Sensores de Variables Físicas
Frecuencia
E. Verde UCV EIE
Frecuencia
•
•
Tasa de ocurrencia de un evento repetitivo
T es periodo de ocurrencia (seg)
f = 1/T (Hz)
E. Verde UCV EIE
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.
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Mediciones sin Contadores
•
Absorción
Absorbe una porción
de la señal de entrada
cuando se sintoniza a su
frecuencia
E. Verde UCV EIE
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.
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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.
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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
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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
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.
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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.
Conteo
399
400
401
Frec (kHz)
50.13
50
49.88
Error casi insignificante
E. Verde UCV EIE
Medición por inverso del periodo
•
Para la misma señal, si se utiliza un oscilador de 80MHz, el error
será aun mas pequeño.
Conteo
1599
1600
1601
Frec (kHz)
50.03
50
49.97
E. Verde UCV EIE
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.
Conteo
3
4
5
Frec (MHz)
6.67
5
4
Para oscilador de 80MHz se obtiene lo siguiente:
Conteo
15
16
17
Frec (MHz)
5.33
5
4.7
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Medición por inverso del periodo
Cálculo del Error
Fk = frecuencia conocida
Fx = frecuencia a medir
Fm= frecuencia medida
Fk >> Fx
Cuenta  Fk
Fm  Fk
Error 
Fx
, Fk
Fx
1
Cuenta
Fm  Fx
Fx
Si Fm=Fx: Error= 0
Fx
Fx
Fx


Error  mayor 
,

Fk  Fx
 Fk  Fx Fk  Fx 
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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.
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Conteo Cantidad de Pulsos
•
•
Para señales de mayor frecuencia (5MHz), con frecuencia
conocida de 10Hz, se obtiene:
Conteo
499999
500000
500001
Frec (MHz)
4.99999
5
5.00001
Para frecuencia conocida de 1Hz se obtiene lo siguiente:
Conteo
4999999
5000000
5000001
Frec (MHz)
4.99999
5
5.000001
Para frecuencia conocida mas baja habrá menor error
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Conteo Cantidad de Pulsos
Cálculo del Error
Fk = frecuencia conocida
Fx = frecuencia a medir
Fm= frecuencia medida
Fk << Fx
Error 
Cuenta  Fx
Fk
, Fx
Fk
Fm  Fk * Cuenta
Error 
Fx  Fk  Fx
Fx
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Fm  Fx
Fx

Fk
Fx
1
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.
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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
Fx
x
Error 
Fk  Fx

x
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Fx
Fk * x  Fx
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frecuencia