Diferentes materiales y objetos pueden tener diferentes valores de resistencia eléctrica. En esta publicación, veremos el valor de resistencia de las resistencias, el cable y el aislamiento del cable.
🟢 Resistencias
La resistencia eléctrica, que se encuentran comúnmente en productos eléctricos familiares generalmente varían de 1 Ω a 10 MΩ. Las resistencias de derivación que se utilizan como una aplicación especial para detectar la corriente en baterías y motores van desde alrededor de 0,1 mΩ a 1 Ω, mientras que las que se usan en circuitos que manejan altos voltajes son alrededor de 1 GΩ debido a la necesidad de evitar la generación de calor.
🟢 Alambre
Dado que el valor de la resistencia del cable aumenta con la longitud, se utiliza la unidad Ω/m para expresar la resistencia del conductor. El cable AWG24 (0,2sq) como el que se usa en el interior de los dispositivos tiene una alta resistencia, 90 mΩ/m, mientras que el cable AWG6 (14sq) que se usa para los cables de alimentación tiene una resistencia mucho menor, alrededor de 1,3 mΩ/m (y 0,13 mΩ/m para cables de 150sq). ).
🟢 Aislamiento de cables
El aislamiento del cable debe estar hecho de un material que resista el flujo de corriente. Dado que las rutas de corriente de fuga aumentan en número a medida que el cable se hace más largo, la unidad Ωm se usa para expresar la resistencia del aislamiento del cable. Los materiales utilizados para fabricar aislamiento incluyen cloruro de polivinilo (PVC), polietileno (PE) y teflón (TE). La resistencia del aislamiento suele ser de 10 G/m o superior para cables con aislamiento de cloruro de polivinilo, 100 G/m o superior para cables con aislamiento de polietileno y 1000 G/m o superior para cables con aislamiento de teflón.
🧐 El siguiente enlace muestra cómo verificar la longitud del cable de cobre usando el medidor de resistencia.
La prueba hipot es uno de los principales elementos de prueba en las pruebas de seguridad eléctrica.
Todos los componentes y productos eléctricos, incluidos transformadores, condensadores, fuentes de alimentación, cargadores y electrodomésticos, requieren pruebas de hipot.
Con más de 3 décadas de experiencia en el desarrollo de instrumentos de prueba y medición, Chroma creó el Hipot Tester multicanal 19020 con una arquitectura completamente nueva.
Puede medir la corriente de fuga de hipot de todos los canales al mismo tiempo y realizar pruebas en hasta 100 DUT simultáneamente.
Chroma 19020 ahorra espacio en la línea de producción al eliminar la necesidad de comprar múltiples probadores de hipot.
Su prueba multicanal de una sola vez aumenta la eficiencia de las pruebas de seguridad eléctrica.
Mejora la eficiencia de fabricación y reduce los riesgos de prueba para productos que solo requieren pruebas Hipot.
Chroma 19020 también tiene potentes funciones para la detección de Flashover y Open/Short Check. Con varias patentes internacionales, es la mejor herramienta para pruebas regulatorias eléctricas hipot ya que no solo ofrece una calidad confiable, sino que también crea una plataforma de prueba altamente eficiente.
Chroma 19020 viene equipado con la primera función de prueba de hipot de sincronización del mundo.
Una sola unidad puede operar 10 canales simultáneamente con salida y mediciones sincronizadas.
Se pueden vincular hasta 10 unidades (maestro y esclavo) para tener 100 canales en total.
Estos se pueden agrupar para la salida a fin de evitar la creación de diferencias de voltaje causadas por pruebas adyacentes, así como para mejorar la productividad.
La mesa de un tomógrafo de resonancia magnética (MRT) para escaneos 3D debe colocarse con precisión para poder asignar correctamente las imágenes a cada posición. No es posible realizar un recorrido de referencia, ya que esto provocaría un retraso considerable después de encender el MRT.
🔑 Solución
Para poder garantizar un posicionamiento preciso de la mesa MRT, se crea una mesa con diferentes alturas de cuerpo y las posiciones aproximadas o áreas de medida de las distintas partes del cuerpo. Cuando una persona está acostada en la mesa MRT, la posición de la parte del cuerpo a escanear se detecta en base a la mesa de altura del cuerpo.
El movimiento del eje lo realiza el APCIe-1711 con conexión de encoder SSI (6 encoders para la mesa MRT) y PWM (control de válvulas electromagnéticas para el enfriamiento de los imanes con nitrógeno).
Luego se inicia el proceso de escaneo. A través de la velocidad predefinida, el APCIe-1711 detecta la posición para el final del proceso de escaneo. Las correcciones manuales de las posiciones al principio y al final del escaneo resultan de la «situación objetivo/real».
