Sensores de Variables Físicas

1. Sensores de Variables Físicas Frecuencia E. Verde UCV EIE

2. Frecuencia • Tasa de ocurrencia de un evento repetitivo • T es periodo de ocurrencia (seg) f = 1/T (Hz) E. Verde UCV EIE

3. Medición de Frecuencia • Contadores Electrónicos son ampliamente utilizados para mediciones de frecuencia, periodo.... • Realizan la medición contando cada ciclo de una señal eléctrica para intervalos precisos de tiempo. • Estos intervalos son usualmente establecidos por osciladores de cristal de cuarzo. • Contadores electrónicos son muy aceptados para estas mediciones por su alta resolución y exactitud. E. Verde UCV EIE

4. Mediciones sin Contadores • Absorción Absorbe una porción de la señal de entrada cuando se sintoniza a su frecuencia E. Verde UCV EIE

5. Mediciones sin Contadores • Figuras de Lissajous Se generan en la pantalla del osciloscopio con dos señales de entrada. El numero de cruces de líneas, así como su movimiento se traduce en términos de proporción y fase de una entrada con respecto a la otra. E. Verde UCV EIE

6. Mediciones sin Contadores • Medidor Heterodino Se restan la frecuencia desconocida con una conocida, y esta diferencia se observa con un osciloscopio o con audífonos La frecuencia conocida se varia hasta obtener una frecuencia cero de diferencia. E. Verde UCV EIE

7. Medición por Contador • Métodos de medición • Medición por inverso del periodo • Conteo de cantidad de pulsos en un tiempo determinado • Medición de tiempo de una cantidad conocida de ciclos • Errores de medición • Error de cristal oscilador • Error en la medición Basados en la serie de National Instruments NI660x counter/timer devices E. Verde UCV EIE

8. Error del Cristal Oscilador • 75 ppm (partes por millón) • 200 ppm • 75 ppb (partes por billón) • Para un oscilador de 80 MHz, con un error de 75 ppm resulta • +/- 75Hz/1MHz*80= +/- 6000 Hz Para un error de 75 ppb seria solo +/- 6 Hz E. Verde UCV EIE

9. Medición por inverso del periodo • Método muy simple. Se mide el período contando las repeticiones de una frecuencia conocida entre dos subidas o bajadas consecutiva de la frecuencia desconocida. • Tomando la frecuencia de la fuente conocida y dividiendo por la cuenta, se puede calcular el período de la señal desconocida. • Típicamente se utiliza de señal conocida el oscilados interno, 20 MHz o 80 MHz, pero también puede utilizarse una fuente de reloj externa. • Conveniente para la medida de frecuencias bajas. E. Verde UCV EIE

10. Medición por inverso del periodo • Para una señal de 50kHz (perfecta) y se mide usando un el oscilador de 20MHz (asumiéndolo perfecto). se deben contar 400 ciclos entre dos bordes de la señal de 50kHz. • Debido a que no podemos controlar la relación de fase entre las dos señales, la cuenta puede tener error +/- 1. Esto se llama el error de la medida. • El contador retorna 399, 400, o 401. Error casi insignificante E. Verde UCV EIE

11. Medición por inverso del periodo • Para la misma señal, si se utiliza un oscilador de 80MHz, el error será aun mas pequeño. E. Verde UCV EIE

12. Medición por inverso del periodo • Para señales de mayor frecuencia (5MHz), para oscilador de 20MHz, se espera una cuenta de 4. Se obtienen 3, 4 o 5. • Para oscilador de 80MHz se obtiene lo siguiente: E. Verde UCV EIE

13. Medición por inverso del periodo Cálculo del Error Fk = frecuencia conocida Fx = frecuencia a medir Fm= frecuencia medida Fk >> Fx Si Fm=Fx: Error= 0 E. Verde UCV EIE

14. Conteo Cantidad de Pulsos • Sirve para medición de frecuencias altas. • Cuenta la cantidad de pulsos de señal desconocida en un tiempo conocido. • La frecuencia de la señal desconocida puede calcularse multiplicando la cuenta por la frecuencia conocida. • Con el ejemplo anterior, frecuencia a medir es 5MHz, asumimos que se genera una frecuencia para medición de 10Hz(perfecta), así que se tendrá un intervalo de 0,1seg para realizar el conteo. Debería contar 500.000 ciclos, error de fase +/- 1. E. Verde UCV EIE

15. Conteo Cantidad de Pulsos • Para señales de mayor frecuencia (5MHz), con frecuencia conocida de 10Hz, se obtiene: • Para frecuencia conocida de 1Hz se obtiene lo siguiente: Para frecuencia conocida mas baja habrá menor error E. Verde UCV EIE

16. Conteo Cantidad de Pulsos Cálculo del Error Fk = frecuencia conocida Fx = frecuencia a medir Fm= frecuencia medida Fk << Fx E. Verde UCV EIE

17. Medición de Tiempo • Si la aplicación involucra medición de señal PWM (pulse width modulated) y con rango de frecuencia que cubre tanto frecuencias bajas como frecuencias altas. • Similar al método 2, este método utiliza dos contadores. El primer contador se usa para dividir la frecuencia de la señal a ser medida, entonces el segundo contador se usa para medir el período de la frecuencia dividida. • La frecuencia real puede calcularse multiplicando la medida resultante por el valor de la división. • Con este método, mientras mas grande sea el valor de la división, más lenta será la frecuencia resultante, y más exacto el resultado de la medida. E. Verde UCV EIE

18. Medición de Tiempo • El cálculo de error de la medida para este método es similar al método 1 Cálculo del Error Fk = frecuencia conocida Fx = frecuencia a medir Fm= frecuencia medida Fk >> Fx/x X es un valor entero E. Verde UCV EIE