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Caracterización Electromagnética de Materiales. - Contenido educativo
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Excelente descripción de la metodología e instrumentación para la caracterización de materiales electromagnéticos.
La serie de seminarios virtuales de Keysight Technologies
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centrados en la instrumentación de medida de radiofrecuencia.
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El seminario de hoy se titula
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Caracterización electromagnética de materiales.
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Permítame presentarles al ponente de hoy.
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Adolfo El Solar es ingeniero de soluciones de radiofrecuencia y microondas
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en la organización de ventas de Keysight Technologies situada en España
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dentro de la organización de Europa, Medio Oeste, África e India.
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Ha estado trabajando en Keysight Technologies desde el 2006, después de finalizar su carrera como ingeniero de telecomunicaciones en la Universidad Politécnica de Madrid.
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Ha trabajado en distintas posiciones dentro de Keysight Technologies y ha ganado un profundo conocimiento en las distintas soluciones de radiofrecuencia y microondas que podemos ofrecerles.
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Mi nombre es Benjamín García, soy ingeniero de soluciones digitales en la organización de Keysight Technologies situada en España.
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Como Adolfo, nos encargamos de todos los servicios pre-venta y post-venta de las distintas soluciones que X8 Technologies puede ofrecerle.
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Durante la presentación de hoy, puede hacernos llegar en cualquier momento sus preguntas mediante la ventana de preguntas y respuestas Q&A que aparece en la parte superior derecha de su consola.
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Intentaremos responderlas en vivo al finalizar el evento, pero si nos quedamos sin tiempo, le responderemos por correo electrónico.
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La grabación de este evento estará disponible para su visualización después de finalizar el mismo y puede acceder a ella utilizando el mismo enlace que utilizó para conectarse al evento.
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Por favor, le agradeceríamos que complete la encuesta de satisfacción, ya que valoramos profundamente su opinión, nos ayuda a siempre a dar un mejor servicio y puede aprovechar el rellenar dicha encuesta para solicitarnos cualquier información adicional o que le contactemos.
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contactemos. También recomendamos a los oyentes de la grabación que completen dicha encuesta y
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aprovechen todas las herramientas interactivas incluidos en los enlaces de interés. Ahora les
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dejo con mi compañero Adolfo El Sorar y la presentación del evento. Bienvenidos al seminario
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de hoy, Caracterización Electromagnética de Materiales. El seminario de hoy es la segunda
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parte de un conjunto de dos seminarios. La primera parte, la vimos ayer, que es la medida de impedancia
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compleja en dispositivos y hoy veremos la caracterización electromagnética.
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En esta segunda parte lo que vamos a ver es, digamos, distintos tipos de técnicas de media
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de materiales. ¿Y por qué? Pues porque es interesante el conocer cómo se va a comportar
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un material en presencia de un campo electromagnético para distintas aplicaciones. Porque no es
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lo mismo si yo lo que quiero es someter el material a un campo externo que pueda ser
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una detección de radar y yo quiero, por ejemplo, algún tipo de enmascaramiento frente a ese
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radar o si lo que yo quiero es ver si utilizan cierta cantidad o exceden ciertos pesticidas
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en lo que sería alimentos o ver otro tipo de propiedades. Entonces, realmente, dependiendo
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del tipo de material que yo quiera ver, las aplicaciones son muchas y muy diversas. De
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De hecho, hay tantísimas, tantísimas aplicaciones que, bueno, incluso aquí que tengo un montón de palabrillas, por así decirlo, no sería un resumen completo.
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¿Cómo voy a caracterizar los materiales? ¿Qué es lo que voy a medir?
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En este caso lo que voy a hacer es una medida de permitividad y permeabilidad.
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Entonces, ¿qué es la permitividad?
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Pues la permeatividad, que a veces también se llama constante eléctrica, es la interacción que tiene un material con un campo eléctrico externo.
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Y la permeabilidad magnética indica la interacción que tiene con un campo magnético externo.
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Es normal que, por ejemplo, lo que es la permitividad se llamase constante eléctrica porque cuando esta propiedad se descubrió los métodos de medida no subían mucho en frecuencia y parecía constante.
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Sin embargo, luego hemos ido subiendo en frecuencia y hemos comprobado que este parámetro en los materiales no se mantiene constante, que va variando en función de la frecuencia, en función de la temperatura, en función de varios parámetros.
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¿Cómo va a funcionar?
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Primero, es un parámetro complejo y hablamos de permitividad relativa a la del vacío.
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¿Vale? Entonces, lo que sería la parte real, hemos dicho que es compleja, tiene una parte real y una parte imaginaria, la parte real es, en presencia de ese campo externo, cómo interactúa con él sin transformar esa energía.
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Es decir, si esa energía es eléctrica, se mantiene como eléctrica, si es magnética, se mantiene como magnética. El caso es que no va a transformarla, ¿vale? La almacenará en este caso, diríamos, ¿no?
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Y, bueno, pues es un intercambio. Y la parte imaginaria modela las pérdidas que sufre el campo, es decir, de toda la energía que me está llegando, ¿cuánta la estoy transformando? Normalmente en forma de calor, ¿vale? Pero lo importante es cuánta estoy transformando y, por lo tanto, no vuelve al campo, digamos, son pérdidas.
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Bueno, parte real, parte imaginaria, almacenamiento, pérdidas y bueno, la relación entre ellas, esa tangente delta, porque esto es una magnitud compleja, pues lo voy a llamar, pues esa tangente delta lo voy a llamar factor de disipación o a su inversa factor de calidad.
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Que esto es muy parecido a lo que veíamos en la primera parte, por ejemplo, con un condensador, con lo que es la impedancia, ese factor de calidad de una inductancia o ese factor de pérdidas de un condensador.
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Y la verdad es que el que esto sea similar me va a venir muy muy bien porque yo podría calcular, por ejemplo, cuál es de un material, ponerlo entre dos electrodos paralelos, placas paralelas,
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Poner el material entre medias, que sería como midi eléctrico, y gracias a calcular la capacidad del condensador resultante y su factor de pérdidas, podría calcular esa parte real e imaginaria de la permitividad del material que estoy poniendo.
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Relacionado con esto está un tema que es la constante de relajación.
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Es decir, el material va a estar interactuando con ese campo externo y el cómo va a interactuar es relativamente sencillo.
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A frecuencias bajas el material va a poder seguir la energía de ese campo y va a ir manteniendo, digamos, los átomos se van a ir reorientando en función de ese campo externo y esa polarización que va a tener va a ir orientándose a la frecuencia que tenga el campo.
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Muy bien, pues eso se va orientando, pero llega un momento en que esa velocidad es cada vez mayor, la frecuencia sube, y digamos que estas moléculas no están consiguiendo reorientarse siguiendo la misma velocidad del campo.
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Y entonces pierden algunos ciclos, se pierden en algún momento, y no consiguen reorientarse a la misma velocidad hasta que llega un momento en el que se pierden tanto que es que prácticamente ni se enteran de que hay un campo externo.
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La interacción que está teniendo con ese campo externo es muy baja.
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igualmente, debido a esa reorientación que está sufriendo
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pues las moléculas friccionan entre sí y generan temperatura
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al principio friccionan poco, pero luego según van generando
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al ir más rápido, generan más fricción, más temperatura
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y va habiendo un aumento en esas pérdidas hasta que llegan a un máximo
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este máximo
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se puede saber que a este máximo tenemos lo que sería la inversa de tau
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del tiempo requerido para que en ausencia de ese campo externo esas moléculas se relajen y el material vuelva a su estado de equilibrio.
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Entonces habrá un máximo, pero luego, al igual que dejo de enterarme un poco de qué va el campo, dejo de orientarme conforme a este campo porque va muy rápido para mí,
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por tanto voy friccionando menos, voy creando menos pérdidas. Con lo cual también esto exhibirá un máximo y luego bajará.
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Entonces, según mi aplicación, pues me interesa ya sea saber dónde está el máximo, porque a lo mejor lo que quiero es absorber la máxima cantidad de energía de ese campo y que no se refleje.
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Yo quiero un material absorbente, un material de sigilo, por ejemplo, en aplicaciones que puedan ser militares, por ejemplo.
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O yo lo que quiero es, a lo mejor yo estoy viendo, quiero saber dónde absorbe más energía y se calienta más un alimento, porque quiero saber dónde puedo aprovechar más ese campo externo para calentar un microondas o lo que fuera.
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Bueno, pues yo eso puedo evaluarlo también de estas propiedades. Pero vamos, que esta transparencia también lo que nos viene a decir es que este máximo nos va a indicar dónde está ese 1 partido por tau, que al final va a ser el tiempo que tarde en relajarse.
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Bien, esta gráfica también, fijaros que pongo que es agua a 20 grados, esta sería un, el agua a 20 grados son esos unos 80 de permitividad, entonces depende de la temperatura del material, si yo voy variando la temperatura de mi material, esta gráfica variará, ¿vale?
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y luego si yo empiezo a ver cómo es este mecanismo en función de frecuencia y subiendo bastante,
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pues veo que al principio es más o menos constante, por eso se hablaba de constante dieléctrica,
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hasta que llega a unas frecuencias en las que el material ya empezaba a pasar un poco del campo.
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Y igualmente lo que es el factor de pérdidas, sube y luego baja.
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De hecho, normalmente nosotros lo estaremos viendo de regiones de más o menos por aquí.
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Lo que sería decir, por ejemplo, en la sonda coaxial, que veremos más adelante,
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vamos a trabajar desde unos 200, 500 MHz hasta 20 o 50 GB, es decir, que estaríamos por esta zona de aquí.
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Aún así, hay soluciones que suben bastante en frecuencia.
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Y esto, por ejemplo, a 3 gigahercios, esto es un ejemplo de distintos materiales y qué propiedades eléctricas tienen.
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Evidentemente, dependerá de la temperatura, pero también de la frecuencia.
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Esto podría ser una gráfica tridimensional si realmente tuviéramos todo en cuenta.
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Podría ver dónde estaría más o menos el agua, dónde podría estar, por ejemplo, el alcohol,
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o si yo le pongo sal al agua, diversos materiales. Por ejemplo, el politetrafueletileno, es decir, el teflón, estaría en 2,10 más o menos.
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A la hora de hacer estas medidas de materiales, una de las cosas que tengo que tener en cuenta es que voy a actualizar un sistema de medida de materiales.
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Eso es lo que voy a usar. ¿Y de qué va a estar compuesto este sistema?
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Pues este sistema va a estar compuesto de un instrumento, va a estar compuesto de un útil de medida y va a estar compuesto de un software. En realidad, yo podría fabricarme mi útil de medida y yo podría coger los datos en crudo con mi instrumento y hacerme yo solo el cálculo matemático.
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Pero bueno, hoy en día, por suerte, los ordenadores hacen estas operaciones por nosotros. No tenemos que estar haciendo los cálculos a mano. Con lo cual, el software puede ser de gran ayuda a la hora de estar analizando estos datos.
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¿El instrumento? Bueno, pues yo voy a poder utilizar un analizador vectorial de redes, que esto lo comentaba marginalmente en la primera parte,
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lo que es la parte de los analizadores, ¿no? Pues sí, yo voy a poder hacer medidas de parámetros S y a partir de mis medidas de parámetros S voy a hacer un cálculo para sacar mi permitividad y mi permeabilidad.
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Pero también puedo utilizar analizadores de impedancia.
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En este caso, esto sería el 4294 de toda la vida. Ahora mismo el L4190 es un instrumento bastante más rápido que este y muy preciso y muy bueno, que es el que usaré para hacer una pequeña demostración de medida con este útil de medida concretamente, el 16451B.
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Este es un sistema que lo que tiene son electrodos de placas paralelas y lo que voy a poner es un material entre medias.
