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Introdução ao DataStudio e Logger Pro: programas de
aquisição de dados
J. M. B. Lopes dos Santos
13 de Janeiro de 2006
Departamento de Fı́sica, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, R. Campo
Alegre, 687, 4169-007 Porto.
Resumo
As aplicações de configuração de sensores e de visualização e análise de
dados, são uma parte importante dos sistemas de aquisição automática de dados.
O DataStudio1 é o programa de aquisição que acompanha os sensores da marca
PASCO. O Logger Pro2 é a aplicação da Vernier Software. Neste documento
dão-se algumas indicações para utilizadores que nunca usaram estes programas.
1
Aquisição automática de dados
Várias actividades experimentais previstas no projecto Faraday, envolvem aquisição
de dados por computador.
Há três componentes essenciais neste tipo de sistema:
• Sensores;
• Interface de conversão A/D;
• Computador com programa de aquisição;
Os sensores convertem uma grandeza fı́sica a medir (distância, temperatura, pressão) num sinal eléctrico. Existem duas grandes classes de sensores: analógicos e
digitais: no primeiro caso o sinal eléctrico (em geral uma diferença de potencial,
ddp) varia continuamente numa gama caracterı́stica do sensor; no segundo caso (por
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PROJECTO FARADAY
V(t)
(a)
t
V(t)
(b)
t
Figura 1: Sinais analógico (a) e digital (b).
exemplo um sensor de passagem ou photogate) a ddp só toma valores discretos prédeterminados, que assinalam a presença ou ausência de uma determinada condição
(por exemplo, feixe infravermelho de sensor de passagem interrompido ou não).
Os conectores (portas) de ligação externa dos computadores recebem sinais digitais, que são interpretados, de acordo com determinadas regras (protocolos), como
representando caracteres, números , etc.
O papel da interface é converter os sinais dos sensores em sinais eléctricos digitais que
contenham a informação da grandeza medida: por exemplo, pares de números que
representam o tempo e a distância correspondente. Em geral as interfaces também
fornecem a alimentação eléctrica que o sensor possa necessitar.
No caso dos sensores da PASCO do tipo PASPort, cada sensor vem equipado com
um dispositivo USB Link que substitui a interface. O sensor liga ao USB Link que
por sua vez liga a uma porta USB do computador. Em geral as portas de ligação de
computadores tem formas que não permitem ligar um conector errado (um conector
USB só é fisicamente compatı́vel com a porta USB).
Os sensores didácticos são sempre acompanhados por aplicações que permitem configurar as experiências, estabelecendo parâmetros como:
• duração da aquisição de dados;
• taxa de aquisição (sampling rate);
1
2
DataStudio é uma marca registada da PASCO.
Logger Pro é uma marca registada da Vernier Software.
2
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• condições de inı́cio e fim da aquisição a partir dos valores medidos (triggering).
Além disto, estes programas têm facilidades de representação dos dados em tempo
real (gráficos, tabelas, mostradores) e de análise (médias, regressões lineares ou
polinomiais, máximos, mı́nimos, etc).
2
DataSudio
O DataStudio, programa de aquisição da PASCO, corre em computador com sistema
operativo (SO) Windows (98/2000/Me/XP) ou em Macintosh (OS 8.6 ou superior).
A versão aqui discutida é a do SO Windows.
2.1
Instalação
A instalação do DataStudio é semelhante à de qualquer outro programa do ambiente
Windows. O programa é distribuı́do em CD ROM. Em geral existe no CD um
programa com o nome Setup que é necessário correr para fazer a instalação (duplo
clique sobre o respectivo ı́cone). Pode acontecer que o programa Setup arranque
automaticamente ao inserir o CD no computador.
O programa de instalação guia o utilizador e permite fazer determinadas opções.
Em particular existe uma versão do DataStudio em Português (versão Brasileira).
É essa versão que é apresentada nestas notas.
2.2
Janela Principal
A Janela principal do DataStudio (Fig. 2) está dividida em quatro áreas:
• A área a, contêm o menu e alguns botões de acesso mais rápido a certos menus
ou sub-menus.
• A área b, Dados, lista os tipos de dados e as séries de dados à medida que são
adquiridos. Na Fig. 2 indica-se que o programa está pronto a adquirir dados
de posição. Não existe ainda nenhuma série adquirida.
• A área c, Visores, é a “gaveta” de visores: mostradores, gráficos, etc. Para
inserir um visor na actividade basta clicar, com o rato, sobre o ı́cone correspondente e arrastá-lo para a área d.
• A área d, Resultados, contêm os visores em janelas de tamanho e posição
ajustável do modo habitual no SO Windows.
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Figura 2: Janela principal do DataSudio.
