para almacenar todos los valores posibles en una tabla de look-up. Sin embargo, la simetría de las funciones trigonométricas hace posible calcular todos los valores necesarios a partir de 1/4 de ciclo de una de las 2 funciones.

Los datos promediados son almacenados en memoria RAM.

Al recoger el instrumento y traerlo a bordo de la embarcación, los datos son transferidos a un microcomputador portátil (EPSON HX-20), donde son convertidos nuevamente a una representación del tipo magnitud-ángulo. Los datos pueden ser visualizados en la pantalla de cristal líquido, impresos a través de la microimpresora, o grabados en la micrograbadora incorporada.

El programa escrito para este microcomputador permite además traspasar los datos desde cinta magnética a un microcomputador del tipo IBM PC, para facilitar el análisis de la información.


Resulta engorroso abrir la carcaza resistente a la presión del corrientómetro en la cubierta de la embarcación; existe además el riesgo de ingreso de agua salada al interior. Por esta razón, se diseñó el corrientómetro para poder transferir la información sin destaparlo, mediante un acoplamiento magnético a través de la carcaza.

Se desarrolló una interfaz que recibe la señal captada por un sensor magnético próximo a la carcaza, y la convierte a una señal tipo RS-232C compatible con el microcomputador EPSON.

En la figura se muestra la interfaz fabricada.








En la figura se muestra el equipo completo.

El corrientómetro fue desarrollado para la Escuela de Ciencias del Mar de la PUCV.



LA-188 Unidad de memoria para osciloscopios convencionales (1988)

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Control de Nivel para Estanques de Agua (1988)

En la terraza de Escuela de Ciencias del Mar de la UCV existía un conjunto de estanques de agua, en los cuales se realizaban ciertos experimentos.

Los estanques estaban conectados por cañerías a nivel del suelo, usando el principio de los vasos comunicantes.

El nivel de agua se controlaba en forma manual, accionando una bomba cuando el nivel descendía bajo una altura mínima y desconectándola cuando superaba una altura máxima.




Se desarrolló un sistema de control automático de nivel, para lo cual se fabricó el sensor mostrado en la figura.

El sensor consta de un tubo de vidrio (fabricado en la UCV) dentro del cual se encuentra una pelota de tenis de mesa, la cual bloquea un haz infrarrojo cuando llega al extremo inferior, y otro cuando llega al superior, proporcionando la histéresis requerida por el sistema de control. El sensor está aislado eléctricamente del agua, y controla todos los estanques en forma simultánea, aprovechando el principio de los vasos comunicantes.



Medidor de Potencia (1988)

Se construyeron 2 medidores de potencia activa para el Laboratorio de Máquinas de la Escuela.

El sensor de voltaje es un arreglo resistivo  capaz de soportar una tensión mayor de 500 V. La corriente que circula por el arreglo ingresa al nudo de suma de un amplificador operacional.

El sensor de corriente es un shunt de constantan, capaz de soportar más de 20 A.



El núcleo del instrumento es un multiplicador análogo de 4 cuadrantes.

La potencia máxima medida es 1999 W.

La naturaleza puramente resistiva de los sensores, y el tipo de multiplicador usado, le permite al instrumento alcanzar un ancho de banda de 5 kHz, equivalente a la armónica Nº 100 de la red.



LA-197 Potenciostato - Galvanostato Impulsional (1991)

A comienzos de la década de 1990, era posible reemplazar un inscriptor X-Y por una tarjeta de adquisición de datos, un PC y el software correspondiente.

Uno de los equipos construidos con esa tecnología es el mostrado en la figura.

Incluía los siguientes elementos:

  • generador piloto
  • potenciostato impulsional
  • galvanostato impulsional
  • conexión a PC


Control del Fotogoniómetro del Laboratorio de Fotometría (1997)

En el Laboratorio de Fotometría de la EIE existe un Fotogoniómetro de Espejo diseñado por el profesor Enrique Piraino, el cual se usa normalmente para medir el diagrama de radiación de luminarias.

En 1997, el profesor Piraino solicitó la colaboración del LABSEI para construir un sistema de control que permitiese centralizar en un PC el control de los 2 ejes del goniómetro, la lectura de los ángulos y la lectura de un luxómetro, usado para medir la luz emitida por la lámpara bajo prueba.