La alta precisión del posicionamiento permite una asignación exacta de las imágenes escaneadas. Los motores para el movimiento de la mesa MRT son controlados a través de las E/S digitales del tablero.
Simulador de red 2 en 1 y carga de CA regenerativa
Los países de todo el mundo abordan los continuos problemas energéticos de diversas maneras, simulador red y carga regenerativa, desde estimular los desarrollos tecnológicos hasta compromisos para lograr la neutralidad de carbono y avanzar hacia la energía completamente renovable.
Los productos desarrollados en apoyo de estas tendencias ofrecen un suministro de energía bidireccional que se conecta con la red.
Por ejemplo, un cargador a bordo bidireccional (BOBC) para vehículos eléctricos puede devolver energía a la red a través de la tecnología de vehículo a red (V2G) y usar la tecnología de vehículo a carga (V2L) para suministrar energía.
Por ejemplo, una empresa europea ha presentado un vehículo eléctrico que funciona con un sistema de energía renovable para el hogar. La función V2G realiza un uso de energía altamente eficiente y permite una retroalimentación mensual de hasta 20 euros de electricidad a la red
El modo de carga de CA regenerativa en los modelos Chroma 61815/61812/61809 tiene capacidades de hardware sobresalientes.
La prueba V2G de productos de energía bidireccional requiere un simulador de red regenerativa que pueda simular las características de la red eléctrica y sirva para probar el rendimiento de carga y descarga del terminal de salida. La parte V2L, por otro lado, requiere una carga de CA que debe simular varias características de impedancia para probar el efecto de carga de los productos.
Ahora, los simuladores de red regenerativa Chroma 61815/61812/61809 con densidad de alta potencia de 3U/15kVA están equipados con una nueva opción de carga de CA. Los usuarios pueden completar todos los elementos de prueba que necesitan alimentación de CA y/o carga de CA en un solo instrumento y cambiar fácilmente entre los modos.
Los dispositivos 2 en 1 logran pruebas de características eléctricas bidireccionales simples y eficientes sin necesidad de cambiar la configuración del terminal del DUT durante el proceso de prueba.
El modo de carga de CA regenerativa en los modelos Chroma 61815/61812/61809 tiene capacidades de hardware sobresalientes, como modos de salida monofásicos y trifásicos, y una capacidad de carga de CA de hasta 45 kVA en paralelo.
Las funciones de carga básicas incluyen modos de corriente constante, potencia constante e impedancia constante. Además, también permite la operación en los modos Rectificado y Adelanto/Retraso que pueden establecer el factor de cresta (CF) o los ángulos de adelanto/retraso de la corriente de carga para simular las características de las cargas rectificadas, capacitivas e inductivas. Los simuladores de red regenerativa Chroma ofrecen a los usuarios una solución de carga de CA más completa.
El sistema de medición de resistencia de electrodos RM2610 es un sistema de cuantificación y medición que aísla las características de resistencia de las láminas de electrodos, un componente principal de las LIB, en la resistencia de la capa compuesta y la resistencia de interfaz entre la capa compuesta y el colector.
El potencial se mide colocando un dispositivo de prueba (que consta de sondas de prueba) en contacto con la superficie de una hoja de electrodos. Luego, se utiliza un método analítico patentado de Hioki para visualizar la resistencia de la capa compuesta y la resistencia de la interfaz entre la capa compuesta y el colector.
Resistencia en electrodos de baterías de ion litio
En el pasado, no era posible evaluar las láminas de electrodos hasta que se ensamblaba el LiB que las contenía, lo que requería que las empresas dedicaran valiosas horas de mano de obra a la producción de prototipos.
Además, el método de medición convencional (que mide la resistencia de paso y la resistividad de volumen usando el método de 4 sondas) midió solo las características de resistencia generales de la hoja de electrodos.
No había ningún método para determinar la resistencia de la capa compuesta de la hoja de electrodos o la resistencia de interfaz entre la capa compuesta y el colector.
La capacidad de evaluar estas características de resistencia mejora drásticamente la calidad y la eficiencia del desarrollo de LiB, no solo porque permite a los ingenieros hacer observaciones detalladas de cómo los diferentes materiales, composiciones y condiciones de fabricación pueden mejorar el rendimiento,
Ya puedes ver el catálogo completo de productos de HIOKI 2022 con los nuevos:
-Analizadores de Potencia de hasta 8 canales, alta precisión, portátiles… -Comprobadores de baterías / Medidores de resistencia. -Analizadores de Impedancia. -Electrómetros. -Registradores / Osciloscopios. -Dataloggers. -Sondas y pinzas de corriente. -Multímetros. -Equipos de seguridad eléctrica. -Pinzas amperimétricas / Sondas de tensión. -… Productos de Hioki .Pinchando en este link: https://www.hioki.com/download/7774
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Parámetros del potenciostato explicados, contienen muchos parámetros aquí los detallamos.