O DataStudio, ao arrancar, detecta automaticamente os sensores. No caso presente
estava ligado um sensor de movimento e o sistema ficou preparado para medir posições. Para iniciar a recolha de dados bastaria carregar no botão Iniciar. Mas
antes vejamos como configurar a experiência.
2.3
Configuração de experiências
Clicando no botão Configurar obtemos a janela da Fig. 3.
No caso de um sensor de movimento podemos:
• alterar a taxa de aquisição (número de medições por segundo), actuando no
botão + (aumentar) ou − (diminuir).
• Escolher representar posição (medida directamente pelo sensor), velocidade e
aceleração (calculadas a partir da posição), clicando nas caixas respectivas.
• O botão Opç~
oes permite aceder a uma caixa de diálogo em que é possı́vel,
por exemplo, configurar automaticamente o inı́cio e fim da aquisição de dados
(ver secção 2.6.1).
• O botão Adicionar sensor chama uma lista de sensores analógicos que podemos adicionar à actividade. Uma lista de sensores digitais (do tipo sensor
de passagem) está disponı́vel no botão Adicionar Temporizador.
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Figura 3: Janela de configuração.
Para aceder ao valores de velocidade, basta marcar a respectiva caixa e fechar a janela
de configuração; veremos na área de dados, b, uma nova grandeza, Velocidade. No
entanto, o gráfico, na área Resultados, não foi actualizado e só apresenta o gráfico
de posição. Temos pois que aprender a modificar os dados representados num gráfico.
2.4
Escolha de dados a representar
Suponhamos que na janela Dados temos Posiç~
ao e Velocidade, mas o gráfico na
área de Resultados só representa posição. Clicando em Velocidade na área Dados,
e arrastando para a janela do gráfico, este é automaticamente dividido para mostrar
gráficos de posição e velocidade (Fig. 4).
Se quisermos que o gráfico tenha apenas velocidade podemos seguir o seguinte procedimento:
• seleccionar, clicando com o rato, a legenda Posiç~
ao do gráfico;
• clicando com o botão direito do rato na legenda Posiç~
ao, abrir um sub-menu
(Fig. 5);
• seleccionar com o rato a opção Remover dados seleccionados;
Procedimentos semelhantes podem ser seguidos para qualquer visor de dados (gráficos, tabelas, mostradores, etc.). A área Resultados pode conter vários visores em
janelas diferentes (ver Secção 2.2).
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Figura 4: Clicando em velocidade na área Dados e arrastando para a janela do gráfico este
passa a representar, também, os dados de velocidade.
Figura 5: Removendo dados de um gráfico. O sub-menu abre clicando na legenda do gráfico
com o botão direito do rato.
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2.5
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Formatação de Visores
Figura 6: Caixa de formatação de um gráfico.
Um duplo clique sobre a área de um gráfico chama uma caixa de configuração que
permite escolher a aparência do gráfico, as escalas, modo de representação dos dados,
legendas etc. (ver Fig. 6). As caracterı́sticas de outros visores podem ser modificadas
de modo semelhante.
Os visores dispõem de uma barra de botões, na parte superior, que permitem fazer
zoom das escalas, seleccionar partes dos dados, ver as coordenadas de um ponto no
gráfico, adicionar ajustes, etc.
Clicando na seta do botão Dados acedemos à lista das séries de dados que estão
representadas no gráfico. Os gráficos podem representar, simultaneamente, várias
séries de dados. Usando a lista do botão Dados , podemos seleccionar as séries que
pretendemos representar.
2.6
Inı́cio e fim de uma experiência
O inı́cio e fim da recolha de dados é, em geral, feito manualmente, clicando no
botão Iniciar. Enquanto decorre a recolha de dados a legenda do botão alterase para Parar. Ao clicar novamente termina a aquisição. Este processo pode ser
repetido várias vezes. As séries de dados respectivas são listadas na área Dados e
representadas nos visores que estiverem na área de Resultados. No botão Dados ,
da barra superior de um visor (ver secção 2.5), podemos seleccionar as séries de
dados que pretendemos representar.
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Figura 7: Seleccionando as séries de dados que se pretendem representar.
Figura 8: Caixa de configuração do trigger
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2.6.1
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Inı́cio e fim automático
Em certas experiências é útil iniciar e terminar a recolha de dados quando são
verificadas certas condições (por exemplo quando a distância do sensor ao carro é
superior a uma determinado valor). Para aceder à caixa de configuração automática
do sensor clicar em Configurar, depois em Opç~
oes. Aparece uma caixa de diálogo
com três tabs Amostragem manual, Inı́cio retardado, e Parada automática (ver
Fig. 8). A Fig. 8 mostra como escolher um inı́cio de recolha de dados quando a
distância ao sensor de movimento for superior a 30 cm.