En la figura superior izquierda se muestra el fotogoniómetro, al cual se agregaron 2 codificadores de ángulo (encoders) de alta precisión en los ejes principales. 

En la figura derecha se muestra la Unidad Electrónica construida, la cual recibe comandos desde el PC para accionar los motores y envía al PC los códigos de los encoders. La comunicación bidireccional se realiza por medio de una puerta serial. 

En la figura inferior izquierda se observa la interfaz gráfica del programa, generada por un programa que corre bajo DOS. En el recuadro izquierdo se despliega la lectura del luxómetro, en el recuadro central se muestran los ángulos medidos por los encoders, y en el recuadro derecho se agrupan los botones para controlar los motores.





Medidor de capacidad de saltos de atletas (2003)

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Automatización del Fotogoniómetro del Faro Punta Ángeles (2003-2004)

En las instalaciones de la Dirección General del Territorio Marítimo y Marina Mercante ubicadas en las inmediaciones del Faro Punta Ángeles, existe un fotogoniómetro construido en el Laboratorio de Fotometría de la EIE en 1990.

El instrumento se utiliza para medir el diagrama de radiación de las lámparas de faros y balizas, lo que permite verificar sus características, antes de ser adquiridas.

El fotogoniómetro original se acciona en forma manual, mediante manivelas. Durante 2003, el Laboratorio de Fotometría y el LABSEI realizaron un proyecto conjunto de automatización del fotogoniómetro, centralizando en un PC el control manual o automático de los 2 ejes del goniómetro, la lectura de los ángulos y la lectura de un luxómetro, usado para medir la luz emitida por la lámpara bajo prueba.









En la figura izquierda se muestra el fotogoniómetro, al cual se agregaron 2 motores con cajas de reducción, y 2 codificadores de ángulo (encoders) de alta precisión en los ejes principales. En la plataforma rotatoria se observa una luminaria de faro.

En la figura derecha se muestra la Unidad Electrónica construida, la cual recibe comandos desde el PC para accionar los motores y envía al PC los códigos de los encoders.
















Interior de la Unidad Electrónica.

































Ventana principal del programa que permite controlar en forma manual o automática la posición de los ejes, y observar la lectura del luxómetro.

El programa puede realizar barridos automáticos y almacenar los datos medidos, para ser graficados posteriormente.



Programador de PIC LABSEI-101 (2006)

El programador LABSEI-101 es un grabador de memorias EEPROM y de microcontroladores PIC de 18, 28 y 40 pines, de las familias 16 y 18. Se comunica con un PC por medio del puerto serial a través de un cable de 5 líneas y se alimenta con una fuente de poder de 12V.

El programador es capaz de grabar por lo menos los siguientes microcontroladores: 16F627, 16F628, 16C84, 16F83, 16F84, 16F84A, 16F873, 16F874, 16F876, 16F877, 16F877A y 18F452.

El equipo consta del programador, una fuente de poder, un cable de comunicación con el PC, un programa y un manual de usuario.





Plataforma móvil LABSEI-102 (2008)

La plataforma móvil LABSEI-102 es un vehículo diseñado y construido para transportar un PC tipo netbook, el cual controla el movimiento del aparato por medio de una puerta USB. 

El vehículo tiene 2 ruedas motrices delanteras y 1 rueda libre trasera. La velocidad y sentido de rotación de las ruedas delanteras se puede controlar independientemente, lo que le permite a la plataforma avanzar y retroceder en línea recta, virar mientras avanza o retrocede, o girar en círculos.



La CPU del PC ofrece una capacidad computacional muy superior a la de la mayoría de los robots de pequeño tamaño disponibles en el mercado, los cuales utilizan microcontroladores para tomar decisiones. Resulta posible entonces ensayar algoritmos sofisticados de visión artificial y de control de movimiento.

La plataforma fue encargada por la Escuela de Ingeniería Informática de la PUCV.

Video  >> 



Registrador digital LABSEI-103 (2008)

El registrador digital LABSEI-103 está compuesto por una interfaz electrónica y un programa computacional, desarrollados para registrar en un PC la señal análoga proveniente de un cromatógrafo. 

La interfaz se conecta a la puerta USB del PC, en el cual se ejecuta el programa RegDig10. El programa despliega un gráfico de la señal proveniente del cromatógrafo y la registra en un archivo compatible con el programa Excel.

