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-Comienza la investigación.
-Primer sensor de prueba.
-Sensor definitivo.
INTRODUCCIÓN
Presento en esta publicación el que ha sido uno de los proyectos más complicados de cuantos he abordado en el campo de la electrónica. Tal situación se debe principalmente a la falta de información que existe sobre estos dispositivos, no habiendo acceso a ningún esquema electrónico ni documentación que explique detalladamente su funcionamiento. A esto hay que añadir que hasta ahora no tenía ningún conocimiento sobre polígrafos y era la primera vez que veía uno. Ha sido una labor de muchas horas, de aplicar ingeniería inversa y de deducir los principios electrónicos usados en el diseño de este aparato, en base a los conocimientos y experiencias adquiridos con los años. Este tipo de trabajos son enriquecedores, y es que no se para de aprender en un campo como el de la electrónica, en el que hay que investigar y sacar conclusiones a partir de datos objetivos. Hecha esta introducción paso a explicar el caso.
COMIENZA LA INVESTIGACIÓN
Un polígrafo o detector de mentiras es un dispositivo que mide parámetros fisiológicos del cuerpo humano y registra sus cambios ante determinadas situaciones. En este caso se trata de un polígrafo de la marca Lafayette Instruments, modelo 76102-B. El problema que tiene es que se le ha perdido el sensor GSC (Galvanic Skin Response) que mide la conductividad de la piel. Dicho sensor se compone de dos electrodos que se colocan en dos dedos de una misma mano. Por ellos se hace circular una pequeñísima corriente cuyo retorno se monitoriza constantemente para registrar posibles cambios. Esos cambios se producen ante determinados estímulos gracias a la variación de la conductividad de la piel por efectos como la sudoración. Se trataría, por tanto, de fabricar un sensor para hacer uso de este polígrafo con finalidad únicamente docente.
El polígrafo tiene diferentes módulos que miden distintos parámetros. En el caso que nos ocupa, el módulo que hay que estudiar es el amplificador de conductancia, con referencia 76441. Tiene un conector de nueve pines en el que se conectaría el sensor. Pero, ¿cómo es el sensor? ¿a qué pines va conectado? ¿de cuántos cables se compone? ¿tiene componentes adicionales? Todas estas preguntas no tendrán respuesta hasta saber cómo funciona este módulo.
Para saber qué contiene este módulo amplificador de conductancia, máxime cuando no existe literatura alguna que trate su construcción interna (diagrama de bloques, esquemario, etc.), la única solución es abrirlo, analizarlo y aplicar ingeniería inversa. Para ello extraigo los tornillos indicados a continuación. Esto me permite retirar el panel posterior, en forma de caja metálica. Al ser un aparato muy sensible y que maneja señales muy débiles esta caja, que va conectada a tierra, hace de jaula de Faraday y proporciona un blindaje eléctrico perfecto.
El interior revela la fuente de alimentación a la izquierda con su transformador abajo y el amplificador de conductancia a la derecha. El zócalo de color azul conecta el módulo al polígrafo, por lo que a través de él toma la corriente de entrada de 220V que da servicio a la fuente de alimentación, y también debe sacar la señal que va a la aguja indicadora que pinta el trazo sobre el papel mientras este se desplaza.
Observando el conexionado del zócalo voy elaborando un esquema en el que puedo deducir cómo se alimenta el módulo. El pin 8 es el que proporciona la salida del amplificador de conductancia. Por tanto entenderé esta salida como el final y el destino del circuito. En la siguiente imagen, el número 6 en un círculo indica que ese pin está conectado al pin 6 de la placa del amplificador.
Para entender cómo se alimenta este módulo analizo cómo funciona la fuente por la disposición de sus componentes, ya que se trata de una fuente de alimentación triple pero clásica y sin ninguna complicación. Como muestra el esquema siguiente, hay dos fuentes de 15Vdc que se han conectado en serie para así tener una fuente simétrica de +/-15Vdc. Además existe otra fuente simétrica secundaria de +/-10Vdc con un devanado común. Recordar en este punto que los integrados operacionales funcionan con alimentación simétrica, con lo que no es de extrañar que haya aquí dos suministros de este tipo.
Una vez conocido el funcionamiento de la sección de alimentación procedo a la parte más complicada del proceso: analizar el módulo amplificador y aplicar ingeniería inversa para sacar el esquema y así comprender su funcionamiento. Liberando el tornillo señalado con la flecha roja puedo extraer la placa de circuito impreso del amplificador de conductancia.
