Modalità di acquisizione e digitalizzazione dei segnali variabili nel tempo; tecniche di pre processamento dei segnali ; tecniche di analisi dei segnali, nel dominio della frequenza e del tempo. Analisi nel dominio tempo-frequenza e tecniche di estrazioni delle informazioni dai segnali
"Teoria dei segnali" M. Luise, G. Vitetta - MC Graw-Hill
"Engineering Applications of Correlation and Spectral Analysis", Julius S. Bendat, Allan G. Piersol.
"Introduction to discrete-time signal and systems" R.I. Damper, Chapman & Hall
Obiettivi Formativi
L'obbiettivo generale del corso è fornire le conoscenze e le capacità nell'ambito della analisi dei dati derivanti da una sperimentazione su macchine, strutture e prodotti e processi industriali. In particolare, il corso permette allo studente di acquisire le conoscenze su :
- differenza tra misure statiche e dinamiche;
- problematiche relative alla conversione analogico/digitale;
- catena di misura per effettuare misure dinamiche; caratterizzazione dinamica dei sensori e della catena di misura
-pre elaborazione dei dati ;
-analisi numerica dei segnali nel dominio del tempo, della frequenza e nel tempo-frequenza.
Attraverso le attività pratiche di laboratorio, il corso si pone l'obbiettivo di accrescere la capacità di applicare le conoscenze sopra elencate e la comprensione, in particolare:
- nell'acquisizione con diverse catene di misura di segnali variabili nel tempo;
- nella gestione della strumentazione e della analisi dei dati e dei segnali con software dedicato (Labview);
- nell'estrazione delle informazioni relative a fenomeni fisici, macchinari, strutture al fine di verificare le prestazioni e migliorare i sistemi, innovare i medesimi anche attraverso lo sviluppo ed il miglioramento dei metodi di misura e controllo, nell’ambito dell’ingegneria meccanica.
Ulteriore obbiettivo è quello di far raggiungere una preparazione adeguata per poter accedere al terzo livello degli studi universitari (frequenza a master di secondo livello ed a scuole di dottorato), in modo da approfondire ulteriormente conoscenze e capacità nell’ambito della ricerca.
Prerequisiti
solide basi di fisica, analisi. Conoscenza dei metodi base di misura e collaudo e del trattamento dei dati nel caso di sistemi statici
Metodi Didattici
Il corso viene affrontato attraverso lezioni frontali a cui seguono, per ciascun argomento trattato, esempi, applicazioni e esercitazioni in laboratorio, svolte a gruppi dagli studenti sotto la supervisione del docente.
Altre Informazioni
La finalità delle attività di laboratorio è quella di:
- fornire allo studente la capacità di applicare le conoscenze teoriche;
- dare concretezza ai metodi di analisi del segnale;
- comprendere e prendere dimestichezza con l'uso di strumentazioni anche avanzate e con le modalità di condurre una sperimentazione.
Modalità di verifica apprendimento
A titolo volontario si prevede l'esecuzione di una sperimentazione ed elaborazione dei dati in laboratorio e relativo elaborato, da svolgere normalmente in gruppo.
In questo caso l'elaborato è oggetto di discussione durante la verifica orale finale che si articola nelle seguenti parti:
1) presentazione e discussione dell'eventuale elaborato (10-15 minuti)
2)Successivo esame orale 30-40minuti , con due domande ""teoriche"" prese dal programma e la applicazione delle conoscenze erogate alla risoluzione di un caso pratico di misura.
Programma del corso
Tipi di segnale e loro classificazione.
Sensori e catene di misura.
Dominio del tempo e della frequenza. Conversione analogico/digitale, campionamento e quantizzazione.
Errori di quantizzazione e campionamento nel dominio del tempo e nel domino della frequenza. Convoluzione, funzione delta di Dirac, teorema del campionamento, Aliasing, leakage.
Metodi per minimizzare gli errori di campionamento, Windowing, zero padding
Esempi in laboratorio: oscilloscopio analogico e digitale, schede I/O - errori di quantizzazione, Aliasing, Leakage.
Caratteristiche dei convertitori A/D, multiplexer
Analisi del segnale, generalità.
Analisi segnali deterministici, best fitting, equazioni normali e decomposizione ai valori singolari.
Analisi segnali random nel dominio del tempo - medie di insieme, segnali stazionari, ergodici, medie temporali.
Parametri statistici per l'analisi segnali random nel dominio del tempo.
Analisi segnali random nel dominio della frequenza - spettro e spettro di potenza.
Analisi bicanale. Crosscorrelazione, crosspettro.
Analisi nel dominio tempo-frequenza, STFT, Gabor, Wavelet continua e discreta.
Denoising e compressione dei dati.
Analisi Omomorfa, cepstrum reale e complesso.
Trasformata di Hilbert, segnale analitico, inviluppo di segnali.
Empirical mode decomposition, trasformata di Hilbert-Huang