El registrador fue encargado por la Escuela de Ingeniería Bioquímica de la PUCV.






Actualización del PC de Control del Fotogoniómetro del Faro Punta Ángeles (2008)

Durante 2003 se automatizó el fotogoniómetro de la Dirección General del Territorio Marítimo y Marina Mercante ubicado en las inmediaciones del Faro Punta Ángeles.

El instrumento se utiliza para medir el diagrama de radiación de las lámparas de faros y balizas, lo que permite verificar sus características, antes de ser adquiridas.

El algoritmo de control se ejecutaba en un PC común de escritorio. Si bien el sistema funcionaba correctamente, era vulnerable a la instalación y ejecución de software ajeno al control del fotogoniómetro, lo que podía interferir con el posicionamiento de los ejes del instrumento, y alterar los datos recolectados. 

La actualización del PC de control consistió en:

  • Reemplazo del PC de escritorio por un PC industrial de mayor confiabilidad.
  • Reemplazo del monitor CRT por uno de pantalla plana de mayor resolución.
  • Reemplazo del sistema operativo, incorporando control de acceso.
  • Desarrollo de una nueva versión del programa de control, adaptada a las características del nuevo sistema operativo y del nuevo hardware.
  • Configuración del sistema operativo y del programa de control para operación coordinada en tiempo real.
  • Instalación de todos los elementos en un rack de 19 pulgadas.



CTD (2009)

Se reparó un Micro CTD fabricado por Falmouth Scientific. El instrumento registra la conductividad y la temperatura del agua de mar en función de la presión, y luego utiliza esos datos para obtener un perfil de la salinidad del agua en función de la profundidad.





Unidad Electrónica LABSEI-105 para Plataforma Dinamométrica (2009)

El desarrollo de la unidad LABSEI-105 forma parte de un proyecto de investigación que consiste en fabricar una "Plataforma Dinamométrica", con la cual se pueden medir las fuerzas que ejerce el pie sobre una superficie de apoyo durante la marcha, y de esta manera, detectar e identificar posibles problemas en las plantas de los pies, así como en las rodillas, la columna, etc.

El proyecto es impulsado por el “Grupo de Investigación, Innovación y Transferencia Tecnológica en Biomecánica” liderado por la Escuela de Kinesiología, y en el cual participan la Escuela de Ingeniería Industrial (a cargo del desarrollo de la plataforma), la Escuela de Ingeniería Eléctrica (a cargo del desarrollo de la unidad electrónica y del programa de adquisición de datos) y la Escuela de Ingeniería Informática (a cargo del desarrollo del programa de procesamiento de la información recogida). Supervisando el proyecto, participa un investigador de la Universidad Católica del Maule y profesor de la Escuela de Kinesiología de la PUCV, especialista en Biomecánica.


Panel frontal de la Unidad Electrónica fabricada.




Interior de la Unidad Electrónica fabricada.




Pantalla del programa de adquisición de datos, desarrollado para evaluar la Unidad Electrónica.





Registrador de Aceleraciones y Fuerzas 
para una Plataforma Oceánica LABSEI-106 (2009)

El registrador de datos LABSEI-106 digitaliza y almacena en memoria las señales provenientes de 4 sensores de fuerza, 3 acelerómetros y un sensor del voltaje de la batería que lo alimenta.

El datalogger está diseñado para operar durante períodos prolongados en una plataforma oceánica, registrando en forma continua las fuerzas de las líneas de anclaje y la aceleración de la estructura.

La fabricación del registrador forma parte del aporte de la PUCV a un proyecto Fondecyt en el cual participan la Universidad de Concepción (a través de la Unidad de Tecnología Pesquera), la empresa Servicios de Implementación Tecnológica Naval (Sitecna), CODELCO, International Copper Association (ICA), la Fundación Chile y la PUCV, en el denominado "Consorcio Tecnológico de Acuicultura en Zonas Expuestas en Chile" (CT-OOA).

Este equipo fue entregado el 30 de Octubre e instalado el 2 de Noviembre de 2009.





RegProf10: programa para registro automático de datos de profundidad (2010)

El programa RegProf10 recibe datos desde un ecosonda digital, los procesa y los almacena en archivos compatibles con la planilla de cálculo Excel.

