Como trabalhar com dados de forma de onda adquiridos em Python

Sua tarefa

Como engenheiro de desenvolvimento ou de teste, você usa um osciloscópio R&S®RTP, R&S®RTO ou R&S®RTE em seu trabalho diário. Você armazena formas de onda gravadas para arquivamento e documentação ou para um processamento posterior que esteja além dos limites funcionais ou de desempenho do osciloscópio. O uso do formato ASCII (sufixo de arquivo csv) para armazenar formas de onda pode exceder a capacidade de armazenamento. Este formato também requer uma quantidade significativa de tempo para transferência e processamento. Além disso, algumas informações não estão disponíveis quando se usa o formato ASCII em vez do formato binário.

A solução da Rohde & Schwarz

Os osciloscópios de laboratório e alto desempenho da Rohde & Schwarz (R&S®RTP, R&S®RTO e R&S®RTE) compartilham o mesmo formato para armazenamento de formas de onda binárias. O pacote auxiliar Python RTxReadBin de alto desempenho permite que você manipule arquivos binários e obtenha todos os detalhes necessários para a sua documentação.

Aplicação

Para transferir a forma de onda do seu instrumento para o seu ambiente Python, você deve preparar o IDE Python:

• Baixe o pacote RTxReadBin do site da Rohde & Schwarz
• Instale o pacote no seu sistema
• Adquira uma forma de onda em seu osciloscópio e armazene-a como um arquivo binário

Dois arquivos serão criados: um arquivo de descrição de forma de onda (*.bin) e um arquivo de dados de forma de onda (*.wfm.bin). Os dados da forma de onda (carregados através da função RTxReadBin) podem consistir em:

• Canais analógicos
• Canais digitais (osciloscópio de sinais mistos)
• Barramentos paralelos (adquiridos através de osciloscópio de sinais mistos)
• Canais analógicos (através de ZVC)
• Formas de onda matemáticas que incluem espectros
• Faixas (formas de onda baseadas em medição automatizada)

Para todas essas fontes de sinal, múltiplos canais e aquisições são compatíveis, se aplicável.

Depois de adquirir dados com o osciloscópio da Rohde & Schwarz, você pode carregá-los em seu ambiente Python para processamento posterior. Para maior conveniência, no entanto, você também pode deixar a forma de onda onde está e habilitar o acesso à rede aos dados, ao montar um compartilhamento CIFS no seu computador. Realize as seguintes etapas preparatórias no osciloscópio:

• Acesse o compartilhamento avançado
• Selecione o perfil público e altere os seguintes parâmetros:
  - Ativar a descoberta de rede
  - Ativar o compartilhamento de arquivos e impressoras
  - Ativar o acesso de gravação para pastas públicas

Depois de ter concluído essas etapas, você pode se conectar ao osciloscópio usando o seguinte caminho de arquivo em seu script Python:

Saiba que, como o Python interpreta a cadeia de caracteres, a sequência de caracteres \U será interpretada e levará a um erro. Para evitar isso, basta adicionar um “r” (de "raw") na frente da cadeia de caracteres. As credenciais podem ser solicitadas. Certifique-se de não usar a autenticação no servidor de domínio local do Windows. Para fazer isso, coloque uma barra invertida antes do instrumento da conta local:

Como alternativa, você também pode baixar (arrastar e soltar) a forma de onda do osciloscópio usando o Windows Explorer.

Quando esses pré-requisitos estiverem implementados, você poderá carregar o módulo por meio da importação de Python e invocar RTxReadBin. A maneira mais simples de fazer isso é fornecendo o nome do arquivo. A função retorna três parâmetros: os dados da forma de onda vertical (y), os dados do eixo horizontal (x) e o parâmetro de aquisição (S).