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Haría una especie de sándwich para hacer una medida. Esto lo veremos dentro de un ratito.
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Entonces, bueno, pues yo puedo utilizar un analizador de impedancia para hacer medidas también de materiales.
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¿Útiles de medida que puedo utilizar? Hay un montón.
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De hecho, el instrumento de medida junto con el útil de medida, pues muchas veces me da lo que es la técnica de medida.
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Y entonces, bueno, pues yo puedo tener placas paralelas para hacer una medida de capacidad del dispositivo.
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Yo puedo tener, por ejemplo, una medida de inductancia.
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Entonces yo estoy simulando un bobinado y yo tengo aquí mi core magnético, lo que quiero medir es este material que va ahí dentro.
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O yo puedo tener una sonda coaxial, porque a lo mejor esto sería una de las sondas coaxiales, esta es la de high performance.
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En la que yo estoy haciendo una medida en líquidos, esto se utiliza para líquidos o semisólidos. Y semisólidos me refiero, hombre, puedo hacerlo en geles y demás, pero por ejemplo, en alimentos yo podría utilizarlo.
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O, por ejemplo, si estoy haciendo una medida sobre un trozo de carne, pues tengo una sonda que podría pinchar en el trozo de carne, ¿vale?
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Entonces, bueno, pues yo puedo hacer medidas en diversos materiales.
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También tengo cavidades resonantes y, bueno, normalmente con la cavidad resonante lo que querré será medir dispositivos que sean muy finos, pues a lo mejor membranas o cosas por el estilo.
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También puedo hacer medidas en línea de transmisión, ¿vale?
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Lo que estoy haciendo es, en una línea de transmisión, estoy introduciendo mi material y estoy viendo cómo cambian las propiedades de mi línea de transmisión a la introducción del material.
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Y de tal manera que, con ciertos cálculos matemáticos, puedo extrapolar cuál es la permitividad de mi material.
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Y según cuál sea el algoritmo que estoy utilizando, que lo veremos también un poco más adelante, pues podré sacar información meramente eléctrica, o sea, lo que sea la parte de dieléctrico, o puedo sacar también la parte de permeabilidad magnética.
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Y el espacio libre es como una extensión de la transmisión.
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Lo que pasa es que en este caso lo que utilizo como medio de transmisión es el aire.
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Entonces yo tengo unas antenas que van a radiar esa señal.
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Yo aquí tengo unos espejos que también son concentradores que van a reflejar esa señal para que atraviese mi muestra.
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Y una vez que atraviese mi muestra, veré la señal que atraviesa la muestra, la señal reflejada,
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y lo puedo ver en directa, lo puedo ver en inversa, y con mis cuatro parámetros S sacar la información.
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Si yo tuviera que clasificar los útiles de medida que he mencionado hace un momento en función de tipo de material que yo voy a medir,
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bueno, pues para líquidos yo tengo, esto también sería en placas paralelas, o para geles yo puedo hacer medidas en sólidos, en líquidos o semisólidos, polvo por ejemplo.
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El polvo no es más que sólido disuelto en aire, ¿no?
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Yo puedo hacer también medidas y, en función del material que yo esté poniendo, voy a poder utilizar diversas técnicas.
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Y, como podemos ir viendo, depende de a qué frecuencia esté trabajando, tendré una capacidad o no con la técnica en cuestión.
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Es decir, con este útil de medida yo voy a poder llegar a 30 MHz, por encima no puedo llegar, pero hasta ahí es fantástico, cada uno tiene su punto fuerte.
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Y en cuanto al software, el software al que me refiero en este caso es el N1500A, que sería el software de medida de materiales.
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Entonces este software lo que hemos hecho es unificar muchas técnicas y muchos algoritmos en una única interfaz gráfica para una mayor coherencia y unidad a la hora de manejar la herramienta, que sea lo más sencillo posible.
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Pero también es una herramienta muy potente que me va a permitir extraer un montón de información, incluso hacer un montón de gráficas simultáneamente.
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Con lo cual lo veremos un poco más adelante, pero esto es una herramienta muy interesante también.
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Bien, en cuanto a las técnicas, pues antes las he mencionado rápidamente, estas son las técnicas que vamos a ver hoy, y bueno, pues vamos a ver la técnica de sonda coaxial, de hecho empezaremos viendo placas paralelas, luego veremos el método de inductancia, después hablaremos de lo que sería la sonda coaxial, para hablar después de la línea de transmisión, el espacio libre y por último la cavidad resonante.
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Bueno, de todas esas técnicas, ¿cuál es la mejor? Y lo curioso es que aquí es como tantas otras preguntas que se hacen un poquito de manera genérica. La respuesta es siempre la misma. Depende. ¿Cuál es la mejor? ¿Para qué? ¿Qué es lo que quieres hacer? ¿Qué quieres medir?
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Entonces, dependiendo de varios factores, como por ejemplo, a qué frecuencia queramos hacer el ensayo, o cuál es el valor esperado de épsilon o de mu, o si solo quiero épsilon o si solo quiero mu, o qué precisión necesito obtener en mi ensayo.
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También es importante saber las propiedades del material.
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No es lo mismo un material homogéneo que uno que no sea homogéneo, un heterogéneo.
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Hay muchos métodos que te dicen, no, no, esto solamente es para materiales homogéneos.
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Eso es lo que te está diciendo, no es que no puedas medir un material heterogéneo.
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Lo que te está diciendo es que la medida que hagas sobre un material heterogéneo
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no la puedes extrapolar a otras muestras de ese material porque es heterogéneo.
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Un ejemplo de material heterogéneo.
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Pues mi mano.
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Yo si me pongo con una sonda coaxial a medir puntos en mi mano, no va a ser lo mismo si estoy en un dedo, o si estoy en la palma de la mano, o donde esté.
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Entonces, como no va a ser lo mismo, yo no puedo extrapolar esa medida que haga a otros tejidos carnosos, ¿vale?
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pero si yo quiero ver
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si por ejemplo mi mano ha sufrido algún cambio
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yo puedo hacer un mapeado de mi mano
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yo puedo medir mi mano
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y luego al cabo de un tiempo volver a medirla y ver si ha habido algún cambio
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¿y esto puede ser interesante?
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pues sí, puede ser interesante
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por ejemplo si yo estoy haciendo este tipo de técnicas
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en un cuerpo humano, pues hay ensayos
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y hay ensayos muy interesantes acerca pues
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para la detección de células cancerígenas
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en las que yo lo que tengo es una muestra
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del paciente sano
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y yo puedo hacer medidas
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cada X tiempo
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y ver si ha habido algún tipo de cambio.
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Y esto, por ejemplo, es muy interesante
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cuando ya ha habido una intervención
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y se ha extirpado
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un tumor o lo que sea
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y en vez de tener que estar abriendo
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para verificar, el poder hacer
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una medida no invasiva y poder hacer
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un seguimiento del paciente, por ejemplo.
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¿Qué otras cosas son muy interesantes?
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La forma del material no es lo mismo si es un líquido,
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si es un sólido,
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si es un material que es una membrana muy fina,
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En fin, la forma del material también me va a influir un montón.
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Y, por supuesto, restricciones en el tamaño de muestra.
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Veremos luego más adelante, por ejemplo, que en espacio libre hace falta que el haz que estoy haciendo incidir sobre el material esté contenido por completo en el material.
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Eso significa que si yo estoy en frecuencias muy bajas, necesito tener mucho material porque la longitud de onda es muy alta.
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Es muy grande. Una longitud de onda de baja frecuencia es muy grande.
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Entonces, si yo tengo una restricción de muestra, pues a lo mejor ya la propia muestra me está diciendo cuál es la frecuencia mínima a la que tengo que trabajar.
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Y la de ahí, hacia arriba.
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Entonces, las restricciones de la muestra son importantes.
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¿Qué más parámetros debo tener en cuenta?
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Pues si el método va a ser destructivo o no destructivo.
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Y esto es muy importante.
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Es decir, si yo tengo un método o necesito hacer una medida de una forma no destructiva, pues no puedo utilizar un método destructivo.
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Claro, podría ocurrir que me dijera, no, es que tengo que hacer estas medidas y es que las muestras son muy caras, entonces hay que hacer una medida no destructiva.
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Y a lo mejor, pues por las características de ese material, pues la solución no destructiva es muchísimo más cara que una solución destructiva.
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Ah, bueno, pues a lo mejor ya, ¿vale?
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Habría que ver si es por eso, porque si es que es no destructivo o no.
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No, no, es que tiene que ser no destructivo, porque yo después de hacer esa medida en este material,
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tengo que seguir haciendo más pruebas en este material, tengo que utilizarlo para otras cosas.
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Entonces, si me lo destruyes, no puedo.
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Vale, pues ahí es no destructivo, no destructivo.
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O sea, no es que depende del dinero, no, no, es que esto, tengo que hacer pruebas sobre ello.
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Entonces, el que sea destructivo o no destructivo, pues también es importante.
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O si es de contacto o no contacto. Es decir, si yo por el mero hecho de estar en contacto con un material altero sus propiedades, pues no puedo estar en contacto para medirlo, porque entonces no lo mediría, mediría otra cosa.
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Entonces, si por el mero hecho de evaluar o medir algo, ese algo cambia, no lo estoy midiendo bien.
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entonces esto también es importante
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y luego la temperatura
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es decir, si tienes o no que hacer medidas a distintas temperaturas
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¿y esto por qué es muy importante?
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porque aunque no es especialmente complicado hacer medidas
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incluso medidas de impedancia a distintas temperaturas
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como veíamos al principio que en función de la temperatura
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los componentes cambiaban, los materiales también pueden cambiar
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cambia de hecho su valor de dieléctrico en función de la temperatura
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Pues no es lo mismo hacer una medida en 4 o 5 puntos de temperatura que tener que estar haciendo una medida en muchos más puntos de temperatura.
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Porque, a ver, no es difícil, pero lleva mucho tiempo.
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Porque yo cambio la temperatura del material y tengo que asegurarme de que todo lo que está en contacto con el material tiene que estar a la misma temperatura para asegurarme que el material está a su temperatura.
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Y a lo mejor eso me impone hacer una espera entre punto y punto, entre variación y variación de temperatura, de muchos minutos.
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Yo he visto especificaciones que te decían media hora. Media hora solo de esperar y luego mides. Y claro, si te dicen, no, no, esto lo tengo que hacer en 6 puntos de medida, me tienes mínimo en esperas 3 horas. No, no, pero es que además, o sea, lleva tiempo. Entonces, saber si tienes que hacer medidas en distintas temperaturas o no, pues también es importante.
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Si yo miro las soluciones que comentaba, o las técnicas y soluciones asociadas, y las clasifico entre líquidos, sólidos, etc., bueno, pues yo veo que para la sonda coaxial me va muy bien para líquidos hasta 50 gigas.
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La línea de transmisión, pues desde unas frecuencias relativamente altas, porque si voy hacia abajo, necesito mucho material hacia arriba.
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igual que en espacio libre
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en espacio libre
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si quiero bajar en frecuencia tengo que tener una cantidad de material
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muy muy muy grande y entonces pues no
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suele ser práctico
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pero bueno, pues dependiendo de
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también, oye, es un sólido pero es una membrana
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pues mira, por una cavidad resonante
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las veces que he hecho
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demostraciones con la cavidad resonante
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como material bajo prueba
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a veces he utilizado pues una tarjeta como las de
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las de crédito o la tarjeta
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de entrada a un hotel o similar
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y la verdad es que funciona muy bien
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Es un útil de medida muy cómodo de usar, pero bueno, hay otras soluciones en frecuencias superiores.
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Y podemos llegar a subir muchísimo en frecuencia.