Como puede verse en la siguiente foto, los pines de la cara superior de la placa van indicados con letras. Posteriormente se verá el esquema en el que se indican dichas letras en círculos. Este lado de la placa solo lleva alimentación.
La siguiente imagen muestra la cara inferior de la placa, cuyos pines van indicados con números. Posteriormente se verá el esquema en el que se indican dichos números en círculos. Este lado de la placa lleva las señales antes y después del proceso de amplificación.
Después de muchas, muchas horas de mirar la placa, apuntar, chequear varias veces y corregir si fuera necesario llego a un primer esquema que paso a limpio. Vuelvo a compararlo visualmente con la placa y finalmente lo trazo en Adobe Illustrator, siendo este el resultado final. La parte superior corresponde a la placa del amplificador (Conductance Amplifier Assembly), y la inferior corresponde al panel frontal (Front Pannel Assembly). Los círculos con igual número o letra van conectados entre sí.
En el anterior esquema pueden verse unas letras con siluetas hexagonales. Esos puntos van conectados a los pines del conector del sensor GSC (panel frontal) que tienen las mismas letras. Lo he expresado así porque dicho conector tiene forma hexagonal. La imagen siguiente presenta la disposición de pines de este conector. Para saber en qué puntos van conectados los dos electrodos comienzo descartando aquellos pines a los que de buen seguro no irán conectados. Dichos pines a descartar son: C, F y K (porque son de alimentación), D (porque no tiene conexión), H (porque es para una conexión auxiliar) y J (porque es la tierra y está conectada al chasis). Tras el descarte me quedan solamente tres pines: A, B y E. Analizando el cableado veo que el pin E va a masa (GND). Los otros dos van al circuito amplificador de conductancia. Por tanto, los electrodos cierran el circuito entre estos tres pines. Hay que probar. (Nota: en la imagen inferior ya conocía los pines en los que tenía que conectar los electrodos)
PRIMER SENSOR DE PRUEBA
Elaboro un primer sensor de prueba que tiene dos electrodos en un mismo trozo de fibra de vidrio. Lleva un cable con dos conexiones, una para cada electrodo. Tras conectarlo y tocar con los dedos los electrodos observamos que no existe una actividad suficiente en la aguja marcadora, aunque sí hay leves movimientos.
El problema puede deberse a que el cable empleado es demasiado fino o a que los propios electrodos son demasiado pequeños para transferir la energía que pasa por la mano. Tal vez ambas cosas. Hay que fabricar otro sensor.
SENSOR DEFINITIVO
Fabrico un segundo sensor también en fibra de vidrio y con dos electrodos, que son sendas metalizaciones de cobre. Esta vez la superficie metálica es mucho mayor y puede cubrir la yema de los dedos por completo. Estudiando el esquema del amplificador más a fondo veo que el pin A del conector hexagonal es el de salida de la señal que pasará por la mano (touch send), siendo esta señal recogida por el pin B (touch return). Por tanto estos dos pines son los que cierran el circuito. Sin embargo me queda un tercer pin E (GND) que está conectado a masa. Se me ocurre entonces usar esta vez un cable apantallado de dos vivos separados y con mayor grosor. De este modo el cable irá blindado y evitará que señales ajenas puedan ser inducidas, desvirtuando la lectura final. Conecto así la malla del cable del sensor al pin E, y los dos electrodos a los pines A y B indistintamente.
Si bien la poca información que existe sobre sensores GSC indica que los electrodos han de ser de plata / cloruro de plata, mis limitados medios solo me han permitido hacerlos de cobre. Aun así, aplicando a los dedos gel conductivo se mejora la transferencia de señal, aumentando la efectividad de este electrodo absolutamente casero. Las pruebas arrojan resultados aceptables, teniendo en cuenta los materiales y que no es un sensor certificado. Como se le dará un uso docente es suficiente con esto. Quedaría únicamente acoplar unas tiras de velcro para poder fijar los electrodos del sensor a los dedos de una mano.
A modo de conclusión, en ocasiones hay que recurrir a la ingeniería inversa para sacar el esquema de un dispositivo, entender su funcionamiento y entonces solucionar el problema que se nos presente. La premisa más importante en estos casos es revisar varias veces el esquema y compararlo con la placa y el conexionado para corregir posibles errores cometidos durante el proceso.