Os dados verticais (y) são uma matriz NumPy com uma forma de [<record Length>, <# of acquisitions>, <# of active channels>]. Para uma forma de onda de osciloscópio de sinais mistos, o tipo de dados é apenas booliano e para o barramento paralelo, é um inteiro sem sinais (uint16), com pacote de bits com o índice de osciloscópio de sinal misto mais alto (MSB: bit mais significativo). Por exemplo, vamos supor que as linhas D₁₂, D₇, D₂ e D₀ do osciloscópio de sinais mistos estejam conectadas e configuradas como um barramento paralelo. Assim, a palavra de dados gravada será armazenada como D₁₂ ∙ 2³ + D₇ ∙ 2² + D₂ ∙ 2¹ + D₀ ∙ 2⁰. Para todos os outros tipos de dados de forma de onda, float32 é usado. É importante mencionar que o osciloscópio utiliza uma forma diferente de contar o histórico de aquisições em relação ao Python. O osciloscópio começa com (1 - <# of acquisitions>) e conta até 0 como última aquisição. Em Python, a contagem é deslocada e começa com 0 e termina com (<# of acquisitions> - 1) como última aquisição.

Os dados horizontais (x) são uma matriz NumPy flutuante de 64 bits com uma forma de [<record length>]. Se os dados forem armazenados no formato intercalado x/y, a matriz é estendida para cobrir todas as aquisições [<record length>, <# of acquisitions>]. Se um espectro for armazenado, o eixo x conterá o eixo de frequência do espectro.

O tamanho do registro, o número de aquisições e os canais podem ser facilmente recuperados ao acessar a propriedade de forma do valor de retorno y.

Se nem todos os parâmetros forem necessários, eles podem ser ignorados através do uso das técnicas padrão do Python, por exemplo, com a adição de um especificador de lista (veja o exemplo abaixo) ou através do uso de um sublinhado (underscore) como um parâmetro de retorno posicional.

Existem mais dois parâmetros (opcionais) que podem ser especificados para reduzir a quantidade de memória alocada. O primeiro parâmetro especifica as aquisições de interesse. O segundo parâmetro especifica o intervalo, o tempo ou a frequência de interesse. Ambos requerem uma lista com tamanho de dois itens. Saiba que o parâmetro de aquisição segue a notação Python de uma lista. No exemplo dado, duas aquisições (2,3) são retornadas.

O parâmetro S restante fornece todos os detalhes disponíveis no arquivo de cabeçalho. Ele é implementado como um dicionário Python. Nem todos esses parâmetros são importantes para o usuário. No entanto, alguns deles podem ser úteis para documentação e análise. Como os dados da forma de onda no vetor y são apenas flutuantes, o usuário não pode determinar as configurações originais a partir desses dados. Ao examinar os parâmetros no cabeçalho, no entanto, o usuário pode obter as informações necessárias para documentação e pós-processamento. Por exemplo, para entender as restrições de ruído para uma medição, é importante ter informações sobre as configurações de escala vertical, desvio, posição e acoplamento.

Outro exemplo envolve a análise do intervalo de repetição de pulso (PRI) em aplicações de radar. Quando um pulso de radar por aquisição é capturado usando a memória segmentada¹⁾, a lista de marcas temporais de uma captura segmentada fornece os eventos de disparo ao longo do tempo, que não estão disponíveis de outra forma (S[’Timestamps’]). A diferença de tempo para eventos de disparo consecutivos fornece a sequência de PRI.

Os dois gráficos seguintes mostram dados de forma de onda carregados no osciloscópio e em um ambiente Python. São apresentados três sinais:

• Sinal senoidal de 1 MHz com desvio
• Chirp do radar alternando para cima/para baixo
• Ruído – nenhum sinal conectado

A vantagem da função RTxReadBin é que ela pode manipular arquivos de forma de onda com múltiplas aquisições (histórico). Quando o mesmo arquivo é carregado, o osciloscópio reconhece apenas a última aquisição e exibe um histórico vazio.

¹⁾Consulte “Demodulação de pulsos de radiofrequência de radar com um osciloscópio” no site da Rohde & Schwarz:

Resumo

O R&S®RTP, o R&S®RTO e o R&S®RTE são osciloscópios poderosos. O módulo Python (RTxReadBin) estende a funcionalidade dos instrumentos ao permitir que você acesse formas de onda armazenadas. Para aplicativos que envolvem pós-processamento, documentação ou procedimentos de análise subsequentes, como comparações de formas de onda, todos os dados de formas de onda estão agora disponíveis em um poderoso ambiente Python.