![CENAM MMM PT 003[1]Sistema Interacional](https://static.fdocuments.ec/doc/165x107/55cf9dae550346d033aeb25b/cenam-mmm-pt-0031sistema-interacional.jpg)
Técnicas de medición Dominio del tiempo J. Mauricio López R División de Tiempo y Frecuencia...
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Técnicas de medición Dominio del tiempo J. Mauricio López R División de Tiempo y Frecuencia Centro Nacional de Metrología, CENAM [email protected]
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Técnicas de medición Dominio del tiempo
J. Mauricio López RDivisión de Tiempo y Frecuencia
Centro Nacional de Metrología, [email protected]
Objetivo
Conocer los métodos, en el dominio del tiempo, de medición de frecuencia y tiempo de mayor uso en la
metrología. Presentar ventajas y desventajas de cada uno de ellos.
Contenido
1. Introducción
2. Métodos directos de medición
3. Mediciones con mezcla de frecuencia
4. Mediciones con doble mezcla de frecuencia
Introducción
2. Definiciones
3. Esquema general para realizar una medición
1. Osciladores: aplicaciones
EEl uso de osciladores enl uso de osciladores en la vida cotidiana la vida cotidiana
Telefonía
Transporte
Computación
EntretenimientoDeporte
El uso de osciladores en aEl uso de osciladores en aplicaciones plicaciones eespecializadasspecializadas
Medicina
Aeroespaciales
NavegaciónAeronáuticas
El uso de osciladores en aEl uso de osciladores en aplicaciones plicaciones enen ssistemas de istemas de mmediciónedición
Osciloscopio
Multímetro
Analizador de espectrosFrecuencímetrosSintetizadoresGeneradores de FrecuenciaGeneradores de PulsosEtc.
Algunas definiciones
• Frecuencia (f), es el número de eventos por segundo de un fenómeno físico. En particular en señales eléctricas, es el número de cruces positivos por cero por segundo del potencial eléctrico.
+V
-V
/2 3/2 2
90º 180º 270º 360º
T
)(1
sf
T
Algunas Definiciones
• Exactitud (de la medición). Cercanía de concordancia entre el resultado de una medición y el valor verdadero del mensurando.
f2
Valor verdadero
Resultado de la
medición
f1
t1 t2 t3
t`1 t`2 t`3
Algunas Definiciones
• Inestabilidad en frecuencia. Grado de variabilidad de la frecuencia en cierto intervalo de tiempo.
f2
Frecuencia
Estable
Frecuencia
Inestable
f1
t1 t2 t3
Algunas Definiciones
• Incertidumbre (de una medición). Parámetro, asociado con el resultado de una medición, que caracteriza la dispersión de los valores que podrían ser atribuidos razonablemente al mensurando .
Nota (1): El parámetro puede ser, por ejemplo, una desviación estándar (o un múltiplo dado de ésta).
)()()(2)()( 0000 tsentVttsentVtV
Amplitud nominal
Frecuencia nominal
Ruido en amplitud
Ruido en fase
El MODELO MATEMÁTICO MÁS USADO PARA SEÑALES DE FRECUENCIA
Esquema general en el dominio del tiempo para realizar una medición de tiempo y frecuencia
f0 f f0 Comparador
contador de intervalos de tiempo,contador de frecuencias, etc
Ad q u ic isió n d e d a to s a uto m a tiza d o
PC
Instrumento bajo calibracion
Patrón de referencia
Métodos de medición en el dominio del tiempo
1. Mediciones directas de frecuencia
3. Diferencia de frecuencias con mezclador
2. Mediciones directas de diferencia de fase
4. Diferencia de fase con mezclador dual
(Principio de funcionamiento de un mezclador)
(Ejemplos genéricos de mediciones de fase)
Pa tró n d e re fe re nc ia Pa tró n d e re fe re nc ia
Método de medición directa de frecuencia
