Misure su canali vegetati: taratura di un nuovo sistema di misura delle velocità istantanee e primi risultati

Il Real Time Signal Analyzer (RSA) è un analizzatore di spettro, vale a dire uno strumento che consente di analizzare un segnale elettrico nel dominio della frequenza invece che nel dominio del tempo.
A questo punto la prima domanda che ci si può porre è che cosa sia uno spettro e perché si voglia analizzarlo.
In genere viene considerata l’evoluzione nel tempo di un certo segnale elettrico, cioè l’andamento del segnale elettrico nel dominio del tempo, che può essere seguito mediante un oscilloscopio. [...]
L’analisi di Fourier dice che ogni segnale nel dominio del tempo può essere considerato come la somma di più sinusoidi di appropriata frequenza, ampiezza e fase vale a dire che è possibile trasformare un segnale nel dominio del tempo in un segnale nel dominio delle frequenze, scomponendolo in sinusoidi, chiamate anche componenti spettrali, ciascuna caratterizzata da una propria ampiezza e fase. Quindi, all’inverso, lo spettro è un insieme di sinusoidi che, opportunamente combinate fra di loro, generano il segnale esaminato nel dominio del tempo. [...]
Si può quindi affermare che una rappresentazione di un segnale nel dominio delle frequenze invece che in quello del tempo, consente di individuare le armoniche che compongono il segnale.
Tale modalità di rappresentazione dei segnali è molto utile, ad esempio, a coloro che lavorano nel campo delle comunicazioni wireless, che sono molto interessati alla possibilità di individuare emissioni spurie o fuori banda.
Il Real Time Signal Analyser, partendo da un segnale nel dominio del tempo, attraverso una Fast Fourier Transform (FFT) sviluppata in parallelo, lo trasforma in segnale nel dominio delle frequenze. Il calcolo della FFT in tempo reale è così rapido da garantire che il risultato sia pienamente rappresentativo del fenomeno studiato.
Facendo in particolare riferimento all’utilizzo del Real Time Signal Analyser associato all’Anemometro Laser Doppler, accade che il segnale prodotto dal passaggio di una particella attraverso le frange di interferenza, può essere considerato periodico “disturbato” in quanto la sua ampiezza è variabile (minore agli estremi della frange di interferenza e maggiore al centro, in relazione alla variazione della intensità luminosa lungo il diametro del singolo raggio, e con l’alternarsi di massimi e minimi relativi in relazione all’attraversamento da parte della particella di zone di massima e minima luminosità).
Tale segnale può essere considerato come la sovrapposizione di due segnali: il segnale di Pedestal, la cui frequenza è l’inverso del tempo di attraversamento di tutte le frange di interferenza, ed il segnale Doppler, la cui frequenza è l’inverso del tempo di attraversamento di una coppia di frange di interferenza.
Tanto detto, risulterà ovviamente che la frequenza Doppler è molto maggiore della frequenza di Pedestal, per cui, mediamente, il segnale di Pedestal viene filtrato prima che si proceda al processamento del segnale rimanente ai fini della determinazione della frequenza Doppler.
Nel Real Time Signal Analyzer, la frequenza Doppler è ottenuta a partire dalla analisi spettrale del segnale prodotto da ciascuna particella nell’attraversare le frange di interferenza. Detta analisi spettrale è effettuata mediante la tecnica della FFT.
Tra i principali vantaggi che offre questo strumento rispetto al Frequency Tracker vi è certamente la capacità che ha di estrarre la frequenza Doppler anche in presenza di rumore elettronico di fondo significativo.