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Esto sigue siendo un poquillo resumen de lo que he comentado anterior.
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Básicamente para que lo tengáis en las transparencias, en función de las pérdidas del material y la frecuencia en la que quiero trabajar, pues en qué tipo de técnica podría utilizar.
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Es decir, las placas de espaguetas están muy bien para unas pérdidas medias.
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Si tiene unas pérdidas muy muy bajas, por lo mejor me interesa irme a una cavidad resonante.
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Y si tiene unas pérdidas muy altas, pues la sonda coaxial va muy bien.
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Pero la sonda coaxial, si el material tiene muy bajas pérdidas, pues me va a dar cierta incertidumbre.
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Entonces, en función de las pérdidas del material, pues también el método de medida.
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Voy con la primera técnica.
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La primera técnica que es la de placas paralelas.
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Bueno, en este caso lo que voy a hacer es medir la permitividad del material y lo que voy a hacer es medir un condensador.
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Entonces, esto es muy sencillo. Yo pongo entre dos electrodos paralelos un material, este es mi dieléctrico, calculo mi condensador y en función de mi condensador yo puedo sacar lo que sería la parte real y la parte imaginaria de mi permitividad compleja.
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¿Vale? La permeabilidad compleja, la permeabilidad redonda compleja la puedo sacar.
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Y a priori pues parece súper sencillo, ¿no?
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Bueno, pues ya está.
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Vale.
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Entonces yo aquí estoy generando un campo, ¿no?
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Pongamos que por aquí incide la energía y sale por arriba.
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Pero es que las líneas de campo no son siempre rectas.
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Es decir, llegarán a este electrodo y hay líneas de campo que hagan una curva.
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Líneas de campo que estén curvadas y digo, es que están llegando a mi otro electrodo y no están pasando por mi material.
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Si esto ocurre, me está falseando la medida.
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¿Y qué puedo hacer?
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Porque claro, yo me las prometí a todos felices.
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Ah, pues lo que puedo hacer es, hago que mi material sea más grande que las superficies de los electrodos.
00:25:41
Vale.
00:25:48
Y aún así seguro que encuentras alguna línea de campo que pasa de tu material y llega a mi electrodo.
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¿Qué vas a hacer?
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Ahora os comentaré una solución.
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Pero otras situaciones.
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Entonces, mi material, aunque debe ser un sólido, plano, con las dos caras paralelas, teóricamente no debería aquí haber ningún tipo de... que no se me cuele aire, porque si se me cuela aire, estaré midiendo dos dieléctricos, aire más material, y de hecho, pues mi permitividad variará, porque la del aire es uno.
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Entonces, bueno, pues, uff, si se me cuadra el aire lo estoy falseando.
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¿Qué puedo hacer? Bueno, pues puedo hacer muchas cosas.
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Primero, en cuanto a lo que de los electrodos, lo que comentaba.
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Pues lo que yo puedo hacer es que mi electrodo de arriba, poner un electrodo guardado y un electrodo de guarda.
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Es decir, este sería, el de aquí, que vemos en negro, mi electrodo guardado.
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Las líneas de campo que atraviesan al material llegan a mi electrodo guardado.
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Pero las líneas de campo que no atraviesan mi material llegarían a mi electrodo de guarda. Y mi electrodo de guarda, la energía que llega ahí, yo no la cojo. Yo solamente cojo la mía, la del guardado. Con lo cual, ese problema me lo he quitado de en medio.
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Vale. Y en cuanto a lo que sería el decir, no, es que ahí se me cuela aire. ¿Qué puedo hacer al respecto?
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Bueno, pues una de las cosas que puedo hacer en cuanto al se me cuela por aquí aire es el decir, bueno, pues yo en vez de hacerlo con contacto, lo puedo hacer sin contacto.
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Es decir, yo puedo separar los electrodos a una distancia fija y aunque mi muestra parezca una patata ondulada, mientras su espesor sea más o menos constante, yo puedo decirle, bueno, pues esto es, yo haría dos medidas.
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Esta es mi medida de que solo tengo aire como eléctrico.
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Y ahora hago la misma medida pero metiendo el material y diciendo cuál es el espesor de mi material.
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Y eso hará que mi medida sea mejor, mucho más precisa.
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Entonces, eso es una de las cosas que yo puedo hacer a la hora de realizar esas medidas de placas paralelas.
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Si vamos a lo que serían las soluciones, tenemos una solución con el E4990, que es para baja frecuencia.
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Esto sería el puente autoequilibrado, tengo aquí mis cuatro terminales BNC, de lo que serían mis terminales unknown, y yo voy hasta lo que sería mi útil de medida.
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En este caso está tumbado porque lo dejamos tumbado mientras hacemos el ajuste y la calibración, pero luego cuando medimos esto se pone de pie.
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El micrómetro estaría en vertical y estas dos placas estarían en horizontal, de tal manera que la muestra queda ahí.
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Porque si no vaya rollo, si no separo esto para hacerlo sin contacto y se me cae la muestra, pues no. Esto estaría girado 90 grados.
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Y el otro sería con el E4191, que este es un analizador de RF y UV, igual que este era el punto del E4191, este es de punto autoequilibrado, este es de RF y UV.
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Y también este sería el útil de placas paralelas con el que mediría.
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Este es mi test head que comentaba en la primera parte del seminario, que aquí tiene su transformador, que limitaba la frecuencia para empezar a un megaherzio, por eso empieza a un megaherzio.
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Y en este caso el gigaherzio me lo limita el útil de medida, hasta un giga. Igualmente este útil de medida llega hasta 30 megaherzios.
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Bueno, estas son algunas de las prestaciones, pero lo que voy a hacer es tanto en este como en el siguiente, voy a haceros una corta demo, una demo cortita de una medida de permitividad con este equipo.
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Voy a hacer una medida con lo que sería el método de placas para helas, es decir, yo he lanzado el software de materiales, el N1500, y lo que le he dicho es que va a funcionar con el método de placas para helas.
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Entonces, he lanzado el software y a la hora de la calibración le he ido por todos los cinco pasos de calibración.
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Estos pasos incluyen la verificación del paralelismo del útil de medida, el 16451B.
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Es un proceso relativamente largo para este vídeo, entonces ya lo he hecho.
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y luego a la hora de medir, lo que tengo que decir es definir la medida
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y le voy a decir que yo tengo el útil de medida 16451B, que el electrodo es el A
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le voy a decir que mi material bajo prueba, en este caso es una lámina de teflón
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de unos 2 milímetros de espesor, más o menos
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le voy a decir que el método es de no contacto y que la separación entre electrodos va a ser de 4 milímetros
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Entonces, una de las cosas que voy a decirle, bueno, quiero que sea entre 20 Hz, 30 mHz, un parito lineal, 100 puntos, etc.
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A la hora de hacer la medida, yo le he dicho que la configure y le voy a decir que lance la medida.
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Entonces, lo que va a decirme primero es, como le he dicho que es el método de no contacto, me va a decir que quiere medir sin material en el útil de medida.
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Él realiza su medida y cuando termina su medida me vuelve a preguntar para qué le introduzca el material bajo prueba.
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En este caso, lo que sería la planchita de teflón, que es lo que acabo de insertar ahora mismo.
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Y le digo que mida y entonces él va a hacer el cálculo de la permitividad, en este caso, del material que le he introducido.
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Y me está diciendo, bueno, pues para los valores que me has introducido es de 2,15.
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Sabemos que el teflón, en teoría, da 2,10.
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También depende un poco de cómo esté la muestra, etcétera, etcétera, o de si he calculado correctamente el espesor.
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Entonces, a lo mejor, oye, que no has calculado correctamente el espesor porque es un poquito más de 2 milímetros.
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Pues concretamente, si utilizas el calibre, pues te da que el espesor de tu muestra es de 2.04 milímetros.
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Venga, vale, la he vuelto a medir, veo que es esto.
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Como lo que es la medida con el equipo ya estaba hecha, lo único que cambia es el espesor de la muestra,
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que ahora cuando la he utilizado el calibre ya sé cuánto vale, pues le digo que me recalcule la medida.
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Dice, bueno, pues una vez recalculado te va a dar 2,10, 2,11 aproximadamente.
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Ah, vale, perfecto, pues aquí tengo la medida.
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De hecho, no solamente me va a dar lo que es la parte real y la parte compleja de la permitividad, la tangente de delta,
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además, si yo expando esto, me está calculando, pues como hemos dicho, la parte real, la parte imaginaria,
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tangente de pérdidas, el módulo
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me va a calcular
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la capacidad en paralelo
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el factor de disipación
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básicamente
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me va a calcular
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todos estos parámetros porque
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él lo que está haciendo es una medida de placas
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paralelas, está midiendo un condensador, con lo cual
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la capacidad y el factor de disipación lo tiene
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y a partir de ahí, él va a ir
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calculando
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el resto de parámetros
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igualmente yo por ejemplo
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a la hora de definir la escala
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él normalmente me lo va a definir
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pues entre 0 y 100
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lo que pasa es que entre 0 y 100 para esta medida queda un poco raro
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yo le puedo decir que me lo auto escale
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bueno aquí le he dicho de fijar yo la escala
00:34:00
pero puedo decirle que me lo auto escalase
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y dice bueno pues si te lo auto escalo te lo pongo así
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si yo le fijo la escala
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en el que la mínima
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en vertical sea 0 y la máxima sea
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pues 3,5 por ejemplo
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pues me la estaría poniendo
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aquí mi media de mi teflón, ¿vale?
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Y bueno, también podría haberle dicho
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que no fuese un método de no contacto,
00:34:24
sino que fuese un método de contacto, ¿vale?
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Y entonces, para lo que es el método de contacto,
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lo que yo voy a hacer ahora es, pues, asegurarme
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de que tengo un buen contacto y, bueno,
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ahí está. Vale, ya tengo lo que sería el contacto,
00:34:40
Le voy a decir que vuelva a medir. Ya no hago un recalculator, ahora lo que voy a hacer es medir.
00:34:43
Y dice que introduzco el material de bajo prueba, le digo que sí.
00:34:53
Él está midiendo para sacar los nuevos resultados y ahora terminará en un periquet.
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Y este sería el resultado de la medida de contacto.
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¿Qué es lo que ocurre? Que mi plancha de teflón está un poco curvada.
00:35:13
Entonces, claro, va a ocurrir que en algunos puntos el efecto del aire sea más evidente.
00:35:18
Aquí tengo un poquito de aire y se me ha colado, con lo cual me baja el resultado de la permitividad.
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Por eso me daba mucho más precisión, era mucho más estable la medida de no contacto.
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Porque si mi muestra no es perfectamente plana, bueno, pues puedo compensarlo.
00:35:40
No me importa tener como dieléctrico solamente mi material, sino también tener aire por encima o por debajo mientras el espesor de mi material sea constante y más o menos plano.
00:35:45
En mi caso está un poco curvada la plancha y por eso queda mucho mejor con el método de no contacto.
00:35:58
Y bueno, pues vista la pequeña demostración con el L4990 y el 16451B, lo que voy a mostraros ahora es una pequeña demostración con lo que sería el L4991B y el 16453A, que es también de placas paralelas y lo que pasa es que en este caso voy a ir desde un megaherzio hasta un gigaherzio en la medida.
00:36:05
Vale, voy a hacer una demostración de medida de materiales, concretamente de permitividad, con el E4991B, con el método de placas paralelas del E4991B.
00:36:33
Entonces, bueno, lanzo el software, el M1500, que es un software de medida de materiales, y voy al método que utiliza el E4991B.
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Concretamente voy a utilizar el E4991B con el útil de medida 16453A para placas paralelas.