Instrum e nto b a jo
c a lib ra c ió n
Instrum e nto b a jo
c a lib ra c ió n
Ad q u isic ió n d e d a to s a uto m a tiza d o
PC
Fre c ue nc ím e troFre c ue nc ím e tro
Frecuencia Bajo
Calibración
Interfasede
Comunicación
Frecuencia Patrón para amarrar en
frecuencia al contador
MEDICIONES DE FRECUENCIA FIGURA 1 (04-2003F.DAT)
4999999.509
4999999.510
4999999.511
4999999.512
4999999.513
4999999.514
4999999.515
4999999.516
0 3600 7200 10800 14400 18000 21600 25200 28800 32400 36000
DATOS (10horasdemedición con =1s)
FR
EC
UE
NC
IA (
Hz)
Oscilador bajo
calibración
5400587365
Patrón de referencia
PC(adquisición y
almacenamiento de datos)
Frecuencímetro
5 MHz ó 10 MHz
Mediciones directas de frecuenciaMediciones directas de frecuencia
MEDICIONES DE FRECUENCIA FIGURA 1 (04-2003F.DAT)
4999999.509
4999999.510
4999999.511
4999999.512
4999999.513
4999999.514
4999999.515
4999999.516
0 3600 7200 10800 14400 18000 21600 25200 28800 32400 36000
DATOS (10horasdemedición con =1s)
FR
EC
UE
NC
IA (
Hz)
Diferencia de fase
Entrada 1
Entrada 2
MHzf 51 nsT 200
T
T
MHzf 52 nsT 200
ns1512
IN 1 IN 2 CH 1
CONTADOR DE INTERVALOS DE TIEMPO
Entrada 1 Entrada 2
ns1512
frecuencia patrón
Frecuencia bajo calibración
Contador de intervalos de tiempo
Pa tró n d e re fe re nc ia Pa tró n d e re fe re nc ia
Método de medición directa de diferencia de fase
Instrum e nto b a jo
c a lib ra c ió n
Instrum e nto b a jo
c a lib ra c ió n
Ad q u isic ió n d e d a to s a uto m a tiza d o
PC
Contador de Intervalos de Tiempo
Frecuencia Bajo
Calibración
Interfasede
Comunicación
Frecuencia Patrón para amarrar en
frecuencia al contador
Frecuencia Patrón para la calibración
MEDICIONES DE DIFERENCIA DE FASE
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
0 20 40 60 80 100 120
DATOS t=1S)
Oscilador bajo
calibración
5400587365
Patrón de referencia
PC(adquisición y
almacenamiento de datos)
Contador de Intervalos de Tiempo
5 MHz ó 10 MHz
Mediciones directas de diferencia de faseMediciones directas de diferencia de fase
MEDICIONES DE DIFERENCIA DE FASE
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
0 20 40 60 80 100 120
DATOS t=1S)
200
100
0
ns
Tiempo1 2 3 4 5
Diferencia de Fase AcumuladaEntrada 1
Entrada 2
MHzf 51
ns60
T
T
MHzf 52
nsT 200
ns35ns70
ns105
ns160
ns200
200
100
0
ns
Tiempo1 2 3 4 5
300
400
Un ejemplo de medición de diferencia de fase
Ejemplos genéricos de mediciones de diferencia de fase
Entrada 1
Entrada 2
MHzf 51 nsT 200
T
T
MHzf 52 nsT 200
Caso ideal en el que la frecuencia bajo comparación es “perfecta”
X
Tiempo
0
Dife
renc
ia d
e F
ase
0
Entrada 1
Entrada 2
MHzf 51 nsT 200
T
T
MHzf 52 nsT 200
Caso ideal en el que la frecuencia bajo comparación es “perfecta” pero con un error de sincronización.
X
Tiempo
T/4
Dife
renc
ia d
e F
ase
Entrada 1
Entrada 2
MHzf 51 nsT 200
T
T
MHzf 52
nsT 200
Caso ideal en el que la frecuencia bajo comparación es “perfecta” pero con un error de sincronización y sintonización.
X
Tiempo
T/4
Dife
renc
ia d
e F
ase
0
1
12
fff
m
Entrada 1
Entrada 2
MHzf 51 nsT 200
T
T
tcMHzf 52
)(200 tnsT
Frecuencia bajo comparación con corrimiento lineal en el tiempo.
X
Tiempo
T/4
Dife
renc
ia d
e F
ase
0
)(21
)( 200 tDttyxtX
X0: error de sincronizaciónY0: error de sintonizaciónD: corrimiento de f por envejecimientoE: desviaciones aleatorias
Entrada 1
Entrada 2
MHzf 51 nsT 200
T
T
)(52 tMHzf )(200 tnsT
Frecuencia bajo comparación con ruido aleatorio.