Quando estiver seleccionado o inı́cio retardado continua a ser necessário iniciar a
experiência clicando o botão Iniciar. Mas o sistema só começa a registar quando
for satisfeita a condição de inı́cio retardado.
2.7
Variáveis calculadas
O DataStudio permite o tabelamento de representação gráfica de valores calculados
a partir dos dados experimentais. Para isso é necessário:
• criar uma nova variável;
• escrever a expressão de cálculo em termos de uma ou mais variáveis independentes;
• atribuir as variáveis independentes a dados experimentais (ou a variáveis calculadas, previamente definidas).
Estas operações são realizadas numa janela de diálogo que é aberta clicando o botão
Calcular na área a (fig. 9).
Para introduzir uma variável nova clicar no botão + Novo. Na linha de texto editável, designada Definiç~
ao podemos aceder a expressões já definidas (seta O ) ou
introduzir expressões novas. Assim, por exemplo, se escrevermos
y3=x+y2
teremos definido y3 em termos de duas variáveis independentes x e y2. Podemos
escolher para variáveis independentes, os nomes que quisermos, inclusive nomes de
variáveis já definidas, pois o programa irá pedir para definir de novo estas variáveis.
Depois de digitar a expressão desejada, carregar em Aceitar . Por cima da linha
de texto editável é escrita uma mensagem solicitando a definição das variáveis independentes, que aparecem listadas em baixo, na caixa designada variáveis; no
caso presente, x e y2 (fig. 10). Clicando na seta O ao lado da variável a definir,
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Figura 9: Janela de definição de variáveis calculadas. Abre ao clicar o botão Calcular na
área a.
Figura 10: Introdução de uma variável y3, com duas variáveis independentes x e y2. Ao
clicar em Aceitar o programa solicita a definição das variáveis x e y2.
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Figura 11: A variável independente ficará a ser igual a velocidade2.
surge uma lista de possibilidades; Escolhendo Mediç~
ao de dados aparece outra janela (fontes de dados) na qual podemos seleccionar uma qualquer série de dados,
ou variável pré-existente, para passar a ser a variável que estamos a definir, x ou
y2 (fig. 11); clicando OK , terminamos o processo de definição da nossa variável
independente.
Depois de repetido este processo para todas as variáveis independentes, clicar Aceitar ;
a nova variável, y3, fica definida e surge na lista da região b. A partir daı́ pode ser
utilizada como qualquer conjunto de dados. Pode ser arrastada para um gráfico,
uma tabela, etc. Os seus valores ficam imediatamente disponı́veis para qualquer
série de dados previamente adquirida.
3
Logger Pro
Logger Pro é o programa de aquisição de dados que acompanha o conjunto de sensores da Vernier Software. Existe em versões para SO Windows e Linux. A versão aqui
discutida é a do SO Windows (versão 3.2.1). Nesta notas usaremos como exemplo
o caso concreto de uma experiência com dois sensores, um de movimento e outro
de força (Actividade A23). Os procedimentos aplicam-se, com adaptações triviais,
a qualquer outra situação.
3.1
Instalação
Este programa é também distribuı́do em CD ROM e a sua instalação é em tudo
semelhante à do DataStudio ou de qualquer outra aplicação em ambiente Windows.
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Não existe, de momento, versão em português.
3.2
Janela principal
Figura 12: Janela principal do Logger Pro
A aplicação arranca como qualquer aplicação Windows (clicando no respectivo ı́cone
na área de trabalho ou usando a barra de programas). A janela principal divide-se
em duas áreas:
• A área a, Menus, contém o menu principal e uma barra de botões, que constituem atalhos para menus e sub-menus, como na maioria das aplicações Windows.
• A área b, Resultados, pode conter uma ou mais janelas, com gráficos, tabelas,
mostradores etc. Esta janelas não são decoradas (sem barra, botão para fechar
etc). Para fechar uma destas janelas temos que a seleccionar (clicando sobre
ela) e pressionar a tecla ←− (backspace).
Se interface LabPro estiver ligada, e as ligações ao computador estabelecidas (através da Porta USB), o Logger Pro detecta automaticamente os sensores que estiverem
ligados à interface. No caso da Fig. 12 trata-se de um sensor de força e um de movimento e o programa iniciou com os gráficos e tabelas apropriados. Para os remover
basta seleccioná-los, clicando sobre eles, e carregar na tecla ←− (backspace).
Podemos adicionar visores à área de resultados usando o menu Insert.
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Figura 13: Janela de configuração da interface.
Figura 14: Janela de configuração da recolha de dados.