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lo primero que va a hacer es
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conectar con el instrumento
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una vez lanzamos el software es el primer paso
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que realiza siempre
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hemos conectado con el instrumento
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lo sé porque aquí abajo me lo está indicando
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de 49.91b con el puerto
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bien, estoy con el equipo conectado
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entonces una de las primeras cosas
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que tengo que configurar
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es la medida, que tipo de medida voy a hacer
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entonces
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primero le voy a decir que vaya
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de un megaherzio
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a un gigaherzio
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tipo de barrido logarítmico, venga, vale
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número de puntos 51, pues venga, vale
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promedio por puntos
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16, bueno, va a ir lentito
00:37:41
pero venga, vale, el útil de medida
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16453, perfecto
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el espesor de la muestra
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que voy a ponerle, le voy a decir
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que la primera muestra
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que le voy a poner es
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de 800 micras
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y bueno, la carga que voy a utilizar y el espesor
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de la carga, venga, vale
00:38:01
le doy clic en ok
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y él está configurando el equipo, de otra manera que le va a decir que vaya de un mega a un giga, etc.
00:38:04
La siguiente cosa que tengo que hacer es calibrar.
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Entonces lo que me dice es, paso 1 de 3, oye, para el open, coge el útil de medida y ponlo en la condición de abierto.
00:38:15
Bueno, pues yo lo he puesto en condición de abierto, le digo que mida y él va a ir haciendo esa medida.
00:38:24
¿Qué ocurre? Que como yo le he dicho que me haga 16 promediados, tendrá que hacer 16 barridos antes de darme un resultado.
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Si le hubiera puesto menos promediados, pues lo haría más rápido.
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Al fin y al cabo, esto es una decisión, un compromiso de cuánto de rápido quiero obtener la medida y cuánto ruido quiero eliminar de mi medida.
00:38:40
Entonces, en este caso ya he hecho la medida de abierto, ahora me dice que haga el siguiente paso y que le haga un short.
00:38:49
En este caso, eso es bastante sencillo porque es básicamente asegurarnos de que los electrodos están en contacto.
00:39:00
Le digo que mida y una vez más va a hacer sus 16 medidas para tener la máxima precisión posible, etc.
00:39:07
Pero vamos, que son las que yo le he configurado en la configuración de medida, ¿vale? Bueno, cuando termine de hacer sus barridos de calibración, me pedirá la carga. Y en este caso, bueno, pues la carga yo le he dicho que es un material del que yo conozco cuál es su permitividad, ¿vale?
00:39:15
Entonces, me dice, oye, mete la carga, colócame en la condición en la que tengo una carga y con esa carga ya introducida, pues realiza la medida.
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Entonces, va a hacer de nuevo sus barridos y cuando termine, me habilitará este botón en el que pone down, que es básicamente que ha terminado.
00:39:51
Y una vez que eso esté habilitado, lo voy a pulsar y habré terminado con la calibración.
00:39:59
Una de las cosas es que inicialmente, si no me equivoco, le he definido que el material bajo prueba tiene un espesor de 800 micras.
00:40:04
Perfecto. Pues le voy a decir que me mida un material con ese espesor y que me dé el valor de permitividad que tiene.
00:40:16
Y me está dando un resultado que no es exactamente eso. ¿Qué ocurre? Que en realidad, aunque yo le he dicho 800 micras, no tiene 800 micras, tiene 760.
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Con lo cual, si yo ahora le digo que me lo recalcule, porque me puedo haber confundido en la introducción de ese espesor,
00:40:48
él no tiene que volver a hacer toda la medida
00:40:55
él me lo recalcula y me muestra los resultados
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ah, perfecto, bueno, pues esta traza me interesa
00:41:00
yo la voy a guardar
00:41:02
le digo que me guarde los datos en memoria
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que me la muestre por pantalla
00:41:05
y le voy a indicar
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bueno, pues le voy a poner un nombre
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en este caso, pues el material que he medido
00:41:11
vale, ahora voy a hacer una medida de otra muestra
00:41:15
pero esta otra muestra tiene un espesor diferente
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esta otra muestra voy a medir un material
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que es un epoxi y que tiene un espesor de 650 micras.
00:41:24
Entonces lo primero que tengo que decir es que el espesor de mi material son 650 micras
00:41:31
y lo siguiente que le tendré que decir es que me lo mida.
00:41:39
Entonces le voy a decir que me lo mida el material.
00:41:46
Y él ahora lo que va a hacer es la medida de este nuevo material.
00:41:50
Vale, pincho en él para que me dé el resultado de la medida y, de hecho, lo que voy a hacer es escalar esto un poquito.
00:41:57
De hecho, le voy a decir que en vez de hasta 100, que vaya hasta 10, por ejemplo.
00:42:04
Vale, entonces yo tengo aquí mi medida de mi epoxi, que yo tengo aquí mi tabla de puntos,
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pues aproximadamente 4,5, depende de a qué frecuencia esté trabajando,
00:42:15
y aquí tengo mis datos de mi politetrafluoridileno.
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De hecho, lo he puesto mal el nombre. Vamos a renombrarlo. PTFE. Ahora sí.
00:42:28
Vale, bueno, pues yo tengo aquí mis medidas, tengo mis dos materiales bajo prueba, yo tengo los datos que me ha sacado y le puedo decir adicionalmente que me cree un informe, por ejemplo.
00:42:41
Entonces yo me vendría a lo que sería la parte de crear un informe y lo puedo ir rellenando diversos campos,
00:42:56
como empresa, nombre de usuario, en fin, una serie de datos que utilizaré para que me rellene automáticamente el informe.
00:43:02
Le voy a pedir que me guarde la parte real e imaginaria, la permitividad del material que he medido
00:43:13
y le voy a indicar en dónde quiero que me los elabe.
00:43:18
Entonces, para ello me voy a ir a la parte de indicarle el nombre del archivo, a la parte de Browse, y aquí pondré el nombre. En este caso va a ser Informe.
00:43:24
Entonces, lo que yo he hecho ahora es abrir el informe que me ha creado y lo que estaría viendo es que me dice, pues mira, la frecuencia va de 10.000 Hz a 1 GB.
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Me están dando todos los parámetros que yo le he puesto para hacer esta medida, la fecha, etc. Me dan autoescalado lo que sería el parámetro de la parte real, la parte imaginaria, el informe con los puntos, etc.
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Y así de sencillo es realizar medidas de permitividad con el E4991B y, en este caso, el útil de medida del 16453A.
00:44:07
Bueno, vista la pequeña demostración con el E4191B, el E16453A y lo que es el software de media materiales, esta segunda un poco más completa que la anterior, pero bueno, básicamente como son métodos muy similares tampoco quería extenderme en la anterior.
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Y, bueno, si hago un pequeño resumen de lo que sería la técnica de placas paralelas, bueno, pues una técnica para evaluar la permitividad. Es una técnica que, bueno, es relativamente sencilla para lo que es el cálculo de esa permitividad relativa y, bueno, funciona muy bien para materiales que son a lámina, materiales planos.
00:44:39
Es bastante económica y es muy precisa, sobre todo en frecuencias muy muy bajas.
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Es la mejor para frecuencias muy bajas.
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Sin embargo, puedo llevar solamente hasta un gigaherzio en la frecuencia más alta.
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Y necesito que la muestra sea plana y suave.
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Pero bueno, puedo hacer esas medidas con muy buenas precisión.
00:45:24
Por ejemplo, en la primera parte, cuando tenía mi plancha de teflón, de polietileno, que era un poquito curva, yo puedo hacer una medida de no contacto y compensar esa no planicidad total de mi muestra, aunque sí que tiene un espesor constante.
00:45:30
Y puedo hacer una medida con muy buena precisión.
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Otra técnica de medida sería una medida de inductancia.
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En este caso, lo que voy a hacer es asumir que mi material que estoy midiendo es una inductancia. Yo voy a tener aquí mi core. No es exactamente toroidal, porque para que fuera un toroid tendría que tener una sección circular.
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La sección sería rectangular, es decir, es como un cilindro a hueco en este caso. Lo importante es que tengo que conocer perfectamente, o con la mayor exactitud posible, el volumen de material que estoy poniendo.
00:46:09
Y lo que voy a asumir es eso, voy a medir una inductancia sin material, luego voy a meter el material y con eso voy a sacar mi información.
00:46:22
Es decir, este es el útil de medida, lo tengo en dos tamaños, este es un tamaño, este es otro tamaño, o sea, distintos diámetros.
00:46:31
Y lo que yo voy a hacer es, esto que tengo aquí en el centro es como una especie de pirámide escalonada que me permite centrar el material, ya sea tenga el diámetro interior que tenga, lo puedo centrar.
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y entonces yo voy a meter aquí mi material
00:46:51
cuando haga la medida
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pero a la hora de hacer la calibración
00:46:55
por así decirlo
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o tarar o puesta a cero
00:46:59
hago primero una medida
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con el elemento en vacío
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pero sí con el sample holder
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o sea con este posicionador
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y luego ya meto mi
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ferrita o lo que sea
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y hago la medida
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y obtengo los resultados
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es una medida relativamente sencilla
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muy rápida de hacer
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que obtiene resultados muy interesantes. Este útil inicialmente diseñado para utilizarlo con el RFIV, con el E4991B, yo lo puedo utilizar directamente en el equipo
00:47:21
con una opción que tiene el equipo o lo puedo utilizar con el software de media de materiales en el N1500 y además con el adaptador adecuado puedo utilizar este útil
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en el puente autoequilibrado
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que lo que tiene es un adaptador que me va a cambiar
00:47:47
esos cuatro terminales
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BNC a un terminal APC7
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para poder introducir esto aquí
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y eso me permite hacer una medida desde un kiloherzio hasta
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120 megaherzios
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y en este caso pues desde un megaherzio hasta un giga
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dependiendo de cuál sea mi frecuencia de trabajo
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y interés, pues utilizaría una solución
00:48:03
u otra
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y lo bueno es que
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este método es muy muy bueno, es muy preciso
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tiene
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un rango de frecuencia bastante amplio, es muy sencillo de utilizar, es muy económico
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y lo que sí que tiene es una frecuencia limitada dependiendo de la capacidad que te presenta
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el útil que estás poniendo. Con lo cual, sólo puedes utilizarlo para materiales que
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tienen muy baja permitividad. Pero bueno, es un método bastante interesante. ¿Qué
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¿Otra técnica que tenemos? Otra de las técnicas que tenemos es la sonda coaxial. Y de hecho, la sonda coaxial es una técnica muy curiosa, muy interesante, en la que, bueno, en esta imagen lo que estamos viendo son tres sondas.
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Esta desde aquí hasta aquí es una de ellas, concretamente es esta, que es la sonda de altas prestaciones.
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Esta de aquí es la sonda de alta temperatura y estas tres son la misma, es la sonda Slimform.
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Esta incluso se podría doblar para ponerla en sitios de difícil acceso.
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Y esto que vemos aquí lo veremos luego con un poquito más de detalle, pero básicamente estos son los cortos de calibración.
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Este corto de calibración es para las altas prestaciones, este es para la alta temperatura y este es para SlimFarm.
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¿En qué se basa este método?
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Bueno, pues este método se basa en que yo voy a hacer incidir una señal sobre mi material,
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esa señal se reflejará en el material, volverá, y yo haré una medida.
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Es una medida de reflexión.
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¿Qué ocurre?
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Que necesito que esa reflexión ocurra toda ella dentro del material,
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con lo cual estoy asumiendo que tengo un material semi-infinito.
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Es decir, ¿cómo puedo calcular yo que mi material es infinito? Pues muy fácil. Pongo el material y mido. Obtengo un resultado. Y ahora, justo detrás del material, pongo un elemento como por ejemplo un elemento conductor, un corto, algo metálico, y vuelvo a medir.