Si tiene dudas sobre el significado de un determinado parámetro, no se preocupe más. A continuación encontrará una explicación de los parámetros más importantes.
bits
En un nivel muy fundamental, las computadoras solo pueden diferenciar entre dos estados: voltaje y sin voltaje. Debido a esto, las computadoras usan el sistema binario, donde los dos estados están representados por 0 o 1. No explicaré el sistema binario en detalle aquí, porque no es necesario para comprender los bits y lo que significan para un potenciostato. En pocas palabras: en el sistema binario, cada dígito representa 2 estados, mientras que en el sistema decimal de uso común, cada dígito representa 10 estados.
Cada dígito, que puede ser un 0 o un 1, se denomina bit. Aquí hay una trivia: 8 bits se llaman un byte. Un bit puede tener dos estados, pero si combino 2 bits, ya puedo tener 4 estados: 00, 01, 10, 11. Cada vez que sumo un dígito, el número de estados posibles se duplica. Con 12 bits ya puedo tener 4096 estados. El número de estados que se pueden representar con N bits se puede calcular mediante la fórmula.
Figura 1 Estados posibles para 1 bit, 2 bits y algunos estados para 12 bits.
Los mismos principios se aplican a los potenciostatos digitales. Un potenciostato tiene que convertir las medidas del mundo real al formato binario para poder usarlas. El número de bits a los que se convierte la medición del mundo real es uno de los factores determinantes para la resolución de un potenciostato.
Resolución
La resolución es la diferencia observable más baja entre dos valores que un dispositivo de medición puede diferenciar. Por ejemplo, si la resolución de un potenciostato es de 100 mV, diferencia entre 200 mV y 300 mV, pero 280 mV se leería como 300 mV.
Para comprender cómo los bits definen la resolución de un dispositivo y por qué el rango actual también influye, se utiliza un ejemplo en el siguiente párrafo.
Es posible que algunos de ustedes todavía recuerden a los conspiradores o escritores analógicos. Estas máquinas movían un bolígrafo sobre una hoja de papel dependiendo de un voltaje aplicado. Si desea medir el voltaje a lo largo del tiempo con un voltímetro analógico y usar un trazador analógico, configurará el movimiento horizontal del papel a una cierta velocidad y comenzará a aplicar el voltaje al voltímetro. El escritor se moverá verticalmente a través del papel dibujando una línea dependiendo del voltaje aplicado. El continuo de valores potenciales se traduce en un continuo de posiciones de pluma. El espectro completo del movimiento de la pluma está limitado por el borde superior e inferior del papel, pero todos los valores intermedios son posibles. La resolución está limitada por el grosor de la línea dibujada y su capacidad para leer la línea.
Si este sistema se digitaliza ya no tienes un continuo de valores, sino valores discretos. Esto se debe a los estados limitados proporcionados por los bits. En este ejemplo, los límites del escritor se definen arbitrariamente como 0 V y 100 V. Estos son los valores extremos. A cada estado posible se le asigna un número entre estos valores extremos. Por lo general, se eligen valores equidistantes. Si tuviéramos solo 2 bits y, por lo tanto, 4 estados en este ejemplo, los estados tendrían los valores 0, 33, 66 y 100.
Esto haría que la resolución fuera bastante mala. El voltímetro no podría decir la diferencia entre 70 y 90 V. Si tenemos 12 bits y por lo tanto 4096 estados, los valores podrían ser 0, 0,0244, 0,0488, 0,0733, etc. De repente, el voltímetro puede medir la diferencia entre 0,1 V y 0,2 V Sin ningún problema.
Figura 2 Representación esquemática de un plotter con dibujo a lápiz sobre una hoja de papel, de izquierda a derecha: plotter analógico, plotter de 2 bits, plotter de 12 bits
Al igual que en el ejemplo anterior, los bits y los valores extremos definen la resolución de un potenciostato. Los valores extremos, corriente mínima y máxima medible, están definidos por el hardware. Para permitir que un potenciostato mida una amplia gama de corrientes, incluso en múltiples magnitudes, se utilizan diferentes circuitos para ajustar los valores extremos. Por lo tanto, estos diferentes circuitos definen el rango de corriente en el que se puede medir. Si elige un rango de corriente para una corriente baja y mide una corriente alta, obtendrá una sobrecarga. La corriente se limitará al valor máximo de corriente para ese rango de corriente. Si elige un rango de corriente que es mucho más alto que la corriente medida, su resolución será mala, como se explicó anteriormente.
