Técnicas de medición Dominio del tiempo J. Mauricio López R División de Tiempo y Frecuencia Centro Nacional de Metrología, CENAM

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

Telefonía Transporte Computación Entretenimiento Deporte

Medicina Aeroespaciales Navegación Aeronáuticas

Osciloscopio Multímetro  Analizador de espectros  Frecuencímetros  Sintetizadores  Generadores de Frecuencia  Generadores de Pulsos  Etc.

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  /222 90º180º270º360º T

Algunas Definiciones Exactitud (de la medición). Cercanía de concordancia entre el resultado de una medición y el valor verdadero del mensurando. f2f2 Valor verdadero Resultado de la medición f1f1 t1t1 t2t2 t3t3 t` 1 t` 2 t` 3

Algunas Definiciones Inestabilidad en frecuencia. Grado de variabilidad de la frecuencia en cierto intervalo de tiempo. f2f2 Frecuencia Estable Frecuencia Inestable f1f1 t1t1 t2t2 t3t3

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).

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 f0f0 f  f 0 Comparador contador de intervalos de tiempo, contador de frecuencias,etc 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)

Método de medición directa de frecuencia Frecuencia Bajo Calibración Interfase de Comunicación Frecuencia Patrón para amarrar en frecuencia al contador

Oscilador bajo calibración Patrón de referencia PC (adquisición y almacenamiento de datos) Frecuencímetro 5 MHz ó 10 MHz Mediciones directas de frecuencia

Diferencia de fase Entrada 1 Entrada 2 Entrada 1Entrada 2 frecuencia patrón Frecuencia bajo calibración Contador de intervalos de tiempo

Método de medición directa de diferencia de fase Contador de Intervalos de Tiempo Frecuencia Bajo Calibración Interfase de Comunicación Frecuencia Patrón para amarrar en frecuencia al contador Frecuencia Patrón para la calibración

Oscilador bajo calibración Patrón de referencia PC (adquisición y almacenamiento de datos) Contador de Intervalos de Tiempo 5 MHz ó 10 MHz Mediciones directas de diferencia de fase

Diferencia de Fase Acumulada Entrada 1 Entrada 2

Un ejemplo de medición de diferencia de fase

Ejemplos genéricos de mediciones de diferencia de fase

Entrada 1 Entrada 2 Caso ideal en el que la frecuencia bajo comparación es “perfecta” X Tiempo 0 Diferencia de Fase

0 Entrada 1 Entrada 2 Caso ideal en el que la frecuencia bajo comparación es “perfecta” pero con un error de sincronización. X Tiempo T/4 Diferencia de Fase

Entrada 1 Entrada 2 Caso ideal en el que la frecuencia bajo comparación es “perfecta” pero con un error de sincronización y sintonización. X Tiempo T/4 Diferencia de Fase 0

Entrada 1 Entrada 2 Frecuencia bajo comparación con corrimiento lineal en el tiempo. X Tiempo T/4 Diferencia de Fase 0 X0: error de sincronización Y0: error de sintonización D: corrimiento de f por envejecimiento E: desviaciones aleatorias

Entrada 1 Entrada 2 Frecuencia bajo comparación con ruido aleatorio. X Tiempo T/4 Diferencia de Fase 0

Principio de Funcionamiento del Mezclador de Frecuencias

Principio de funcionamiento de un mezclador de frecuencias

Utilizando un filtro pasa bajos, se atenúan las frecuencias altas: 10 MHz - 10 MHz  0 frecuencias bajas 10 MHz + 10 MHz  20 MHz frecuencias altas 0

Método de diferencias de Frecuencias con Mezclador

Frecuencia Patrón para amarrar en frecuencia el Contador Método de medición de diferencia de frecuencias con mezclador Ing. Francisco Jiménez Tapia / División de Tiempo y Frecuencia / CENAM / Marzo 2005

Mediciones con mezcla de frecuencia Patrón de referencia PC (adquisición y almacenamiento de datos) Frecuencímetro f 0 = 5 MHz ó 10 MHz Oscilador bajo calibración Mezclador de frecuencias f = f 0 -  f 1 = f - f 0 =  Filtro pasa bajos Amplificador

Medición de diferencia de fase con mezclador dual Comparador contador de intervalos de tiempo, contador de frecuencias, etc Oscilador común V 0

Análisis del método de doble mezcla de frecuencia