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si mi medida varía
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no tenía suficiente material
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es decir, si mi medida varía
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es porque la señal que ha vuelto reflejada
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se ha visto afectada por ese material
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que he puesto detrás, ese conductor
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que he puesto detrás, con lo cual
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no es correcta, ¿vale? tengo que poner suficiente material
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solamente me da
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la permitividad, no magnético
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para materiales isotrópicos
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son homogéneos, esto es lo que comentaba antes
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si yo estoy midiendo mi mano
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¿puedo extrapolar la información de mi mano a otras manos?
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no
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¿Puedo extrapolar a otras partes del cuerpo? No. Pero si yo estoy haciendo un seguimiento en una aplicación concreta, pues sí, sí podría. ¿Vale? O, por ejemplo, usted se utiliza para el control de pesticidas en ciertos elementos, ¿no? Es decir, pues me vienen camiones y camiones de frutas. Voy a hacer medidas químicas en todos ellos, aunque tome muestras. Pues es que las medidas químicas requieren reactivos y eso, pues es un fungible que cuesta mucho dinero. A la larga, ¿no?
00:50:40
Pero si yo puedo hacer primero una selección preliminar con este tipo de método que no me requiere ningún tipo de reactivo y yo puedo discriminar sospechosos de no sospechosos y luego esos sospechosos ya los llevo al laboratorio de química a evaluar, pues estoy ahorrando muchísimo dinero.
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Con lo cual, es un método muy interesante. ¿Y cómo te aseguras de que no tienes burbujas de aire? Claro, porque yo esto lo meto y haga lo que haga.
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Ahora esto, bueno, a ver, yo lo que suelo hacer cuando tengo líquidos es coger una jeringuilla y creo una corriente, empujo cualquier burbuja que pueda haber ahí, pero al final pues cada uno tiene su método, ¿no? Y con eso me aseguro que no me he quedado ninguna burbujita ahí debajo.
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¿Puedo medir semisólidos? ¿Puedo medir polvo? ¿Puedo medir líquidos? ¿Qué ocurre cuando mido semisólidos?
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Pues el problema con los semisólidos, concretamente con el polvo, es conocer correctamente su densidad.
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Porque tú tienes una cantidad de material y en función de cuánto material tengas en tu holder, te va a afectar.
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Entonces, claro, eso complica un poco las medidas, lo que es la forma de hacer la medida.
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y esto es muy sencillo, o sea, tú coges espeso tu material y ahora vas a llevar tu material a la muestra,
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o sea, al portamuestras concretamente para medir y al volcar ese polvo que has metido, pues hay una nubecilla,
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pues ya has perdido parte de tu masa. ¿Cuánto has perdido? Ah, no lo sé. ¿Es significativo o no es significativo?
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No lo sé. Hombre, yo cuando cojo y hago un azucarillo y me echo el azucarillo en el café, se ve un polvillo de azúcar.
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¿Es significativo? Pues no, para mí no, porque estoy poniéndome azúcar en el café.
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Pero, ¿para tu medida? Pues no lo sé. Depende de la medida. Entonces, ese tipo de cosas son delicadas. Por eso, hacer medidas en polvo siempre es más complicado. Pero bueno, puedes hacer medidas.
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¿Qué tipo de sondas tengo? Que os he mostrado tres sondas. Bueno, tengo la sonda de alta temperatura. Esta sonda, dicho, la zona que mide es esto. Lo otro, que es más grande, es simplemente para que sea más sencillo apoyarlo sobre una superficie.
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¿Vale? Y esta sonda va desde 200 MHz hasta 20 GB, aunque bueno, si la utilizas con el método de RFI-UV, con el E4991B, con el sensor de impedancia, pues podéis bajar hasta 10 MHz, lo cual pues está muy muy bien.
00:53:23
La alta temperatura, desde menos 40 a 200 grados. Lo de que sobreviva a químicos corrosivos, lo que digo siempre, no es un reto, no se trata de decir, ah, pues voy a ver si esto lo sobrevive también. No, habrá cosas a las que no sobreviva, evidentemente, pero en general sobrevive a muchísimas cosas.
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¿Cómo puedo saber si lo que voy a medir va a dañar o no mi sonda? Pues nosotros en las especificaciones decimos de qué está hecha la sonda, de qué materiales está en su parte externa, y con eso tú sabes si tu material va a ser atacado o no por lo que quiera que vayas a medir.
00:54:00
La SlimForm va de 500 MHz a 50 GB y es fungible. Está muy bien para hacer un montón de medidas, sobre todo en líquidos y semisolidos blandos.
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y luego tenemos lo que sería las altas prestaciones, la high performance, que esta lo que me va a combinar son estas dos, por así decirlo.
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Es decir, yo tengo un rango de medida de 500 MHz a 50 GB y además yo tengo un rango de temperatura de menos 40 grados centígrados a 200 grados centígrados.
00:54:40
Está sellada en ambos extremos, con lo cual está muy bien para utilizarlas en autoclaves.
00:54:50
Y lo de que es acero inoxidable de calidad alimentaria, ¿qué significa? Que no te contamina la muestra.
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Yo normalmente no me como lo que mido con esto. Voy a medirlo tal y luego la muestra la tiro, no me la como. Pero puedes medir alimento con él sin modificar el alimento, sin hacer un cambio en la muestra significativo.
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vale, pero
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este método
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de medida utiliza un analizador
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vectorial de redes, lo hemos visto antes
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con lo cual tengo que calibrar mi sistema
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siempre que estoy con un VNA
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tengo que calibrar
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¿y cómo calibro? pues voy a tener que meter
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tres estándares
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a veces cojo abierto, corto y agua
00:55:37
vale
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o abierto, corto y una carga
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o unos datos que yo he metido
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porque les digo que son los... vale, tienes estándares
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Si yo utilizo un método que incluya el corto, necesito el corto de calibración, y en este caso lo que yo tengo son un corto específico para la alta temperatura, lo que voy a hacer es meter la sonda aquí dentro para que no se escape, por eso tiene esa forma, y luego esto gira, que es como un embolillo que va a subir este corto para que tenga un buen contacto.
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contacto. En este caso es parecido. Lo que yo voy a hacer es apretar estos dos bracitos. Aquí hay dos cilindros de goma que tienen una parte
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plana. Es como todo circular y una parte plana como si tuviera una cara. Entonces yo al apretar estas dos manitas, la parte plana queda encarada
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una con la otra, con lo cual me queda una sección en la que yo puedo meter, atravesar, o sea, meter por aquí la sonda, la sonda tocará mi corto y cuando yo suelto
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las manecillas, pues esa goma va a empujar la sonda hacia abajo para que haga un buen contacto, ¿vale? Y este último, que parece un mechero, pero no lo es, pues es básicamente
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lo mismo que los anteriores, es un corto. ¿Cómo va a funcionar? Pues yo tengo aquí
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una plancha con una sección circular y yo tengo aquí una manivela que lo que hace
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es que me desplaza esta plancha horizontalmente, con lo cual me descentra este tubo, por así
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decirlo, este agujero. Al descentrar lo que hace, reduce la sección, es decir, hace de
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pinza, sujeta la sonda. Y una vez que la sonda está sujeta, y tampoco nos pasamos dándole
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vueltas porque no queremos dañar el sistema. Una vez que está sujeta, aquí tengo otra
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parte que gira, otra pieza que gira, que lo que va a hacer es subirme el corto de calibración.
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Porque yo he metido aquí la sonda, lo voy subiendo y cuando tengo un buen contacto,
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lo mismo que aquí, hago mi calibración con mi corto. ¿Vale? Oye, ¿y cuando utilizas
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agua para calibrar, qué agua usas? Pues lo ideal, ideal, agua destilada. Ya bueno, pero
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Pero yo es que el agua destilada en mi laboratorio no suelen dejarme cogerla así porque si, voy a gastar litros de ella.
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Bueno, agua desionizada, muchísimo más común en los laboratorios.
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Vale.
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Oye, que no tengo desionizada.
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¿Dónde estás? ¿Dando un seminario por España?
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Porque a mí me ha pasado eso, ¿no?
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Yo estoy aquí en la universidad, no sé qué, dando un seminario, o en el sitio tal, dando un seminario.
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Quiero hacer una demostración de esto y no llevo conmigo agua desionizada.
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Bueno, pues he utilizado incluso agua mineral.
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Evidentemente, si tu estándar de calibración no es lo más puro o más perfecto posible
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Pues tendrás errores cuantitativos en tu medida
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Pero como lo que estaba haciendo eran medidas cualitativas de demostración
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Pues me valía para salir del paso, ¿vale?
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Pero lo ideal, oye, si tienes deshidratada general, si no, pues deshidratada, fantástico
00:58:33
Y el agua, claro, a una temperatura concreta
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De hecho, cuando le dices que es agua, le dices a qué temperatura
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ahora va a estar el agua. Pues con esto yo puedo hacer mi calibración y hago mi medida.
00:58:45
¿Qué ocurre? Que si yo tengo que estar moviendo mi sonda para ir cambiando de muestra,
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porque voy cambiando de vasito y tengo que volver a introducirla, el mover el cable va a afectar a mi calibración
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y me la va a hacer envejecer rápido. ¿Qué puedo hacer para que no me envejezca?
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lo que puedes hacer es refrescar la calibración
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y ese refresco de calibración
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si tienes un ICAL, fantástico
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porque lo que no te hace falta es
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tú lo tienes aquí, lo tienes con el material
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mides, cambias de material, pones otro
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y quieres volver a medir
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pues le dices a este, oye, refrescame la calibración
00:59:30
y entonces lo que va a hacer es
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te va a calibrar de aquí hacia el sistema
00:59:33
porque lo de abajo no ha variado
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y te refresca la calibración y vuelves a funcionar perfectamente
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¿Vale? ¿Algunos ejemplos de medidas? Pues esto es una medida que, bueno, hicimos hace bastante tiempo. En este caso, bueno, estábamos mezclando ginebra y vermouth, ¿vale? Es decir, si yo sé que mi martini perfecto es combinando esta proporción, yo podría hacerlo siempre igual, podría medirlo para...
00:59:41
Pues sí, en realidad sí. Es decir, yo tengo aquí, esta curva es Bermud, y luego a esa muestra de Bermud le voy añadiendo partes de Ginebra.
01:00:03
Esta de aquí es cuando he añadido cuatro partes de Ginebra y esta otra es de 200 partes de Ginebra.
01:00:13
Yo voy añadiendo partes de Ginebra y voy viendo cómo la parte real de mi permitividad va variando.
01:00:19
Y lo mismo pasaría con la parte imaginaria. Esta es la traza del Bermud puro, por así decirlo,
01:00:24
Y luego, según voy añadiendo partes de ginebra, pues va variando. Y yo puedo ver esos cambios que estoy teniendo en mi material.
01:00:30
Entonces, un poco resumiendo este método de medida. A la hora de hacer medidas con esto, ¿qué tipo de cosas debería tener en cuenta?
01:00:45
Pues, por ejemplo, el que esté lo más limpio posible la sonda entre muestra y muestra, evidentemente.
01:01:00
No queremos contaminar la medida.
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Intentar evitar doblar el cable o mover el cable.
01:01:10
Bueno, si tienes un ICAR para el refresco, pues vas a poder sobrevivir a eso.
01:01:13
Que no queden burbujas si estás midiendo líquidos, lógico.
01:01:17
Que sepas a qué temperatura estás haciendo la medida, pues lógico.
01:01:20
Que hagas un refresco de la calibración cada X tiempo, también es importante.
01:01:24
¿Pros y contras de este tipo de medida?
01:01:30
Bueno, pues voy a estar midiendo permitividad.