¿Qué es mejor: mayor o menor resolución?
Aquí hay una trivia interesante: De lo discutido anteriormente, debe quedar claro que una mejor resolución tiene un valor menor, es decir, cuanto menor es la resolución, mejor. Sin embargo, ¿por qué la gente suele hablar de una alta resolución cuando se pueden resolver distancias más pequeñas? Esto se origina en pantallas electrónicas, televisores, etc. En esta situación, la resolución se da en dpi, que significa puntos por pulgada. Cuantos más puntos por pulgada, más pequeñas son las distancias entre los puntos individuales. Y esta es nuevamente la definición de la resolución como se describe anteriormente. La resolución medida en ppp aumenta cuando la resolución mejora. La resolución en una unidad de distancia se vuelve más pequeña cuando la resolución mejora.
Alcance actual
El rango de corriente definirá la corriente mínima y máxima que puede medir un potenciostato, esto quiere decir que también determinará la resolución, ya que el número de bits o mejor dicho de estados es fijo, mientras que el rango de corriente es variable. Esto se discute en los artículos que cubren los bits y la resolución.
Por ejemplo, la corriente máxima y mínima de PalmSens4 es 6,25 veces y -6,25 veces el rango de corriente elegido. Cuando se elige el rango de 1 µA, la corriente máxima es de 6,25 µA y la corriente mínima es de -6,25 µA. PalmSens4 utiliza 18 bits para las conversiones, lo que da como resultado 262 144 estados. La diferencia entre cada paso es el rango completo de corriente dividido por el número de estados:
Esto significa que la diferencia entre cada estado es (idealmente) 0.000048 µA = 48 pA. Si lee las especificaciones de PalmSens4 para la resolución actual medida, encontrará que la resolución es 0,005 % del rango actual. Esto es consistente con el cálculo basado en los bits, porque 48 pA dividido por 1 µA es 0,0048 %.
Figura 3: Influencia del rango de corriente en la resolución basada en PalmSens4 (18 bits) en el rango de corriente de 1 mA y 10 µA.
Comprender estos conceptos ayuda a elegir el rango de corriente correcto. Se debe elegir un rango de corriente tan alto como sea necesario pero tan bajo como sea posible. Si elige un rango de corriente demasiado bajo, se producirá una sobrecarga del rango de corriente. Esto significa que la corriente que desea medir es mayor que la corriente máxima para el rango de corriente elegido. Si el rango actual es superior al requerido, la resolución y la precisión no serán óptimas. En casos extremos, es decir, más de 3 magnitudes superiores (rango de mA cuando se miden µA), los valores medidos pueden mostrar una desviación significativa del valor real.
Rango automático
Una ventaja de los potenciostatos digitales es su capacidad para ser controlados por software. En el pasado, se tenía que girar un interruptor físico para cambiar el rango actual. Los potenciostatos digitales pueden cambiar el rango actual mediante el control del software. Esto permite que el potenciostato cambie el rango de corriente durante una medición. El software de potenciostato puede incluso reconocer si un rango actual es demasiado bajo o demasiado alto y ajustar el rango actual en consecuencia. Esto se llama rango automático. Por lo general, se eligen algunos rangos de corriente, que el potenciostato puede usar. El software cambiará entre estos rangos actuales cuando sea necesario.
Si un potenciostato PalmSens mide una corriente cercana a la corriente máxima del rango actual, cambiará al siguiente rango de corriente más alto, si hay un rango de corriente más alto activo disponible. Un solo valor alto es suficiente para activar ese interruptor, porque las sobrecargas pueden hacer que una buena medición sea inútil.
Si se mide un valor que se considera bajo para este rango de corriente y, por lo tanto, podría tener una mejor resolución en un rango de corriente más bajo, el software lo declara subcarga. Dependiendo del dispositivo, de 3 a 5 subcargas consecutivas activan el cambio a un rango de corriente más bajo, si hay alguno disponible.
La razón por la que se requieren múltiples subcargas para un disparador pero solo 1 sobrecarga es que una sobrecarga puede estropear su medición, mientras que una subcarga es subóptima la mayoría de las veces. Además, evita que el potenciostato salte de un lado a otro entre dos rangos de corriente, cuando la corriente medida está en el límite del rango de corriente.
Figura 4 Extractos de datos sin procesar que muestran el rango automático desde el rango de 100 µA hasta el rango de 10 µA (arriba) y viceversa (abajo).
