Calcular Precisión Absoluta de Dispositivos de Adquisición de Señal Dinámica

La precisión absoluta se utiliza para definir las incertidumbres generales de una medición. Para un módulo DSA, se puede calcular con la siguiente fórmula:

Precisión absoluta = Error de ganancia + Error de desplazamiento + Planicidad

Esta fórmula utiliza las tres principales fuentes de error en el sistema:

• Error de ganancia
  Una medida de la desviación de la ganancia de un amplificador de la ganancia ideal. Expresado en dB o % de una lectura, puede verse como la desviación m de la función de transferencia de voltaje de mx+b.
• Error de compensación
  Un error constante añadido a una medición a lo largo de toda la CURVE. En mx+b, el error de offset es b.
• Planitud
  Término expresado en dB para especificar los límites dentro de los cuales varía la amplitud de una señal en un intervalo de frecuencia dado. Mide la "respuesta en frecuencia" de la placa. Se refiere a una medición en una señal de 1 kHz. No se aplica a las señales de CC. Solo se aplica a tonos de forma de onda.

Por ejemplo, la Precisión Absoluta del NI 4461 se calcula tanto para la Entrada Analógica como para la Salida Analógica a continuación. Para la entrada analógica, asumimos que estamos adquiriendo una onda sinusoidal de 1 kHz con amplitud de 10 V. Para la salida analógica, supongamos que estamos generando la misma señal de frecuencia.

Nota: Los valores utilizados en este artículo son las especificaciones típicas, no las especificaciones de error máximo.  Estos valores deben ser razonables si el dispositivo se ha configurado correctamente. Específicamente, es importante que el dispositivo se haya dejado calentar durante el tiempo correcto y se haya autocalibrado dentro de las 24 horas posteriores a la toma de las mediciones.  Las razones de cada uno de estos factores se explican a continuación:

• Tiempo de calentamiento
  El convertidor analógico a digital (ADC) altamente lineal que utilizan los dispositivos NI DSA es un convertidor de tipo Sigma-Delta.  Una propiedad inherente de este tipo de ADC es que es muy sensible a los cambios de temperatura.  Al permitir que la tarjeta alcance una temperatura de estado estacionario, esta sensibilidad se puede reducir.
• Autocalibración
  Una vez que el dispositivo NI DSA haya alcanzado un estado de temperatura estable, se debe realizar una autocalibración para eliminar cualquier diferencia desde la última calibración.  Esto es importante porque las fuentes constantes de error pueden ser ligeramente diferentes desde la última calibración.  Las especificaciones utilizadas a continuación suponen que se realizó una autocalibración en un plazo de 24 horas y ±5 °C desde la medición. Consulte el Procedimiento de calibración NI 4461/4462 para obtener más información.

Para encontrar la precisión de la amplitud de ganancia de AI, el offset de AI y la planeidad de AI, consulte las Especificaciones NI 4461/4462.

Para una onda sinusoidal de 1 kHz con una amplitud de 10V, se aplican los siguientes valores:

Precisión de la amplitud de ganancia de IA = ±0.03 dB máximo
Desplazamiento de IA (sin ganancia aplicada) = ±0,7 mV máx.
Planeidad de AI (sin ganancia aplicada) = ±0,003 dB típica

El error de ganancia se calcula en base a esta precisión de amplitud de ganancia de un tono de entrada de 1 kHz.

Precisión de la amplitud de ganancia = ±0.03 dB máximo
Precisión de amplitud de ganancia (dB) = 20 log (1 + (Error de ganancia (%)/100))
±0,03 dB = 20 log (1 + (Error de ganancia(%) / 100))
Error de ganancia(%) = 0,3460
Error de ganancia(V) = Voltaje de entrada x Error de ganancia(%) = 10 x 0,003460 = 34,60 mV

Donde el voltaje de entrada se refiere al rango de voltaje para el que está configurado el dispositivo.

La planeidad se convierte en voltaje de manera idéntica.

Planitud = ±0,003 dB máx.
Planeidad(dB) = 20 log (1 + (Planeidad(%) / 100))
±0,003 dB = 20 log (1 + (Planeidad(%) / 100))
Planitud (%) = 0,0345
Planeidad(V) = Voltaje de entrada x Planeidad(%) = 10 x 0,000345 = 3,45 mV

A partir de estos dos cálculos, la precisión total de la IA se calcula de la siguiente manera:

Precisión de AI = Ganancia de AI + Desfase de AI + Planeidad de AI
Precisión de la IA = 34,60 mV + 0,7 mV + 3,45 mV
Precisión de la IA = ±38,75 mV

La precisión de salida analógica se puede calcular de la misma manera. Consulte el siguiente cálculo de muestra:

Precisión de la amplitud de la ganancia de AO = ±0,04 dB máximo
Desfase de AO = ±1 mV máx.
Planeidad de AO = ±0,008 dB máx.

Error de ganancia (calculado usando la fórmula anterior) = 46,16 mV
Planeidad (calculada utilizando la fórmula anterior) = 9,21 mV

El cálculo final de la precisión de salida analógica es el siguiente:

Precisión de AO = Ganancia de AO + Desfase de AO + Planeidad de AO
Precisión de AO = 46,16 mV + 1 mV + 9,21 mV
Precisión de AO = ±56,37 mV

Nota: Estos números de precisión pueden parecer pobres, pero es importante ponerlos en el contexto del propósito de un módulo de Adquisición Dinámica de Señales: obtener un contenido espectral de alta precisión, no necesariamente temporal. La frecuencia de una señal se puede calcular de dos maneras. La primera y más obvia es con el recíproco del período. Este método es bueno para señales repetitivas, pero no es adecuado para señales cambiantes o dinámicas. El segundo método consiste en observar la pendiente instantánea (elevación sobre avance) de una señal. Podemos tomar la elevación (cambio de amplitud, dV), dividirla entre el avance (cambio de tiempo, dt) para calcular la frecuencia instantánea. Los módulos DSA tienen excelentes señales de reloj para proporcionar una dt muy precisa. Este dt es también un valor muy pequeño debido a la naturaleza de sobremuestreo de la arquitectura DSA. Cuando estamos viendo una diferencia de voltaje, la precisión absoluta se vuelve menos importante.

• Fundamentos de la adquisición de señales dinámicas
• Cálculo de la precisión absoluta o precisión del sistema