El programa automatiza la recolección de datos de profundidad durante las batimetrías, y permite acelerar el procesamiento posterior de dichos datos.





Registrador de Aceleraciones y Fuerzas para una Plataforma Oceánica sumergible LABSEI-107 (2010)

El registrador de datos LABSEI-107 es una versión de pequeño tamaño y menor consumo del registrador LABSEI-106, ya que fue diseñado para ser instalado en una carcaza submarina estanca. El dispositivo digitaliza y almacena en memoria las señales provenientes de 6 sensores de fuerza, 3 acelerómetros y un sensor del voltaje de la batería que lo alimenta.

Los datos se almacenan junto a la fecha y la hora en archivos compatibles con Excel, los cuales se graban en una tarjeta de memoria SD Card, y pueden ser leídos directamente por un PC equipado con el adaptador correspondiente.




LABSEI-107b (2011)

Se trata de un datalogger similar al anterior, pero con un acelerómetro triaxial incorporado.





Perfilador de Fuerza / Velocidad Angular LABSEI-108 (2011)

El perfilador LABSEI-108 es un sistema electrónico de medición inalámbrica de velocidad y resistencia hidrodinámica de embarcaciones a escala reducida, desarrollado para realizar ensayos en el canal de pruebas de la Escuela de Arquitectura de la PUCV, como parte de  investigaciones asociadas al programa de Magíster de Diseño Náutico y Marítimo de dicha escuela.

El perfilador desarrollado incluye un sensor rotativo incremental, un dinamómetro electrónico, módulos de comunicación inalámbrica Xbee, un microcontrolador y un software de interfaz gráfica y registro de datos, el cual genera un perfil hidrodinámico de las embarcaciones ensayadas, permitiendo contrastar y optimizar los modelos antes de iniciar la fabricación a escala real.

El perfilador fue entregado durante Enero de 2011.


Hardware del perfilador LABSEI-108.




Buque a escala ensayado y enlace a un video demostrativo.





Vehículo a escala para trazado asistido (2011)

El vehículo mostrado tiene como propósito copiar dibujos realizados en la pantalla de un computador a una superficie de 2 x 2 metros.

En primer lugar, el usuario dibuja con el mouse la figura deseada en la interfaz gráfica desarrollada; luego, la figura terminada se envía mediante radio frecuencia al vehículo, el cual realiza el dibujo ampliado sobre la superficie.

La energía requerida por los motores y la unidad electrónica proviene de paneles solares, los cuales cargan la batería del vehículo.

El proyecto descrito es el resultado de un trabajo conjunto de estudiantes de la Escuela de Arquitectura y Diseño de la PUCV y de un alumno ayudante del LABSEI.


Señalizador automático (2011)

Desarrollado en forma conjunta por un ayudante del LABSEI y una estudiante de Diseño de la PUCV, este sistema reproduce un mensaje audible cada vez que un individuo se aproxima a él.

La electrónica incluye un microcontrolador, un reproductor de archivos MP3, parlantes, un sensor de proximidad, celdas solares y una batería. El mensaje contiene una descripción del terreno en donde está instalada la estructura, reseñas históricas y orientación.






Versión 1.1 del Programa Fanal2 (2012)

Se desarrolló una nueva versión del programa Fanal2, mediante el cual se controla el Fotogoniómetro del Laboratorio de Fotometría de la EIE.





Renovación del Sistema de Previsualización Gráfica del Fotogoniómetro del Faro Punta Ángeles (2012)

Se renovó el Sistema de Previsualización Gráfica del Fotogoniómetro del Servicio de Señalización Marítima del Faro Punta Ángeles, un proyecto realizado durante el año 2003 y mejorado a finales del 2008.

La renovación consistió en reemplazar el PC usado para visualizar los gráficos por uno más moderno y de mejores prestaciones gráficas, adaptar el programa al nuevo hardware incorporando una interfaz gráfica, y agregar un medio de almacenamiento externo con una imagen de respaldo del disco duro del PC.





LABSEI-109  SunLed  (2012)

Se trata de una fuente de luz blanca generada por 10 LED de alta potencia instalados en una torre de 2 metros de altura. El equipo proporciona corrientes regulables, estabilizadas e idénticas a los 10 LED, incluye un instrumento indicador de la corriente aplicada a todos ellos, ventilación forzada, protecciones contra corto circuito y alta temperatura. Está diseñado para operar en forma ininterrumpida.