Exactitud
Parámetros del potenciostato explicados. En la sección sobre bits, corriente, rango de corriente y, por supuesto, resolución, la resolución se discutió a fondo. Un parámetro que suele confundirse con la resolución es la precisión.
Mientras que la resolución describe cuándo dos valores medidos están tan cerca que se medirán como el mismo valor o se expresarán de manera diferente: ya no se pueden resolver, la precisión describe qué tan cerca de los valores reales está su medición. La precisión solo describe errores de medición sistemáticos, no mediciones que parecen ser «ruidosas».
Una resolución de 5 fA le permite ver la diferencia entre 1.000 nA y 1.005 nA, sin embargo podría haber una desviación de 0.5 nA en su sistema debido a una fuga de corriente. Dado que esta desviación siempre estaría allí, esto se describiría por la precisión. Si la precisión es de 0,5 nA y su valor medido es de 1 nA, sabrá que su valor real está entre 0,5 nA y 1,5 nA. En tal situación, una resolución de 5 fA es más que suficiente.
Si lee la sección sobre resolución, puede darse cuenta de que mejorar la resolución es fácil. Simplemente aumente el número de bits. ¿Esto aumentará la calidad de su medición?
Solo mejorará su medición, si la desviación del valor real es menor (buena exactitud y precisión) que la resolución. A menudo, este no es el caso, y la resolución ya es mejor que la precisión o la precisión. Reducir la resolución aún más al nivel de aA no mejora la medición, si su baja precisión conduce a una desviación de nA.
La precisión de su medición tiene más contribuciones que solo la precisión de los instrumentos. Hacer soluciones, medir volúmenes, colocar electrodos, preparar electrodos, etc., todo contribuye a la precisión de su experimento. A menudo, estos errores son sistemáticos y producirán siempre la misma desviación en la misma dirección. Esos errores son casi imposibles de determinar en sistemas multiparamétricos complejos como las celdas electroquímicas. Afortunadamente para muchas mediciones cuantitativas, una curva de calibración tendrá en cuenta esta desviación.
Precisión
En la sección de precisión se discutieron los errores sistemáticos, pero también hay errores aleatorios. Esto suele ser lo que se registra en una medición como ruido. Estas son influencias aleatorias en la medición que son independientes de la medición, es decir, la frecuencia o intensidad del ruido no depende de la medición.
Estos eventos aleatorios también contribuyen al error de un valor medido, pero debido a su naturaleza aleatoria podemos estimar el valor real sin estos errores aleatorios.
Múltiples influencias aleatorias durante una medición agregadas a su valor medido conducirán a una distribución gaussiana, si traza la probabilidad de que ocurra un valor medido frente a los valores. El valor más probable es el valor sin error aleatorio ni ruido. Cuanto mayor sea la desviación del valor real, menos probable es que ocurra el valor. El ruido generalmente tiene una distribución normal.
La precisión describe cuán amplia es esta distribución. Cuanto menor sea la precisión, más valores se desviarán del valor libre de ruido. Si no usara un potenciostato sino una escopeta, la precisión describiría la dispersión de los proyectiles. Esto significa que la precisión también describe la repetibilidad.
Figura 5 Los términos exactitud y precisión explicados con el ejemplo de una escopeta en lugar de un potenciostato.
Una buena propiedad de un ruido distribuido normal es que es simétrico con el valor libre de ruido como centro. Si realiza la misma medición varias veces y luego promedia los valores medidos, el promedio de la medición debe estar más cerca del valor libre de ruido que la mayoría de los valores individuales. La reducción del ruido realizada de esta forma es proporcional a la raíz cuadrada de N, donde N es el número de muestras recogidas.
Los potenciostatos y otros instrumentos explotan esta propiedad al registrar muchos valores, promediarlos y luego devolver el promedio como el valor medido. Entonces, cuando ve un solo punto en su medición, lo más probable es que se trate de cientos de muestras promediadas para formar este valor único. La cantidad de muestras que se usaron para hacer un punto de su medición depende de los parámetros específicos de la técnica y la tasa de muestreo del instrumento.
Tasa de muestreo
La frecuencia de muestreo describe qué tan rápido el instrumento puede recopilar valores de medición. Estas muestras generalmente se promedian para hacer un punto de datos en su medición.
La tasa de muestreo se da en muestras/s o Hz, porque las muestras no tienen una dimensión. Es el límite superior teórico para el muestreo de datos. Esto significa que es una limitación de los componentes de hardware. Las mediciones que está ejecutando, la sobrecarga del software, etc. también limitan la tasa de muestreo. Hasta qué punto eso sucede depende de cada medición y sus parámetros. Por este motivo, puede encontrar los valores extremos y las limitaciones de cada técnica en la descripción de los instrumentos de PalmSens. Afortunadamente, el tiempo de muestreo exacto a menudo no es lo que la gente busca.
