Metrolog

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Técnicas de medición Dominio del tiempo
J. Mauricio López R
División de Tiempo y Frecuencia Centro Nacional
de Metrología, CENAM Mauricio.lopez_at_cenam.mx
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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.
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Contenido
1. Introducción
2. Métodos directos de medición
3. Mediciones con mezcla de frecuencia
4. Mediciones con doble mezcla de frecuencia
4
Introducción
1. Osciladores aplicaciones
2. Definiciones
3. Esquema general para realizar una medición
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El uso de osciladores en la vida cotidiana
Transporte
Telefonía
Computación
Entretenimiento
Deporte
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El uso de osciladores en aplicaciones
especializadas
Aeroespaciales
Medicina
Aeronáuticas
Navegación
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El uso de osciladores en aplicaciones en sistemas
de medición
Osciloscopio

• Analizador de espectros
• Frecuencímetros
• Sintetizadores
• Generadores de Frecuencia
• Generadores de Pulsos
• Etc.

Multímetro
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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
p/2
p
3p/2
2p
90º
180º
270º
360º
-V
T
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Algunas Definiciones

• Exactitud (de la medición). Cercanía de
  concordancia entre el resultado de una medición y
  el valor verdadero del mensurando.

t1
t2
t3
f1
Valor verdadero
f2
Resultado de la medición
t1
t2
t3
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Algunas Definiciones

• Inestabilidad en frecuencia. Grado de
  variabilidad de la frecuencia en cierto intervalo
  de tiempo.

t1
t2
t3
f1
Frecuencia Estable
f2
Frecuencia Inestable
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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).
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El MODELO MATEMÁTICO MÁS USADO PARA SEÑALES DE
FRECUENCIA
Amplitud nominal
Frecuencia nominal
Ruido en amplitud
Ruido en fase
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Esquema general en el dominio del tiempo para
realizar una medición de tiempo y frecuencia
Instrumento bajo calibracion
Patrón de referencia
f0
f ? f0
Comparador

contador de intervalos de tiempo,
contador de frecuencias,
etc
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Métodos de medición en el dominio del tiempo
1. Mediciones directas de frecuencia
2. Mediciones directas de diferencia de fase
(Ejemplos genéricos de mediciones de fase)
(Principio de funcionamiento de un mezclador)
3. Diferencia de frecuencias con mezclador
4. Diferencia de fase con mezclador dual
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Método de medición directa de frecuencia
Interfase de Comunicación
Frecuencia Patrón para amarrar en frecuencia al
contador
Frecuencia Bajo Calibración
16
Mediciones directas de frecuencia
17
(No Transcript)
18
Diferencia de fase
Entrada 1
frecuencia patrón
Entrada 2
Contador de intervalos de tiempo
Frecuencia bajo calibración
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Método de medición directa de diferencia de fase
Interfase de Comunicación
Frecuencia Patrón para amarrar en frecuencia al
contador
Contador de Intervalos de Tiempo
Frecuencia Bajo Calibración
Frecuencia Patrón para la calibración
20
Mediciones directas de diferencia de fase
21
(No Transcript)
22
Diferencia de Fase Acumulada
Entrada 1
Entrada 2
23
Un ejemplo de medición de diferencia de fase
24
(No Transcript)
25
(No Transcript)
26
Ejemplos genéricos de mediciones de diferencia de
fase
27
Entrada 1
Entrada 2
X
Diferencia de Fase
0
Tiempo
Caso ideal en el que la frecuencia bajo
comparación es perfecta
28
Entrada 1
Entrada 2
X
Diferencia de Fase
T/4
0
Tiempo
Caso ideal en el que la frecuencia bajo
comparación es perfecta pero con un error de
sincronización.
29
Entrada 1
Entrada 2
X
Diferencia de Fase
T/4
0
Tiempo
Caso ideal en el que la frecuencia bajo
comparación es perfecta pero con un error de
sincronización y sintonización.
30
Entrada 1
Entrada 2
X
Diferencia de Fase
X0 error de sincronización Y0 error de
sintonización D corrimiento de f por
envejecimiento E desviaciones aleatorias
T/4
0
Tiempo
Frecuencia bajo comparación con corrimiento
lineal en el tiempo.
31
Entrada 1
Entrada 2
X
Diferencia de Fase
T/4
0
Tiempo
Frecuencia bajo comparación con ruido aleatorio.
32
Principio de Funcionamiento del Mezclador de
Frecuencias
33
Principio de funcionamiento de un mezclador de
frecuencias
34
Principio de funcionamiento de un mezclador de
frecuencias
35
Principio de funcionamiento de un mezclador de
frecuencias
0
10 MHz - 10 MHz ? 0 frecuencias bajas
10 MHz 10 MHz ? 20 MHz frecuencias altas
Utilizando un filtro pasa bajos, se atenúan las
frecuencias altas
36
Método de diferencias de Frecuencias con Mezclador
37
Método de medición de diferencia de frecuencias
con mezclador
Frecuencia Patrón para amarrar en frecuencia el
Contador
Ing. Francisco Jiménez Tapia / División de Tiempo
y Frecuencia / CENAM / Marzo 2005
38
Mediciones con mezcla de frecuencia
f0 5 MHz ó 10 MHz
Patrón de referencia
Frecuencímetro
Amplificador
5400587365
Filtro pasa bajos
Mezclador de frecuencias
Oscilador bajo calibración
f1 f - f0 ?
f f0 - ?
PC (adquisición y almacenamiento de datos)
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(No Transcript)
40
Medición de diferencia de fase con mezclador dual
41
Análisis del método de doble mezcla de frecuencia