La potencia de ruido ponderada en dB se refiere a 1.0 picowatt . Por lo tanto, 0 dBrn = -90 dBm . El uso de la ponderación plana de 144 líneas , 144 receptores o mensaje C , o ponderación plana , se puede indicar entre paréntesis .
Con la ponderación de mensaje C, un tono de un milivatio , 1000 Hz leerá +90 dBrn, pero la misma potencia que el ruido blanco , distribuido aleatoriamente en una banda de 3 kHz leerá aproximadamente +88.5 dBrn, debido a la ponderación de frecuencia .
Con 144 ponderaciones, un tono de ruido blanco de un milivatio y 1000 Hz también se leerá +90 dBrn, pero la misma potencia de 3 kHz solo se leerá +82 dBrn, debido a la diferente ponderación de frecuencia .
grado de libertad (DOF) de un sistema mecánico es el número de parámetros independientes que definen su configuración. Es el número de parámetros que determinan el estado de un sistema físico y es importante para el análisis de sistemas de cuerpos en ingeniería mecánica , ingeniería aeronáutica , robótica e ingeniería estructural .
La posición de un solo vagón (motor) que se mueve a lo largo de una vía tiene un grado de libertad porque la posición del automóvil se define por la distancia a lo largo de la vía. Un tren de carros rígidos conectados por bisagras a un motor aún tiene solo un grado de libertad porque las posiciones de los carros detrás del motor están limitadas por la forma de la vía.
Se puede considerar que un automóvil con suspensión muy rígida es un cuerpo rígido que viaja en un plano (un espacio plano y bidimensional). Este cuerpo tiene tres grados de libertad independientes que consisten en dos componentes de traslación y un ángulo de rotación. Patinar o desviarse es un buen ejemplo de los tres grados de libertad independientes de un automóvil.
La posición y orientación de un cuerpo rígido en el espacio se define por tres componentes de traslación y tres componentes de rotación , lo que significa que tiene seis grados de libertad.
El método de diseño mecánico de restricción exacta gestiona los grados de libertad para no infraconstruir ni sobrecargar un dispositivo.
Mociones y dimensiones [ editar ]
La posición de un cuerpo rígido en n dimensiones se define por la transformación rígida , [ T ] = [ A , d ], donde des una traducción en n dimensiones y A es una matriz de rotación n × n , que tiene n grados de traslación de libertad y n ( n - 1) / 2 grados de libertad de rotación. El número de grados de libertad de rotación proviene de la dimensión del grupo de rotación SO (n) .
Un cuerpo no rígido o deformable puede considerarse como una colección de partículas de muchos minutos (número infinito de DOF), que a menudo se aproxima mediante un sistema de DOF finito. Cuando el objetivo principal del estudio es el movimiento que involucra grandes desplazamientos (por ejemplo, para analizar el movimiento de los satélites), un cuerpo deformable puede aproximarse como un cuerpo rígido (o incluso una partícula) para simplificar el análisis.
El grado de libertad de un sistema se puede ver como el número mínimo de coordenadas requeridas para especificar una configuración. Aplicando esta definición, tenemos:
- Para una sola partícula en un plano, dos coordenadas definen su ubicación, por lo que tiene dos grados de libertad;
- Una sola partícula en el espacio requiere tres coordenadas por lo que tiene tres grados de libertad;
- Dos partículas en el espacio tienen seis grados de libertad combinados;
- Si dos partículas en el espacio están obligadas a mantener una distancia constante entre sí, como en el caso de una molécula diatómica, entonces las seis coordenadas deben satisfacer una única ecuación de restricción definida por la fórmula de la distancia. Esto reduce el grado de libertad del sistema a cinco, porque la fórmula de la distancia se puede utilizar para resolver la coordenada restante una vez que se especifican los otros cinco.
Seis grados de libertad (6 DoF) [ editar ]
El movimiento de un barco en el mar tiene los seis grados de libertad de un cuerpo rígido, y se describe como: [2]
- Traducción y rotación:
- Mover hacia arriba y hacia abajo (elevar / agitar);
- Moviéndose hacia la izquierda y hacia la derecha (movimiento / balanceo);
- Avanzar y retroceder (caminar / subir);
- Gira a la izquierda y a la derecha ( guiñando );
- Se inclina hacia adelante y hacia atrás ( pitcheo );
- Pivotes de lado a lado ( rodando ).