X
Tiempo
T/4
Dife
renc
ia d
e F
ase
0
Principio de Funcionamiento del Mezclador de Frecuencias
Principio de funcionamiento de un mezclador de frecuencias
111 sen)( AtV
222 sen)( AtV
)(tV
2211
21
sensen
)()()(
AA
tVtVtV
Principio de funcionamiento de un mezclador de frecuencias
2cos
ii ee
iee
Aiee
Aiiii
22
2211
21
iieeee
AAiiiiiiii
4
21212121
21
iee
senii
2
221121 )()()( senAsenAtVtVtV
14
)()()()(
21
21212121 iiii eeeeAA
222
)()()()(21
21212121 iiii eeeeAA
)()(2 2121
21 COSCOSAA
Principio de funcionamiento de un mezclador de frecuencias
111 sen)( AtV
222 sen)( AtV
)(tV
2211
21
sensen
)()()(
AA
tVtVtV
)cos(2
)cos(2 21
2121
21 AAAA
Utilizando un filtro pasa bajos, se atenúan las frecuencias altas:
10 MHz - 10 MHz 0frecuencias bajas
10 MHz + 10 MHz 20 MHzfrecuencias altas
)cos(2
)( 2121 AA
tV
0Filtro p a sa b a jo s
Método de diferencias de Frecuencias con Mezclador
Pa tró n d e re fe re nc ia Instrum e nto b a jo c a lib ra c ió n10 M hz
V0
Se ña l b a jo c a lib ra c ió n
V1
C o nta d o r d e Fre c ue nc ia s
In te rfa se d e c o m unic a c ió n
Ad q u isic ió n d e d a to s a uto m a tiza d o
PC
Filtro Pa sa Ba jo s
Am p
)cos(2
)( 2121 AA
tV
Frecuencia Patrón para amarrar en frecuencia
el Contador
Método de medición de diferencia de frecuencias con mezclador
MEDICIONES DE DIFERENCIA DE FRECUENCIAFIGURA 1
0.5090
0.5100
0.5110
0.5120
0.5130
0.5140
0.5150
0.5160
0 3600 7200 10800 14400 18000 21600 25200 28800 32400 36000
DATOS (10 horas de medición con =1s)
FR
EC
UE
NC
IA (
Hz)
Ing. Francisco Jim
énez Tapia / D
ivisión de Tiem
po y Frecuencia / C
EN
AM
/ Marzo 2005
Mediciones con mezcla de frecuenciaMediciones con mezcla de frecuencia
Patrón de referencia
5400587365
PC(adquisición y
almacenamiento de datos)
Frecuencímetro
f0 = 5 MHz ó 10 MHz
Oscilador bajo calibración
Mezclador de frecuencias
f = f0 - f1 = f - f0 =
Filtro pasa bajos
Amplificador
MEDICIONES DE DIFERENCIA DE FRECUENCIAFIGURA 1
0.5090
0.5100
0.5110
0.5120
0.5130
0.5140
0.5150
0.5160
0 3600 7200 10800 14400 18000 21600 25200 28800 32400 36000
DATOS (10 horas de medición con =1s)
FR
EC
UE
NC
IA (
Hz)
Medición de diferencia de fase con mezclador dual
V= V -V2 1
Comparadorcontador de intervalos de tiempo,contador de frecuencias, etc
Ad q uisic ió n d e d a to s a uto m a tiza d o
PC
Am p
| V -V |1 0
Filtro Pa sa Ba jo s
Am p
Filtro Pa sa Ba jo s
V0Instrum e nto b a jo
c a lib ra c ió nV2
| V -V |2 0
Oscilador común
V0 Pa tró n d e re fe re nc ia V1
MEDICIONES DE DIFERENCIA DE FASE
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
0 20 40 60 80 100 120
DATOS t=1S)
Análisis del método de doble mezcla de frecuencia
Filtro p a sa b a jo s
Filtro p a sa b a jo s
G
G
C o nta d o r d e in te rva lo s d e tie m p o
PC
00 sen)( tV
11 sen)( tV
cc tV sen)(
Ac cos)cos(21
0
Bc cos)cos(21
1