01:01:34
Es muy cómodo de usar, muy fácil de usar, requiere prácticamente poca o nula preparación de la muestra.
01:01:37
Si estás midiendo líquidos, lo pillas directamente en un vaso.
01:01:45
O sea, es que realmente no requiere preparación de la muestra excesiva.
01:01:49
Para muchos materiales es no destructivo, es ideal para líquidos o semisólidos,
01:01:55
Tiene un rango de frecuencia bastante amplio, es decir, de 200 MHz hasta 20 GB o de 500 MB a 50 GB.
01:01:59
Muy bien. Lo que pasa es que requiere típico más de un centímetro de muestra.
01:02:11
Si son sólidos deben ser de una cara plana para que no se nos cuele aire. Es importante que no se nos cuele aire.
01:02:18
Y luego, con lo que sería pérdidas muy bajas, materiales de muy bajas pérdidas, mi resolución está limitada. No es muy adecuado para materiales que tengan una permitividad excesivamente alta o que tengan muy bajas pérdidas.
01:02:23
Y recordar, permitividad no mide permeabilidad.
01:02:42
Vamos ahora con lo que sería la técnica de línea de transmisión.
01:02:49
Esta técnica me va a permitir evaluar tanto permitividad como permeabilidad.
01:02:55
Básicamente yo voy a tener una muestra contenida en una guía, ya sea una guía de onda o una línea de transmisión,
01:03:02
y la muestra va a estar en el interior.
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Con lo cual, evidentemente voy a tener ciertas limitaciones prácticas en cuanto al tamaño de muestra que yo puedo meter ahí dentro.
01:03:12
Es decir, si yo tengo una frecuencia muy elevada y por lo tanto la sección de mi guía de onda es muy pequeña, va a ser muy incómodo meter muestra, con lo cual las frecuencias superiores me van a quedar limitadas.
01:03:20
E igualmente, si yo quiero ir a frecuencia muy baja, pues me voy a encontrar que necesito una cantidad de material suficientemente grande y a lo mejor tampoco es práctico.
01:03:37
Es decir, a la hora de hacer yo esta medida, yo voy a hacer incidir esa onda sobre mi material, se va a producir una reflexión, ese parámetro es 1-1,
01:03:46
de esa señal parte se va a transmitir
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y yo voy a ver la señal transmitida
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comparando la transmitida con la incidente
01:04:02
obtendré el parámetro S21
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si lo hago en inversa pues sería
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por este lado el S22
01:04:09
y al atravesar por el S12
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y yo a partir de esos parámetros
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obtendría la permitividad
01:04:14
y la permeabilidad
01:04:16
¿qué ocurre?
01:04:18
pues que necesito que al menos
01:04:20
lambda
01:04:23
partido por 20
01:04:25
si es más mejor
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atraviesa el material
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entonces si mi frecuencia es muy baja
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es el anda partido por 20
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es una distancia muy elevada
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y no es práctico
01:04:35
entonces bueno
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¿qué más cosas yo tengo que tener en cuenta con este método?
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bueno pues que
01:04:43
el material es perpendicular a la sección
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bueno a la sección no, al eje
01:04:46
cuando yo hago una sección
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pues tiene que ser paralelo
01:04:49
es decir
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cuando mi onda incide por aquí
01:04:52
Y esta superficie que ve tiene que ser plana y perpendicular a su sentido de transmisión.
01:04:56
Para materiales homogéneos, es decir, si el material es heterogéneo, pues yo no puedo extrapolar fácilmente sus propiedades a otras muestras.
01:05:03
Y caras planas, suaves, que no se me cuele aire.
01:05:12
Aunque bueno, puedo hacer cálculos por si aquí se me ha colado un poquito de aire porque no ocupo todo.
01:05:18
puedo hacer cálculos para eliminar ese efecto del fixturing.
01:05:23
Pero bueno, en fin, hay una serie de cosas que tengo que asumir,
01:05:27
pero además es un método de gran ancho de banda
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y que me va a permitir tener medidas muy interesantes.
01:05:35
Y la verdad es que me puede dar medidas magnéticas.
01:05:40
Esto es un pequeño ejemplo de datos obtenidos,
01:05:45
Digamos, esta es la parte real de la permitividad compleja del material.
01:05:51
De hecho, aquí tendría la parte real y la parte imaginaria, las dos trazas, de un material bajo prueba.
01:05:59
Y aquí tendría la parte de la permeabilidad, tanto con su parte real como su parte imaginaria.
01:06:06
Y eso son medidas que puedo hacer con mi método de medida.
01:06:13
¿Qué ocurre también? Veíamos anteriormente aquí que yo tengo aquí el material.
01:06:19
Sin embargo, una de las cosas que se suele decir es que entre el material y el puerto 1, digamos en esta parte,
01:06:25
y en esta parte, lo ideal es que solamente haya material.
01:06:34
O al menos, si yo estoy haciéndolo desde este lado, que el material esté lo más pegado aquí posible.
01:06:37
¿Y eso cómo me va a afectar?
01:06:43
Por ejemplo, si yo la voy a hacer la medida, cuando estoy calibrando, yo calibro de manera que el útil de medida forma parte de uno de los dos lados, es decir, cuando yo calibro una medida con el cero vectorial de redes, un sistema de transmisión, yo voy a poner estándares este lado, en el puerto 1, voy a poner estándares en el puerto 2,
01:06:45
y lo del medio va a ser mi dispositivo de prueba, mi plano de referencia será este y este.
01:07:13
Pero si yo cojo mi sample holder y lo considero parte de uno de los cables,
01:07:19
yo pongo mi plano de calibración del puerto 1 aquí y mi plano de calibración del puerto 2 aquí también
01:07:25
y pongo estándares hacia allá y hacia allá, de tal manera que mi sample holder es parte de,
01:07:31
digamos, lo he hecho un callout que decimos.
01:07:37
Entonces, si yo hago ese callout del sample holder, la incertidumbre que yo tengo en mis medidas es menor. Sería mucho mejor hacer ese tipo de técnica de medida.
01:07:39
Es decir, mi sample holder es parte de mi línea de transmisión de lo que sería mi cableado.
01:07:54
¿Y por qué lo puedo hacer? Pues porque mi sample holder, como veíamos en la imagen del principio, aquí, esto son líneas, de hecho esto es una línea de aire de un kit de calibración, de verificación de calibraciones en un VNA.
01:08:01
Y esto es una línea de un kit de calibración en guía de onda, de hecho esta es una de guía de onda de banda X.
01:08:15
Entonces, bueno, pues si yo puedo hacer ese callout,
01:08:22
eliminar ese sample holder de mi medida, obtengo más precisión.
01:08:26
También puedo hacer con mi software, puedo hacer un de-embedding.
01:08:33
Es decir, yo puedo tener una distancia hasta la muestra
01:08:36
y si yo le doy toda esta información, él lo puede calcular, lo puede eliminar.
01:08:38
¿Para qué me sirve esto?
01:08:45
Pues, por ejemplo, en materiales del que yo tengo muy poco espesor.
01:08:46
Bueno, pues yo puedo poner un material, tanto antes como después, para practicar la distensión de un sándwich con mi material bajo prueba, de otro material conocido.
01:08:51
De tal manera que si yo le digo cuánto hay de ese otro material conocido, él puede calcular todo lo que hay entre los dos planos de calibración y decir, bueno, pues la variación es esta.
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de esta variación tanto corresponde a este espesor de este material
01:09:14
tanto a este otro espesor de material, por lo que me queda es mi material bajo prueba.
01:09:18
Y eso es algo muy interesante de ese embedding
01:09:23
para poder medir muchos más materiales de los que a lo mejor no tendríamos tanta muestra inicialmente.
01:09:26
Además, los algoritmos disponibles son varios.
01:09:31
Es decir, uno de los primeros algoritmos, de hecho el método
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Nicholson-Ross, es de los años 70.
01:09:38
Y de hecho, Nicholson y Ross su primera medida la hicieron con un generador de forma de onda, un generador más bien de señal y con un osciloscopio.
01:09:40
Lo que pasa es que luego esto se adaptó a lo que serían los analizadores vectoriales de redes, que son herramientas muy potentes.
01:09:52
Y entonces por eso a veces se habla de Nicholson-Ross-Weir, pero bueno, Weir fue el que lo adaptó.
01:09:59
Y este algoritmo utiliza los cuatro parámetros S para calcular la permitividad y la permeabilidad.
01:10:04
Pero este algoritmo tiene un defecto, un punto débil conocido y aceptado, que es que en algún momento obtienes una discontinuidad.
01:10:10
Es decir, tú vas subiendo en frecuencia en tu medida y de repente vas viendo que tu traza tiene una discontinuidad y de repente muestra algo distinto.
01:10:23
¿Cómo puedo eliminar esa discontinuidad?
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pues lo que puedo hacer es meter más material.
01:10:36
Y consigo al meter más material, desplazar esa discontinuidad
01:10:37
hacia la derecha a frecuencias superiores.
01:10:40
Pero es una de las limitaciones de ese algoritmo.
01:10:42
Luego hay un método, que es el método NIST,
01:10:45
del National Institute of Estados Unidos de Meteorología.
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Este algoritmo no me permite calcular la permeabilidad,
01:10:57
la parte magnética me la deja fuera,
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pero me elimina el problema de discontinuidad.
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y se basa en coeficientes de reflexión y en coeficientes de transmisión.
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Y de hecho existe un algoritmo que es un poco más rápido, que no utiliza los de reflexión,
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solamente los de transmisión, pero en directa e inversa, también para calcular esa permitividad.
01:11:18
Y luego hay dos métodos polinomiales, estos los hicieron Shelley Beckley y Phil Barley.
01:11:24
Entonces Barley y Bedley hicieron este método y bueno, la verdad es que es un método muy interesante, el polinomial, que es un método de aproximaciones polinomiales, tarda un poco más en el procesado de datos para obtener resultados, pero obtiene resultados muy buenos, no tiene la limitación que tenía el método de Nicholson-Ross y te da tanto la permeabilidad como la permitividad.
01:11:33
La verdad es que es un método bastante interesante.
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Y, bueno, pues luego, digamos, el stacktube básicamente es que yo tengo dos muestras.
01:12:00
Y a partir de mis dos muestras, pues esto es lo que comentaba antes.
01:12:07
Pues yo es que tengo poca muestra de esta y de esto tengo mucha más y esta la conozco.
01:12:10
Bueno, pues yo cojo, las apilo y con esas dos muestras yo mido.
01:12:14
O si tengo la misma muestra dos veces, bueno, pues consigo más.
01:12:18
Pero, bueno, digamos que esto me va a permitir tener un poquito más de espesor donde no tenía tanto material, por así decirlo.
01:12:21
Y también me da la parte eléctrica y la parte magnética.
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Y luego, en modelos de reflexión, pues tenemos el short-backed, el arbitrary-backed y el single-double-thickness.
01:12:31
Vale.
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El short-backed es que yo pongo un material y después pongo un corto.
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Con lo cual voy a medir reflexión por eduras.
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O sea, me meto de mi plano de calibración hasta el corto tendré material y yo voy a poder calcular mi muestra.
01:12:46
O le puedo meter después un material arbitrario, como comentaba antes.
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Estos son algoritmos, distintos algoritmos que tengo en mi línea de transmisión para hacer ese cálculo.
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¿Qué ventajas y desventajas tiene este método?
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Bueno, pues entre las ventajas y las desventajas de este método, pues digamos que obtenemos con algunos algoritmos tanto la parte eléctrica como la parte magnética, los útiles de medida son muy sencillos, tengo un rango de frecuencia muy amplio, pues desde 100 MHz hasta 110 GHz y lo puedo adaptar, puedo adaptar este método a espacio libre muy fácilmente.