Ver también los ángulos de Euler.
La trayectoria de un avión en vuelo tiene tres grados de libertad y su actitud a lo largo de la trayectoria tiene tres grados de libertad, para un total de seis grados de libertad.
Fórmula de movilidad [ editar ]
La fórmula de movilidad cuenta el número de parámetros que definen la configuración de un conjunto de cuerpos rígidos que están restringidos por uniones que conectan estos cuerpos. [3] [4]
Considere que un sistema de n cuerpos rígidos que se mueven en el espacio tiene 6 n grados de libertad medidos en relación con un marco fijo. Para contar los grados de libertad de este sistema, incluya el cuerpo fijo en el conteo de cuerpos, de modo que la movilidad sea independiente de la elección del cuerpo que forma el marco fijo. Entonces el grado de libertad del sistema no restringido de N = n + 1 es
Porque el cuerpo fijo tiene cero grados de libertad respecto a sí mismo.
Las juntas que conectan los cuerpos en este sistema eliminan los grados de libertad y reducen la movilidad. Específicamente, las bisagras y los controles deslizantes imponen cinco restricciones y, por lo tanto, eliminan cinco grados de libertad. Es conveniente definir el número de restricciones c que impone una junta en términos de la libertad de la junta f , donde c = 6 - f . En el caso de una bisagra o barra deslizante, que son juntas de un grado de libertad, tienen f = 1 y, por lo tanto, c = 6 - 1 = 5.
El resultado es que la movilidad de un sistema formado por n enlaces móviles y j se une a cada uno con libertad f i , i = 1, ..., j, viene dada por
Recordemos que N incluye el enlace fijo.
Hay dos casos especiales importantes: (i) una cadena abierta simple, y (ii) una cadena cerrada simple. Una sola cadena abierta consta de n enlaces móviles conectados de extremo a extremo por n uniones, con un extremo conectado a un enlace a tierra. Así, en este caso N = j + 1 y la movilidad de la cadena es
Para una cadena cerrada simple, n enlaces móviles están conectados de extremo a extremo por n + 1 juntas, de manera que los dos extremos están conectados al enlace de tierra formando un bucle. En este caso, tenemos N = j y la movilidad de la cadena es
Un ejemplo de una cadena abierta simple es un manipulador de robot en serie. Estos sistemas robóticos se construyen a partir de una serie de enlaces conectados por seis uniones de un grado de libertad o juntas prismáticas, por lo que el sistema tiene seis grados de libertad.
Un ejemplo de una cadena cerrada simple es el enlace espacial de cuatro barras RSSR. La suma de la libertad de estas uniones es ocho, por lo que la movilidad del enlace es dos, donde uno de los grados de libertad es la rotación del acoplador alrededor de la línea que une las dos juntas.
Planar y movimiento esférico [ editar ]
Es una práctica común diseñar el sistema de enlace de modo que el movimiento de todos los cuerpos se vea obligado a mentir en planos paralelos, para formar lo que se conoce como enlace plano . También es posible construir el sistema de enlace de modo que todos los cuerpos se muevan en esferas concéntricas, formando un enlace esférico . En ambos casos, los grados de libertad de los enlaces en cada sistema ahora son tres en lugar de seis, y las restricciones impuestas por las uniones ahora son c = 3 - f .
En este caso, la fórmula de movilidad está dada por
y los casos especiales se convierten
- Cadena abierta simple plana o esférica,
- Cadena cerrada simple plana o esférica,
Un ejemplo de una cadena cerrada simple planar es el enlace de cuatro barras planas , que es un bucle de cuatro barras con cuatro uniones de un grado de libertad y, por lo tanto, tiene movilidad M = 1.
Sistemas de cuerpos [ editar ]
Un sistema con varios cuerpos tendría un DOF combinado que es la suma de los DOF de los cuerpos, menos las restricciones internas que pueden tener en el movimiento relativo. Un mecanismo o enlace que contenga un número de cuerpos rígidos conectados puede tener más de los grados de libertad para un solo cuerpo rígido. Aquí, el término grados de libertad se usa para describir el número de parámetros necesarios para especificar la pose espacial de un enlace.