Enlace a la página del proyecto.


LABSEI-110  Analizador de Durabilidad de Controles Fotoeléctricos (2013)

Los Controles Fotoeléctricos (CFE) son dispositivos electrónicos o electromecánicos usados para energizar automáticamente luminarias de alumbrado público en la oscuridad.

Los CFE deben cumplir con varias normas. El analizador lleva a cabo una prueba de durabilidad con carga, mediante la cual se somete a estos dispositivos a un número de ciclos equivalente a 10 años de operación continua, simulando el amanecer y el atardecer 3.650 veces, mientras se registra el número y tipo de eventuales fallas.

El equipo reanuda las pruebas automáticamente en caso de ser interrumpidas por un corte de energía eléctrica, y supervisa el consumo de la carga deteniendo el proceso en caso de una desconexión de la misma.

El analizador fue desarrollado en el LABSEI para el Laboratorio de Fotometría de la EIE.





LABSEI-111  Sistema de registro de olas para un canal de pruebas  (2014)
 
Es un sistema de medición y registro de olas para el canal de pruebas de la Escuela de Arquitectura y Diseño, el cual fue encargado por la Escuela de Ingeniería Civil de nuestra Universidad.

El sistema se compone de tres unidades sensoras capaces de medir independientemente la altura del agua en distintos puntos del canal, una interfaz USB con un computador personal (PC) y un programa para el sistema operativo MS Windows.

Enlace a la página del proyecto.

Fotografías y video.



LABSEI-112  Monitor remoto de sistemas de purificación de agua basados en dióxido de cloro (2015)

Este proyecto consistió en diseñar y fabricar un monitor remoto de nivel, cuyo propósito principal es la medición de los niveles de dióxido de cloro estabilizado y del activador P10 (ácido) utilizados en el proceso de purificación de agua.

Más detalles en la página del Proyecto de Título desarrollado.


Entrega del sistema terminado. De izquierda a derecha:
Enrique Zambrano (proponente) , Orlando Correa (alumno proyectista) y Juan Vignolo (profesor guía).





LABSEI-113  Sistema de adquisición, procesamiento y representación de datos para ensayos de máquinas eléctricas (2017)

Se fabricó un segundo Registrador de Variables Eléctricas LABSEI-113 para uso docente en el Laboratorio de Maquinas Eléctricas de la Escuela. El registrador está compuesto de una Unidad Electrónica y de un computador tipo notebook.


Registrador de Variables Eléctricas


PantallasLa unidad electrónica es idéntica a la del proyecto de título original de Francisco Nahmías. Fue fabricada por la empresa TECHDEV del ex alumno Fernando Rubio.

Se agregó al programa original la capacidad de medir componentes simétricas, capturar transientes mecánicas de larga duración (partida de motores) y medir corrientes grandes con transformadores externos.

Ambos equipos tienen tres canales de tensión (fases R, S y T) y cuatro de corriente (fases R, S, T y neutro). Los primeros tienen un rango de 400 V rms, y los segundos disponen de rangos de 5 y 25 A rms, excepto el de neutro, que sólo tiene el rango menor. El sistema selecciona automáticamente la escala de corriente en base al borne utilizado.

La adquisición se realiza a una tasa de 10.000 m/s por canal con una resolución de 16 bit.

Los sensores de los equipos proveen aislación galvánica entre los canales de voltaje, de corriente y el computador. Los canales de corriente cuentan con fusibles rápidos de protección.

El programa corrige automáticamente el offset de los sensores y elimina el ruido residual del hardware.

En la figura derecha se muestran las pantallas del programa.

La versión 2.0 del programa permite:
  • visualizar formas de onda de las tensiones y las corrientes
  • visualizar contenido armónico de las tensiones y las corrientes
  • capturar y visualizar transientes de corta duración (0.5 seg.)
  • capturar y visualizar transientes de larga duración (1 min.)
  • medir frecuencia y valores RMS
  • medir potencias activas, reactivas, aparentes y factores de potencia
  • medir el nivel de distorsión armónica de las variables
  • medir magnitudes, fases y componentes simétricas.

Las señales originales, los resultados del procesamiento y las pantallas del programa pueden ser grabadas en archivos para realizar análisis posteriores con programas tales como EXCEL y MATLAB.