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¿Vale? ¿Qué desventajas tendría? Pues que por debajo de 100 megas, pues, complicado, muy complicado. Y, bueno, y que en guía de onda voy por bandas, por ejemplo, banda X es de 8,2 a 12,4 gigas. Pues en ese rango estoy, no puedo medir ni por encima ni por debajo con la banda X, ¿no? Con la guía de onda de banda X.
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Pero bueno, me permite tener al menos un rango continuo de medida. Necesito saber que puedo dar forma a la muestra, con lo cual a veces se le considera destructivo porque yo tengo que darle forma a esa muestra.
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Y bueno, pues tengo una limitación reducida o limitada cuando las pérdidas del dispositivo son muy bajas.
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Y claro, puedo hacer medidas en líquidos y gases, pero tengo que contenerlos de alguna manera. Entonces, bueno, pues eso le añade un poco de complejidad, pero puedo hacerlo.
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¿Qué otro tipo de técnicas teníamos? Otras técnicas que tenemos es espacio libre. ¿Qué limitación teníamos en línea de transmisión? ¿Qué altas frecuencias? Eso desaparece con espacio libre.
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De hecho, la técnica de espacio libre es muy interesante porque se basa en lo que teníamos en línea de transmisión, pero con la ventaja de que yo tendría mi antena, yo tendría otra antena y mi material lo pondría aquí en medio.
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Sí, es cierto que la cara de mi material debe ser plana y debe ser perpendicular a esta línea.
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Y también asumo que el material tiene que estar a tal distancia que esta onda ya sea plana.
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Es decir, tengo que calcular dónde estoy ya en campo lejano.
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Pero bueno, eso no es muy difícil.
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Y la gran ventaja es que yo podría, por ejemplo, aplicar temperatura en mi muestra.
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Eso sería relativamente sencillo.
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Aplicar aquí algún tipo de horno y aplicarle temperatura para hacer medidas en ella.
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En fin, puedo hacer un montón de cositas. Y bueno, pues efectivamente, caras planas paralelas, muy importante, estar en la región no reactiva del material. ¿Y esto qué significa? Pues imaginaros que yo digo, pues voy a medir con chicha, pero voy a medir maíz.
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Me interesa medir una muestra, me dice, hago una pasta de maíz, cojo el maíz y lo mido ahí.
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Y digo, y es que mi frecuencia de interés de trabajo, pues es que son 2,4 gigas.
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Entonces, si yo estoy poniendo ahí maíz a 2,4 gigas, lo más seguro es que acabe teniendo palomitas.
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Entonces, no sería lo más interesante, porque ya no estaría midiendo el maíz.
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Entonces, es importante que no esté en la región reactiva.
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No quiero que reaccione y que de repente el material cambie.
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No lo quiero cocinar ni quiero hacer cosas raras con él.
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Entonces, debe estar en su zona no reactiva. El haz debe estar contenido en la muestra. Si mi haz es muy grande, yo podría tener aquí refracciones por obstáculo en filo de cuchillo, por ejemplo, es decir, no estaría ocupando las zonas de Fresnel adecuadas y entonces tengo un montón de complejidades que me van a hacer la medida muy difícil.
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Es decir, hay que hacer que este haz quede contenido en la muestra.
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Con lo cual, si yo estoy en frecuencias muy bajas, como este haz se hace muy muy grande, pues no es práctico.
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Y el espesor debe ser conocido con una precisión de, digamos, 20 partes entre 360.
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Es decir, tengo que conocer bastante bien el espesor de la muestra.
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Y además tiene un montón de ventajas.
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No contacto, no destructivo.
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Pero, alta frecuencia, de hecho, solo limitamos la baja frecuencia.
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Alta frecuencia a todo lo que llegan los equipos que puedan medir.
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Muy bueno para altas temperaturas, puedo variar la polarización de las antenas para hacer medidas en materiales anisotrópicos, puedo medir materiales magnéticos.
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Puedo también hacer medidas en ángulo.
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A veces me interesa saber cómo se comporta el material cuando la señal no está incidiendo en él perpendicularmente, como es el caso de arriba, sino de manera oblicua.
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Bueno, pues yo eso también puedo hacer esas medidas.
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Y bueno, pues son parte de las grandes ventajas que tiene este método.
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Más cosillas, por ejemplo.
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Bueno, claro, esto es lo que decía de temperatura.
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Estas paredes deben ser transparentes a mi onda electromagnética, a la frecuencia que estoy trabajando, pero bueno, yo puedo tener aquí mi dispositivo, puedo estar ahí calentándolo, puedo hacer un montón de cositas con él.
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Y, bueno, utilizando el Navi Research Lab Arc, es decir, el arco de medida, yo puedo hacer medidas con esa reflexión y yo puedo ir variando las antenas para cambiar el ángulo.
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Con lo cual, el Naval Research Laboratory de ARC está muy bien, muy interesante para hacer ese otro tipo de medidas sobre mi material.
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En cuanto a, por ejemplo, el espacio libre. Yo tengo mi VNA, mi analizador vectorial de redes. Yo tengo, por ejemplo, hasta 1,1 terahercios.
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Pues yo tendría aquí mis extensores de frecuencia externos con su bocinita, mi sample holder entre las dos antenitas y ahí pongo mi material para hacer mi medida.
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Pues en ese sentido, ningún problema. Yo lo que voy a hacer es tener mi material ahí, pero a la hora de hacer esta medida lo que me encuentro es que voy a tener que calibrar. Estoy con un VNA, los sonarizadores de redes requieren de calibración.
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esta calibración me estoy refiriendo
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a como cuando voy a pesar y taro
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es digamos una especie de
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mover
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el plano de referencia y tener
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en cuenta bien donde está ese plano de referencia
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y además eliminar pues errores
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sistemáticos que pueda tener
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vale, tengo que calibrar el sistema
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importante, esa corrección
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de errores, ¿cómo lo voy a hacer?
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pues una
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calibración típica
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sobre todo en este tipo de
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En situaciones, como yo lo que voy a tener es una línea en aire, pues puedo hacer una TRM, Through Reflect Match. En este caso lo que yo tengo el Through es simplemente que los planos de calibración están juntos, por así decirlo.
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Entonces, bueno, pues yo dejo pasar mi señal.
01:20:00
Bien.
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Reflect.
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Yo pongo aquí un elemento reflejante de espesor conocido, porque eso lo tengo que decir para decirle, oye, ¿cuánto se ha desplazado esto?
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Y la señal se reflejará, volverá al puerto 1, la del 2 volverá al puerto 2 y yo tengo una reflexión.
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Vale.
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Y luego tengo un match, que es decir, si mi material absorbe toda la energía, tengo que tener un cero.
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Es decir, lo que llega aquí no se refleja nada porque lo he admitido todo y además no se transmite nada porque me lo he quedado todo, ¿vale? Entonces, si yo tengo un match adecuado, voy a poder hacer bien mi medida, pero encontrar un match, ¿vale? Un algo que absorba todo, un elemento absorbente, en una banda muy grande de frecuencia, es muy difícil.
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Con lo cual, bueno, pues este método de calibración tiene sus limitaciones.
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Bueno, tengo otros métodos de calibración.
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Yo podría decirle que voy a hacer una TRL, una True Reflect Line.
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En este caso, yo estoy evitando colocar aquí un match, pero lo que voy a hacer es poner una línea.
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Es decir, igual que aquí tenía el True, y aquí yo tengo el Reflect, en el caso en el que tengo que mover un poquito una de las antenas para ajustarme para el espesor de mi elemento reflectante,
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también tengo que moverla para crear una
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landa a cuartos
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un line
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y poder hacer esa calibración
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sin embargo, si yo estoy haciendo
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el desplazamiento de una de las antenas
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luego tengo que volver a ponerla donde estaba
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y tener
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un posicionador de muy
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alta calidad, es decir, a lo mejor estamos
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desplazándonos en micras
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o milímetros
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pues es muy caro
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es complicado
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Y tener un buen posicionador, pues hace falta manejarlo. En fin, me vuelve a complicar un poco la medida.
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Sin embargo, a la hora de calibrar un VNA hay muchísimos tipos de calibraciones y hay otra calibración que es muy interesante y que nos va a venir muy bien.
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Y es una calibración que llamaríamos Gate Reflect Line. Es una calibración en dos etapas.
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En la primera etapa yo hago una calibración de dos puertos sin las antenas
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Hasta donde cabe el cable, ahí calibro, voy a calibrar todo esto
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Y bueno, pues eso tiene una ventaja muy importante y es que yo puedo hacer calibraciones súper sencillas
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Yo podría disponer de un kit de calibración electrónico
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Poner mi kit de calibración electrónico aquí
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Y hacer mi calibración súper rápida, fantástico
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Entonces esta primera etapa es muy sencilla de calibrar en un VNA
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Y la segunda etapa, lo que voy a hacer es voy a compensar lo que sería el útil de medida y el espacio libre y las antenas.
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Entonces voy a tener mi sistema, las antenas no las voy a mover para nada, mi sistema en vacío, line, por corta que sea, pero line,
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y con un elemento reflectante del que sé correctamente su espesor y con la información de anterior.
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Y con esta información, yo tengo mi sistema totalmente calibrado sin tener que mover la antena, lo cual me da unos resultados maravillosos.
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Y esto es especialmente útil cuando estoy en frecuencias muy altas.
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¿Y a qué me refiero con esto?
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Pues voy a poner unos cuantos ejemplos de una verificación de un material, en este caso una rexolita,
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en el que estoy con espacio libre entre 75 gigas y 110 gigaherzios
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y bueno, pues lo que hicimos primero es medir una rexolita
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que sabemos que tiene que dar 2,53
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y digamos que esto es la verificación de que oye, pues nuestro sistema está midiendo correctamente
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estamos midiendo mi referencia, mi patrón
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y luego medimos un acrílico que en este otro resultado de medida
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de tal manera que yo sé que mi sistema está midiendo bien
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porque estoy midiendo un material conocido y me está dando correctamente
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y ahora ya mido un material desconocido y obtengo su información
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lo que he utilizado
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porque muchas veces me llegan esas preguntas
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¿cómo puedo saber que mi sistema está bien calibrado?
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¿cómo puedo saber que mi sistema está midiendo correctamente?
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pues mide algo que sepas cuánto da
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y si da bien, tu sistema está midiendo bien
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mete tu material y ya está
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¿Por qué me preguntan esto? Porque hay muchas veces que el resultado de la medida no es el esperado. Y claro, ¿cómo sé si el resultado de la medida no es el esperado? Que es un problema de lo que yo estoy esperando, que es incorrecto, porque a lo mejor el material no es como yo espero que sea, o que el sistema está haciendo algo raro.
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Entonces, realmente, el poder medir algo, que ya sabes cuánto da, te permite decir, no, es que mi equipo o mi sistema está comportándose adecuadamente. Si no estoy obteniendo lo que esperaba es porque a lo mejor estaba esperando algo que no es correcto, ¿vale? Estaba autoengañando, por así decirlo.
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¿Más ejemplos de medida?
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Esto es el setup utilizado para la medida anterior, en el que, como mostraba al principio, yo tengo una mesa en la que mi haz va a incidir sobre un elemento reflectante
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que también concentra ese haz para hacerlo llegar a mi muestra y, bueno, pues atravesaré y luego ya iré.
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Entonces tengo directa y tengo inversa.