La mayoría de las veces, las personas considerarán la frecuencia de muestreo para comparar instrumentos y una frecuencia de muestreo más alta significa que el instrumento registra más valores por segundo que el instrumento con una frecuencia de muestreo más baja. La frecuencia de muestreo limita la rapidez con la que un instrumento puede registrar valores, lo que significa que también influye en el ruido.
Como se discutió en el artículo sobre precisión, puede promediar múltiples valores de la misma medida para obtener un valor cercano al valor medido sin el error aleatorio también conocido como ruido. La reducción de ruido, que se puede lograr de esta manera, es proporcional a la raíz cuadrada de N, que es el número de muestras promediadas. N depende del tiempo dado para el registro de la muestra y de la rapidez con que se recolectan las muestras, esa es la tasa de muestreo. Si dos instrumentos están realizando la misma medición con los mismos parámetros y diferentes frecuencias de muestreo, el instrumento con la mayor frecuencia de muestreo parece medir menos ruido, porque su N es mayor.
Todo lo anterior se supone que tiene una distribución normal de ruido. Si cierto ruido es muy dominante, por ejemplo, el ruido de la frecuencia de la red de 50 o 60 Hz, o la frecuencia del ruido es más baja que el intervalo de medición, no se reducirá con el promedio.
Tenga en cuenta que es mejor tener menos ruido en la medición, en lugar de reducir el ruido mediante el promedio.
Si desea ajustar N, debe ajustar el tiempo de recolección de muestras, ya que la tasa de muestreo es una propiedad del instrumento y no se puede cambiar.
El intervalo de tiempo para la recolección de muestras, el tiempo de muestreo o la ventana de muestreo, se puede aumentar cambiando los parámetros de su medición. Los intervalos t más largos, el tiempo entre dos puntos, las velocidades de exploración más lentas, los potenciales de paso más altos o las frecuencias más bajas pueden aumentar el tiempo de muestreo según su técnica.
La física cuántica es la teoría que se ocupa de las propiedades cuantificadas como la energía y el momento angular de partículas pequeñas como electrones, átomos y moléculas.
Comprender estas propiedades es fundamental para diseñar y desarrollar computadoras cuánticas y otras aplicaciones, que difieren significativamente de los sistemas clásicos que se usan en la actualidad.
Idealmente, las computadoras cuánticas tienen el potencial de ofrecer velocidades y potencia de procesamiento más altas que las poderosas computadoras clásicas de hoy en día al resolver problemas complejos en la ciencia y otras aplicaciones críticas.
Aunque varias empresas e instituciones tecnológicas han desarrollado prototipos de sistemas cuánticos que superan a los modelos clásicos, requieren más investigación para producir productos prácticos y comercialmente viables.
Dicho esto, se está llevando a cabo una amplia gama de experimentos cuánticos y el generador de forma de onda arbitraria (AWG) está desempeñando un papel importante.
Bien hechos, los productos basados en la tecnología cuántica, como computadoras, sensores y otros, pueden ayudar a abordar una amplia gama de desafíos tecnológicos y resolver problemas industriales y científicos complejos.
Bits cuánticos
Un bit cuántico o qubit es el equivalente mecánico del bit clásico (dígito binario) en los sistemas informáticos estándar. Sin embargo, a diferencia de las computadoras convencionales donde el bit solo puede ser un uno o un cero lógico, el qubit tiene tres estados posibles, el uno y el cero habituales, y un estado de superposición adicional en el que el uno y el cero están activos simultáneamente.
Además, los bits cuánticos tienen varias propiedades únicas y superiores que les permiten brindar más oportunidades y la capacidad de abordar problemas complejos mejor que las computadoras clásicas. En particular, los conceptos de superposición, entrelazamiento e interferencia proporcionan una mejora adicional que aumenta significativamente la potencia informática y la precisión de los sistemas.
En el estado de superposición, el qubit realiza dos cálculos simultáneamente, lo que aumenta la velocidad de procesamiento en dos. Además, el entrelazamiento cuántico permite que las computadoras usen docenas de qubits vinculados para resolver problemas complejos que las computadoras clásicas no pueden. El poder computacional y la velocidad de los procesadores cuánticos aumentan exponencialmente con la cantidad de qubits, a diferencia de las computadoras clásicas donde el cambio es lineal. Como tales, las computadoras cuánticas pueden proporcionar mayores poderes de procesamiento que superan con creces incluso a las computadoras más poderosas de la actualidad.