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3.3
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Configuração de experiências
O botão Labpro , da barra de botões da área Menus, dá acesso à janela de configuração da interface LabPro e dos respectivos sensores (Fig. 13). A LabPro tem
quatro portas analógicas (CH1 a CH4) e duas digitais, DIG/SONIC1 e DIG/SONIC2.
Os sensores analógicos aparecem listados à esquerda e os digitais à direita. Para
configurar um sensor arrasta-se o respectivo ı́cone para uma das portas compatı́veis;
clicando num sensor colocado numa porta, tem-se acesso a um menu de opções de
configuração do sensor.
A configuração da recolha de dados é feita a partir do menu Experiment→Data
collection....3. É aberta uma janela Data Collection com dois tabs, Collection e Triggering (Fig. 14). As opções disponı́veis são em tudo semelhantes às
da aplicação DataStudio.
O Logger Pro tem a possibilidade de fazer Oversampling. Por exemplo, para uma
taxa de amostragem de 20 amostras por segundo, o intervalo de tempo entre medidas
é de 0, 05 s. Marcando a caixa de Oversampling o sensor faz cinco medidas em cada
intervalo de 0, 05 s e devolve a média dessas medidas. Esta facilidade permite reduzir
o “ruı́do” em medições caracterizadas por oscilações aleatórias e espúrias dos valores
medidos.
3.4
Formatação dos Visores
Tal como no DataStudio, a maneira mais directa de alterar as opções de um gráfico
ou tabela, é abrir a respectiva janela de opções, fazendo um duplo clique sobre o
gráfico ou tabela. O tab Axes Options inclui a possibilidade de selecção dos dados
a representar (Fig. 15).
De cada um dos lados da etiqueta de um eixo existem setas que permitem deslocar
as escalas. Clicando e arrastando os eixos, a respectiva escala pode ser expandida
ou contraı́da.
3.5
Inı́cio e fim de uma experiência
O botão Collect inicia a recolha de dados. Durante a experiência, a legenda do
botão muda para Stop e um segundo clique termina a recolha.
Conforme referido acima (secção 3.3) o menu Experiment→Data collection...,
dá acesso a uma janela que permite configurar o inı́cio e fim automáticos da recolha
de dados. (ver Fig. 14). As opções disponı́veis são semelhantes às do DataStudio.
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Figura 15: Janela de configuração de um gráfico.
Figura 16: Análise de dados no Logger Pro..
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3.6
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Análise de dados
O processo de análise de dados do Logger Pro é muito simples de utilizar. Arrastando
com o rato numa zona do gráfico, selecciona-se a parte dos dados que se pretende
analisar. Pressionando um dos vários botões de análise da barra de botões (máximos e mı́nimos, estatı́sticas, regressões, etc), é criada imediatamente uma caixa no
gráfico com os resultados da análise. Arrastando os parêntesis que limitam os dados
analisados, [ e ], os resultados da análise são automaticamente actualizados para a
nova gama de dados (Fig. 16).
3.7
Calibração de sensores
Certos tipos de sensores necessitam de calibração; o sensor de força é um exemplo.
O acesso à calibração faz-se através do botão de configuração da interface LabPro .
Clicando no sensor colocado na porta respectiva e seleccionando Calibrate, acede-se
à janela de calibração.
A calibração mais comum pressupõe uma relação linear entre o sinal de ddp do
sensor e o valor da grandeza respectiva. Consideremos o caso do sensor de força.
A calibração consiste em usar dois valores de força conhecidos e medir os valores
de ddp correspondentes. A janela de calibração permite-nos especificar dois pontos
de calibração (Fig. 17). Aplicando uma força conhecida ao sensor introduzimos
o respectivo valor em Reading 1. Carregando em Keep o sistema regista o par
de valores de ddp e força (v1 , f1 ). Alteramos o valor da força aplicada ao sensor
para um segundo valor conhecido, e registamos o respectivo valor em Reading 2
. Carregando em Keep fica registado o segundo ponto de calibração(v 2 , f2 ). O
sistema usa uma relação linear para transformar qualquer valor de ddp, v, no valor
correspondente da força em N, f , usando a relação
f = f1 +
f2 − f 1
(v − v1 )
v2 − v 1
O LabPro permite guardar a calibração no próprio sensor. Existe sempre a possibilidade de restaurar a calibração original com que o sensor é distribuı́do.
4
Agradecimentos
Este trabalho é realizado no âmbito do Projecto FARADAY, financiado pela Fundação Calouste Gulbenkian. Agradecem-se ao Centro de Fı́sica do Porto as facilidades
fornecidas para a sua produção.
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A notação nome1→nome2 significa a abertura do menu nome1 (clicando com o rato) seguida da
selecção do sub-menu nome2.
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Figura 17: Janela de calibração do sensor de força.
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