Un tipo específico de enlace es la cadena cinemática abierta , donde un conjunto de enlaces rígidos están conectados en las uniones ; una junta puede proporcionar un DOF (bisagra / deslizante), o dos (cilíndrico). Tales cadenas ocurren comúnmente en robótica , biomecánica y para satélites.y otras estructuras espaciales. Se considera que un brazo humano tiene siete DOF. Un hombro da la inclinación, la orientación y el giro, un codo permite la inclinación y la muñeca permite el lanzamiento, la orientación y la rotación. Solo 3 de esos movimientos serían necesarios para mover la mano a cualquier punto del espacio, pero las personas carecerían de la capacidad de agarrar cosas desde diferentes ángulos o direcciones. Un robot (u objeto) que tiene mecanismos para controlar los 6 DOF físicos se dice que es holonómico. Se dice que un objeto con menos DOF controlables que los DOF totales no es holonómico, y un objeto con más DOF controlables que los DOF totales (como el brazo humano) se dice que es redundante. Aunque tenga en cuenta que no es redundante en el brazo humano porque los dos DOF; Muñeca y hombro, que representan el mismo movimiento; Rollo, aprovisionarse unos a otros ya que no pueden hacer un 360 completo.
En robótica móvil, un robot similar a un automóvil puede alcanzar cualquier posición y orientación en el espacio 2-D, por lo que necesita 3 DOF para describir su postura, pero en cualquier punto, puede moverlo solo con un movimiento hacia adelante y un ángulo de dirección. Entonces tiene dos DOF de control y tres DOF de representación; Es decir, no es holonómico. Un avión de ala fija, con 3–4 DOF de control (movimiento hacia adelante, balanceo, inclinación y, hasta cierto punto, desvío) en un espacio 3D, tampoco es holonómico, ya que no puede moverse directamente hacia arriba / abajo o izquierda derecha.
Pennestri, Cavacece y Vita han proporcionado un resumen de fórmulas y métodos para calcular los grados de libertad en sistemas mecánicos. [5]
Ingeniería eléctrica [ editar ]
En ingeniería eléctrica, los grados de libertad se utilizan a menudo para describir el número de direcciones en las que una antena de matriz en fase puede formar haces o nulos . Es igual a uno menos que el número de elementos contenidos en la matriz, ya que un elemento se utiliza como una referencia contra la cual se puede aplicar una interferencia constructiva o destructiva utilizando cada uno de los elementos de antena restantes.Práctica de radar y práctica de enlace de comunicación, siendo la dirección de haz más prevalente para las aplicaciones de radar y la dirección nula más prevalente para la supresión de interferencias en los enlaces de comunicación.
diafragma es una lámina de un material semiflexible anclado en su periferia y con mayor frecuencia en forma redonda. Sirve como una barrera entre dos cámaras, moviéndose ligeramente hacia arriba en una cámara o hacia abajo en función de las diferencias de presión , o como un dispositivo que vibra cuando se le aplican ciertas frecuencias. [1]
Una bomba de diafragma usa un diafragma para bombear un fluido . Un diseño típico es tener aire en un lado que varía constantemente en presión, con fluido en el otro lado. El aumento y la disminución en el volumen causado por la acción del diafragma hace que el fluido salga de la cámara y extraiga más fluido de su fuente. La acción del diafragma es muy similar a la acción de un émbolo, con la excepción de que un diafragma responde a los cambios de presión en lugar de a la fuerza mecánica del eje.
Los reguladores de presión utilizan diafragmas como parte de su diseño. La mayoría de los usos de los gases comprimidos, por ejemplo, en la soldadura con gas y el buceo con escafandra autónoma dependen de los reguladores para suministrar su salida de gas a las presiones apropiadas. Los sistemas de combustible paraautomóviles con frecuencia requieren reguladores de presión de combustible; Esto es cierto para muchos sistemas de inyección de combustible , así como en vehículos alimentados con gas licuado de petróleo ( autogas) y gas natural comprimido .
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