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bueno, vale, pues esto es
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de 75 a 110, pero tenemos más frecuencias
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es decir, este es otro ejemplo
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hasta 1.1 teras
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si es en espacio libre, a 1.1 teras
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el campo lejano se alcanza en 0, con lo cual
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puedo tenerlo muy cerca o no, lo que sería
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esas antenas están muy cerca entre sí
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y aún así me están dando el campo lejano
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Y yo tengo mi sample holder, la muestra la voy poniendo aquí, la voy quitando de aquí y voy haciendo mis medidas. Con lo cual, una vez que el sistema está correctamente orientado, las antenas están bien orientadas, yo esto lo tengo anclado y aquí no se mueve nadie.
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Yo puedo desnotar mis cables, hacer mi medida con un ícalo o con lo que sea, y luego hacer la medida de reflexión y de línea, y con mi GRL hacer mi medida en perfectas condiciones sobre mi material.
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¿Resultados de estas medidas?
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Por ejemplo, midiendo poli-tetrafluoritileno desde 750 gigas hasta 1100 gigas, es decir, 1.1 teras, con dos de los algoritmos de transmisión, el rápido que me mide solamente la parte eléctrica, de permitividad, o el polinomial fit, por ejemplo, yo tengo aquí esas medidas que me están dando 2.0.
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un terahercios. Dice, el teflón debería dar 2.1.
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Bueno, sí, a frecuencias más por debajo, sí.
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A esta frecuencia, pues no lo sé.
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¿Es un error o es que tiene que dar esto?
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Toca hacer medidas sobre los materiales para poder sacar esa información.
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Y esto sería la tangente de pérdidas que estoy obteniendo. Estoy obteniendo una tangente de pérdidas
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sobre mi muestra de 1,5
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milímetros de 1,20 mili o 5,37 mili según el método. Son medidas bastante impresionantes
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para este rango de frecuencias. A modo de resumen del espacio libre, este método me
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permite calcular permitividad y permeabilidad, las dos, lo cual está muy bien. Es un método
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sin contacto, muy a menudo no destructivo. Es muy útil para poder hacer medidas en altas
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temperaturas, puedo hacer un montón de medidas no destructivas, puedo hacer una calibración
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muy adecuada para poder hacer mi medida con la mejor precisión posible, incluso yo puedo
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hacer un
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enventanado del dominio del tiempo por si
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en mi espacio libre hay reflexiones que no quiero
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las quito de en medio porque solamente
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me quedo con la señal
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que llega en el instante
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de tiempo adecuado para que sea
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línea directa. Las reflexiones las estoy quitando con
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ese enventanado, por ejemplo.
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Sin embargo, a la hora de hacer esa
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calibración, te voy a tener en cuenta
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cómo hacer esa calibración
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y además
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necesito
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que mi
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muestra, tenga caras paralelas, planas, etc. Por lo demás es un método. ¿Qué más técnicas
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teníamos? Pues voy ya con lo que sería la última técnica de medida. En este caso estoy
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hablando de cavidad resonante. Y la cavidad resonante es muy interesante porque me permite
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evaluar materiales que tienen
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un factor de calidad extremadamente elevado.
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Entonces, ¿qué es lo que voy a hacer aquí?
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¿En qué se basa esta medida? El principio matemático la verdad es que es curioso
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porque en general es bastante complejo, pero aquí yo tengo
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lo que serían ecuaciones para el principio matemático de la STM
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2520, que esta es la que veíamos
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al principio que era como una especie de
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cavidad cilíndrica
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bueno
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en esta cavidad como funciona
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y en general
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como suele funcionar la medida
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yo voy a medir
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donde resuena la cavidad, es decir
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con mi VNA yo mido
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la cavidad en vacío y ni siquiera
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hace falta calibrar, yo la voy a medir
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sin calibrar, no voy a calibrar
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yo cojo mi VNA, me pongo y la mido
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lo que me dé, me da igual
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Y me tendrá una frecuencia central especial, característica, y tendrá una anchura, en función de la calidad que tenga, el factor de calidad de mi cámara y la frecuencia de mi cámara.
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Y luego voy a meter la muestra, y al meter la muestra, al meter el sample, pues mi frecuencia varía y mi ancho de ese lóbulo, mi factor de calidad, varía.
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Con lo cual, con esta variación de frecuencias calculo la parte real y con la variación de calidad calculo la parte imaginaria.
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Tan sencillo como eso.
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La matemática tiene su cosilla, pero lo que es el concepto es eso.
01:30:47
¿Qué ocurre?
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Por ejemplo, el split cylinder es el que mostraba aquí.
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Este es el split cylinder a la hora de hacer esa capacidad resonante.
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Y para ese split cylinder, con un instrumento, un PNA en este caso, me está diciendo que mi cavidad está funcionando a 10 gigas.
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Y mi factor de calidad de mi cavidad es de 21.800.
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Esto es un factor de calidad extremadamente alto.
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Muy, muy, muy elevado.
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Oye, que yo le he puesto una muestra de 1,52 milímetros y cuando mido mi muestra la frecuencia se ha ido a 9,6 y la calidad ha bajado a 12.900.
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Bueno, pues con estos parámetros yo calculo que el material que me he expuesto tiene una parte real de 2,05, que tiene una parte imaginaria de 0,0046, y que la tangente de pérdidas es 0,00022, es decir, 22 por 10 elevado a menos 5.
01:31:40
Lo cual es una medida que realmente no está al alcance de otros métodos de medida.
01:32:03
¿Vale? Bueno, otra de las cavidades en este caso, por ejemplo, el Split Post Dielectric Resonator. ¿Vale? Entonces, este elemento que está fabricado por una empresa polaca que se llama QED, bueno, pues lo que va a hacer es, tiene el resonador dieléctrico, yo meto entre medias la muestra, además es súper cómodo de meter,
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y yo tengo pues
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mi
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línea de transmisión que llega
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hasta cierto punto, esto acaba
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es como si yo cojo un cable rígido
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o semi rígido
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y lo dejo pelado para tener solamente el conductor
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central y le hago un pequeño bucle
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con él
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pues hay uno, aquí el otro
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por eso tiene esa forma
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y bueno, voy a jugar con cuantos
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se aproximan o cuantos se alejan
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en lo que sería el proceso inicial
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de calibración, pero no es que eso ya está
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calibrado, es muy cómodo manejar, yo luego voy a hacer
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medida más de vacío o medida con el material metido dentro. Y es tan sencillo
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como decir, pues meto el material o saco el material. No tiene más misterio.
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La verdad es que cuando yo he hecho medidas con esta cavidad, concretamente
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con la cavidad de 5
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gigas, 5,5, pues obtenía factores de calidad
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cercanos a 14.000, que la verdad es que está muy, muy, muy
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Muy bien. Y más para un bichito que ya ha viajado muchísimo y que ha aguantado carros y carretas. Pero bueno, es muy robusto, la medida es muy buena, es muy rápido.
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Y digamos, si comparase este método de medida con métodos de mayor ancho de banda, bueno, pues por ejemplo, yo puedo medir muy bien materiales que tienen pérdidas muy, muy bajas.
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y estoy hablando de resoluciones
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incluso menores de 10 elevado a menos 4
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entonces he puesto 22 por 10 elevado a menos 5
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yo esas soluciones las puedo conseguir
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cosa que con los métodos de gran ancho de banda
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con otros métodos que hemos visto
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pues estarían fuera de mi alcance
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puedo medir materiales muy finos
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es decir, yo puedo poner materiales
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de menos de un milímetro de espesor
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mientras que en general
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en los otros necesito
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espesores más grandes
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no me hace falta calibrar
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¿Por qué no me hace falta calibrar? Porque los errores sistemáticos que yo tenga, que es lo que voy a corregir con la calibración, se van a aplicar por igual a la cavidad vacía y a la cavidad con material, con lo cual se cancelan.
01:34:24
Por eso no me hace falta calibrar. Mientras que los otros métodos, pues sí tengo que calibrar el sistema.
01:34:37
Y, bueno, quizá una de las limitaciones, por así decirlo, de este método o de esta técnica
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es que las frecuencias a las que puedes trabajar están dependientes de tu cavidad resonante.
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A la frecuencia a la que puedes trabajar tu cavidad resonante, pues esas son las frecuencias a las que puedes trabajar.
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¿Que hay cavidades a las que puedes ajustar un poco esa frecuencia o que puedes intentar utilizar armónicos de esa frecuencia de resonancia?
01:35:02
O sea, sí, sí, pero hay veces en las que uno de los armónicos, como la frecuencia cuando metes el material va a bajar, pues a lo mejor no tiene una ventana de medida adecuada.
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Entonces, bueno, normalmente vas a trabajar con la fundamental y a partir de ahí, bueno, pues todo lo más que tengas son añadidos que vienen muy bien, pero no tienes por qué contar siempre con ellos.
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Sin embargo, los otros métodos suelen tener un gran ancho de banda o ser de una banda de frecuencia más o menos amplia.
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Y por tanto, hacer una medida, es decir, no es un, si yo tengo mi cabello de resalte de 5,5 gigas, ¿cómo funciona mi material a 4 gigas?
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Pues no sé, con otros métodos, porque dirán, no, yo tengo una banda de frecuencia y en toda la banda te digo cómo va.
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bueno, sí, es una de las limitaciones que tiene ese método
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pero la cavidad resonante es un método
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extraordinariamente preciso, muy bueno para materiales
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para PCBs y demás, en algunas cavidades puede llegar a medir
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10 a menos 6, en otras 10 a menos 5
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extremadamente preciso
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son métodos en general no destructivos
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y lo que pasa es que son
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datos a unas frecuencias concretas
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si en la ASTM
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que esto en las transparencias lo veréis
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que es la que tiene la forma circular
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bueno pues ahí si es cierto
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que ahí tienes que darle una forma concreta al material
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y por tanto ahí si suele ser destructivo
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pero en otros casos no
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es decir SCR es el split cylinder resonator
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el resonador de cilindro dividido
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y el split post dielectric resonator
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Esto es en estos casos una serie. Vale, hemos visto los métodos, a modo de resumen, pues, cuáles son los puntos fuertes y los puntos débiles de cada una de estas técnicas, y bueno, pues hemos visto lo que serían las placas paralelas, que me da solamente la permitividad, hemos visto el método inductivo, que me da la permeabilidad,
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Hemos visto la sonda coaxial, que también me da solamente la permitividad.
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Y hemos visto la línea de transmisión y el espacio libre, que ambas me dan tanto permitividad como permeabilidad.
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Y por último hemos visto la cavidad resonante.
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En cuanto a bibliografía, pues hay bastante bibliografía.
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En cuanto a notas de aplicación o guías de selección, algunas las veíamos en la primera parte,
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como el manual de media impedancia o de selección de útiles de medida.
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Aún así, para lo que sería medida de materiales, hay un montón de notas de aplicación o resúmenes de aplicación específicos que son bastante interesantes.
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En cualquier caso, en la página web de XSite tenéis un montón de materiales e información.
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Dicho esto, pues poco más.
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Pues básicamente hasta aquí vendría el seminario de hoy y iríamos ya pues a la parte de la ronda de preguntas.
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Muchas gracias Adolfo por la excelente presentación en este seminario de caracterización electromagnética de materiales.
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Ha llegado el momento de las preguntas.
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Si quiere hacer alguna pregunta, escríbala en la ventana comentario.
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- Idioma/s:
- Autor/es:
- Adolfo del Solar (KEYSIGHT)
- Subido por:
- Pedro Luis P.
- Licencia:
- Dominio público
- Visualizaciones:
- 28
- Fecha:
- 15 de diciembre de 2022 - 21:29
- Visibilidad:
- Público
- Duración:
- 1h′ 38′ 36″
- Relación de aspecto:
- 16:10 El estándar usado por los portátiles de 15,4" y algunos otros, es ancho como el 16:9.
- Resolución:
- 1280x800 píxeles
- Tamaño:
- 97.55 MBytes