Teóricamente, la física cuántica y la computación brindan una atractiva variedad de aplicaciones potenciales que resolverían los desafíos que los sistemas actuales son incapaces de abordar. Sin embargo, aprovechar este poder y realizar operaciones lógicas requiere desarrollar tecnologías para controlar y manipular los estados del qubit.
A medida que avanza la computación cuántica, cada vez más empresas realizan una amplia gama de estudios y experimentos a medida que desarrollan soluciones innovadoras.
Teorías y experimentos cuánticos.
La teoría de la mecánica cuántica tiene aspectos conceptuales y matemáticos y ha sido fundamental para explicar y predecir una amplia gama de propiedades atómicas y subatómicas. En particular, el estado de una partícula cuántica es indeterminado y su posición exacta depende del momento de la medición. Generalmente, el estado de superposición puede tomar cualquier valor de fase posible entre 0 y 360 grados.
En general, una comprensión profunda, los experimentos y la prueba de conceptos son fundamentales para desarrollar productos basados en cuántica. Para estudiar las propiedades de estos objetos, que son invisibles a simple vista, los investigadores a menudo confían en instrumentos de prueba de precisión , como generadores de formas de onda arbitrarias, transmisores, receptores, sistemas de procesamiento avanzados y más.
Por lo general, validar la mayoría de las teorías de la física implica realizar varios experimentos para averiguar cómo se comportan los componentes o materiales en determinadas condiciones naturales y artificiales. Sin embargo, es posible que las condiciones naturales no siempre estén disponibles durante el tiempo de la prueba. Afortunadamente, los investigadores pueden usar generadores de señales para imitar las condiciones esperadas o naturales.
A medida que las empresas compiten para liderar la revolución cuántica, requieren equipos confiables de prueba, medición y análisis. Los resultados precisos son primordiales para garantizar que los investigadores proporcionen productos confiables.
En la práctica, el control de bits cuánticos o la realización de mediciones de qubits requieren señales especialmente definidas, como formas de onda arbitrarias. Para ello, los proveedores de tecnología han creado tecnologías de apoyo que permiten a los investigadores detectar y manipular o controlar objetos cuánticos.
Para simular señales conocidas, complejas y desconocidas, los investigadores confían en generadores de ondas arbitrarias. Una vez que el equipo genera la forma de onda requerida, la alimentan al prototipo para su análisis o manipulación. Posteriormente, se analiza el efecto de dicha señal y se evalúa el resultado.
Generador onda arbitraria Proteus
Generador onda arbitraria Proteus
Papel de los generadores de forma de onda arbitraria en la física cuántica
Un generador de forma de onda arbitraria (AWG) es una fuente de señal que puede generar casi cualquier tipo de forma de onda en función de los puntos de onda definidos y las propiedades, como los niveles de voltaje deseados en momentos específicos. Una vez configurada, la salida seguirá los niveles de voltaje establecidos en momentos específicos y, por lo tanto, puede saltar de un punto deseado al otro. Aunque son similares a los generadores de funciones estándar, los AWG ofrecen un mayor nivel de control y flexibilidad en la definición y generación de formas de onda.
Para la mayoría de las aplicaciones, los generadores de funciones son adecuados, ya que pueden proporcionar las formas de onda estándar, como sinusoidal, cuadrada y triangular. Sin embargo, las aplicaciones científicas, de comunicación, médicas, aeroespaciales, astronómicas y otras aplicaciones críticas requieren formas de onda complejas más allá de lo que proporciona un generador funcional.
Y los generadores de forma de onda arbitraria son los más adecuados para estas aplicaciones, ya que pueden producir una variedad de tipos de señales y, por lo tanto, permiten una amplia gama de pruebas.
Generalmente, el AWG difiere del generador de señal funcional en que permite a los usuarios definir el tipo de forma de onda de salida. Las formas de onda típicas pueden tomar diferentes formas. Algunos son repetitivos, mientras que otros son disparos únicos y se producen mediante señales de activación internas o externas. La capacidad de controlar el instrumento para proporcionar casi cualquier forma de onda compleja lo convierte en un equipo de prueba ideal.
Además, sus tasas de muestreo, alta calidad de señal de salida, anchos de banda analógicos y otras características los hacen adecuados para aplicaciones de RF, donde pueden reemplazar algunos de los generadores de RF tradicionales. Los generadores de funciones, por ejemplo, tienen limitaciones, como que solo pueden producir unos pocos tipos de formas de onda, un rango de frecuencia estrecho, admiten solo unas pocas salidas, etc.
La mayoría de las veces, los AWG solo generarán formas de onda arbitrarias. Sin embargo, algunos modelos combinan las opciones de generador arbitrario y funcional, por lo que también pueden producir formas de onda sinusoidal, cuadrada, triangular y otras formas de onda estándar.
