Elaborazioni dati

Dopo aver effettuato le prime misure molto rumorose come in figura 3.2 e l’analisi teorica del rumore, svolta nella precedente sezione, è stato necessario progettare un filtro per la pulizia del segnale. Per filtrare il rumore, dopo aver valutato che eliminarlo via hardware fosse poco efficiente, si è fatta un’analisi teorica dei fenomeni studiati combinandola con la teoria dei

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segnali e si è optato per una soluzione di filtraggio via software effettuato dopo la misura. Il metodo utilizzato per eliminare il rumore del segnale è basato sulla media aritmetica. Da uno studio effettuato su diverse prove e i relativi fenomeni fisici in gioco si è potuto concludere che il fenomeno è ripetibile senza effetti di memoria in un breve lasso di tempo e senza modificare nulla al setup.

Per effettuare questo tipo di elaborazione è necessario ottenere tante medie dello stesso feno- meno; per questo vengono ripetute le prove tante volte in un lasso di tempo ragionevolmente corto.

Il metodo scelto per l’elaborazione dei dati viene applicato in seguito alla prova di laboratorio su dati registrati; i dati registrati sono due: il segnale di pump e il segnale punto.

Questo metodo è stato applicato inizialmente all’esperimento del pump-probe utilizzato per la determinazione delle costanti elastiche di diversi cristalli liquidi, come visto nei capitoli [1].

La prova di laboratorio consiste in un’ eccitazione del cristallo liquido attraverso un primo laser di pompa e nell’analisi della potenza del segnale di un laser proof che passa attraverso la zona del campione eccitata.

Dalla prova descritta in letteratura, l’eccitazione del cristallo liquido viene effettuata per un tempo prestabilito e viene registrato l’andamento del segnale prodotto dal fenomeno, in particolar modo il tempo di salita e rilascio, come può essere visto in figura al lato Rx. Dalla fine dell’eccitazione del campione il tempo di rilascio può essere più o meno lungo ma stimato in pochi secondi; dopo questo tempo può essere effettuata la prova con le condizioni iniziali e senza effetti di memoria.

La prima operazione che è stata effettuata sui dati raccolti dalle prove è la divisione in frame del segnale in quanto la registrazione dei due segnali è stata fatta in modo continuo; questa scelta è stata dettata dal fatto che fosse molto più semplice effettuare le prove in sequenza utilizzando la funzione automatica del seattle, impostando la prova ripetuta a tempi regolari. All’inizio si è pensato di comandare il seattle direttamente dal computer, sfruttando questo comando come inizio della prova per creare diversi frame; dalle prime prove però, si è potuto notare che i tempi di ritardo delle diverse strumentazioni e il computer non fossero affidabili e potessero anche variare di diverse centinaia di millisecondi il che avrebbe dato tanti frame non sincronizzati. Pu mp 51 2n m

P

T

BS

Figura 3.4: Nella figura viene rappresentato il sistema di shuttle e il sistema di prelievo sul segnale di pompa utilizzando un vetrino da laboratorio. Lo schema generale si trova in figura 2.4

3.3. ELABORAZIONI DATI 41

sfruttare il segnale del laser di pompa; per registrare il segnale è stato aggiunto sulla linea di uscita sulla via di pompa, come si può vedere in figura 2.4, un fotodiodo che ci ha permesso attraverso un vetrino da microscopio, il quale ci è servito da bispliter (la riflessione di vicini da laboratorio è del 4%) di raccogliere un segnale che è stato utilizzato come trigger. A partire dal segnale di pompa che ci ha fornito il marcatore temporaneo detto anche trigger si può dividere la registrazione unica in diversi frame. Ogni frame contiene una prova di eccitazione del cristallo liquido in quanto possono essere anche utilizzati in caso di assenza di rumore per ottenere i tempi di rilascio e di salita.

Per determinare la durata di ogni frame, detti anche finestre, è necessario tener conto del- l’aspetto fisico dell’esperimento in quanto ci deve essere un tempo minimo in cui si possono estrarre i dati necessari; in alcuni casi il tempo può essere anche inferiore al tempo di ripe- tizione dell’esperimento, e non deve essere per forza lo stesso tra due trigger ma può essere anche inferiore; quest’operazione può essere vista in figura 3.4.

Un altro aspetto di cui tener conto è il fatto che ogni frame deve essere perfettamente sin-

Frame 1 Frame 2 Frame N

Frame 1 Frame 2 Frame N

trigger

durata finestra

segnale di pump segnale di probe

Frame 1

Frame N

Domicilio dell'ampiezza Domicilio del tempo

…

…

…

…

Figura 3.5: Nell’illustrazione vengono rappresentate le manipolazioni matematiche dal punto di vista grafico del segnale.

cronizzato con l’insieme di tutti frame raccolti. Questa necessità nasce dal fatto che durante l’elaborazione del segnale, il segnale finale da analizzare e per realizzare i diversi frame è l’insieme della media di tutti i frame.

Come illustrato nella figura 3.5 (dominio dell’ampiezza) ogni punto acquisito da ogni frame viene raccolto allo stesso istante per ogni prova; per questo è stato utilizzato come punto di riferimento il trigger. Per un controllo maggiore è stato spostato il punto di trigger dall’ori- gine degli assi ad un tempo successivo di 500ms: tutti i punti ottenuti prima di quest’istante non vengono tenuti in conto.

Inoltre a livello software è stato aggiunto un controllo di autocorrelazione [39] per un con- trollo maggiore del sincrono tra i diversi frame.

Nelle prove effettuate in laboratorio, il sistema di autocorrelazione non è mai entrato in funzione in quanto la sincronizzazione del trigger era già di buona qualità; questo sistema ci è servito per rivelare i problemi di finestre troppo piccole rispetto al segnale in quanto il sistema generava degli errori quando la finestra era troppo piccola rispetto al segnale in quanto non riusciva ad effettuare la correlazione.

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