En un experimento típico, los investigadores suelen inyectar la señal AWG en el sistema o dispositivo bajo prueba (DUT). Luego analizan la forma de onda a medida que pasa a través del DUT, y esto les permite probar si su teoría funciona en la práctica.
Además de la generación, los instrumentos avanzados de medición cuántica, como los transceptores de forma de onda arbitraria, proporcionan varias funciones integradas que reducen la cantidad de integraciones y componentes externos. En consecuencia, esto reduce una amplia gama de problemas de interconexión e integración, como ruido, acoplamiento, incompatibilidades y otros desafíos que afectan la precisión de los resultados.
Elegir un generador de forma de onda arbitraria
Idealmente, el AWG proporciona las señales necesarias, por complejas que sean, para probar y validar nuevos productos y sistemas en desarrollo. Hoy en día, existe una amplia gama de productos AWG, y estos pueden diferir en términos de precisión, resolución, ancho de banda, puertos de salida y más.
Si bien el diseño de AWG difiere en arquitectura y rendimiento, hay algunas características básicas que debe tener un buen producto. Elegir el instrumento adecuado es fundamental para garantizar la precisión y el éxito de las pruebas.
Los componentes básicos de un AWG incluyen un generador de reloj, un convertidor de digital a analógico (DAC), un filtro de paso bajo y el amplificador de salida. También tiene un procesador, una memoria, un secuenciador y un sistema de disparo externo.
En un proceso de generación típico, una muestra de forma de onda de la memoria fluye hacia el DAC y luego hacia un filtro. Posteriormente, la señal acondicionada se amplifica y está disponible en la salida como una forma de onda analógica.
incluyen, entre otros, la frecuencia de muestreo, la capacidad de memoria de forma de onda, la resolución, la cantidad de canales y el factor de forma. Además, las opciones de retroalimentación, salida e integración de bucle cerrado juegan un papel fundamental en las mediciones cuánticas.
Las mediciones cuánticas típicas o las pruebas de validación incluirían un generador de forma de onda, el DUT y el equipo de análisis. La integración de dichos equipos es propensa a problemas de acoplamiento e interconexiones que pueden reducir la precisión de las mediciones.
Hasta hace poco, los investigadores no tenían otra opción que combinar al menos dos o tres equipos de prueba para realizar una medición cuántica. Sin embargo, con el tiempo, algunas empresas de instrumentación construyen equipos que combinan múltiples funciones en una sola unidad. En consecuencia, esto elimina la necesidad de utilizar varios equipos de prueba y, por lo tanto, reduce los errores y otros desafíos.
Algunos instrumentos, como los transceptores de forma de onda arbitraria (AWT), vienen con un AWG para la generación de señales, así como para los sistemas de adquisición y procesamiento. Para gestionar las funcionalidades de generación, transmisión y recepción, los AWT cuentan con completos sistemas de control incorporados, digitalizadores, convertidores ascendentes y descendentes, mezcladores y circuitos de retroalimentación.
Hoy en día, algunos instrumentos avanzados como el combina un generador de RF AWG y funciones de transceptor. Dicho equipo puede transmitir, recibir y procesar señales arbitrarias, eliminando así la necesidad de instrumentos adicionales.
Además de ahorrar espacio, la unidad individual es más fácil y rápida de configurar, más eficiente y rentable. Además, la eliminación de las interconexiones reduce los errores y otros problemas que afectarían la precisión.
Conclusión
La computación cuántica, la detección y otras aplicaciones basadas en la física cuántica tienen el potencial de brindar soluciones a una amplia gama de desafíos. Teóricamente, las computadoras cuánticas deberían ser más poderosas que las supercomputadoras basadas en transistores. Sin embargo, los científicos e investigadores todavía tienen que desarrollar computadoras comerciales que superen a los sistemas existentes.
En este sentido, las empresas de tecnología, las instituciones de investigación y los gobiernos dedican hoy en día una cantidad sustancial de sus esfuerzos y recursos a los estudios de física cuántica.
Sin embargo, las teorías y prácticas cuánticas son áreas complejas que requieren pruebas, experimentos y análisis avanzados para validar los productos en desarrollo. La naturaleza misma de las señales y formas de onda complejas requiere herramientas de instrumentación especiales con características más allá de los generadores funcionales habituales y los accesorios asociados.
En particular, los investigadores necesitan las herramientas adecuadas para realizar una amplia gama de experimentos cuánticos con todos los tipos de señales posibles. Finalmente, necesitan otras tecnologías y medios de apoyo para controlar y analizar los bits cuánticos.
