Para dar por conseguidos los objetivos de esta Tesis no es necesario esperar a obtener un número mayor de iteraciones del MMC, ya que los resultados obtenidos son totalmente fiables y se puede trabajar con ellos para el cálculo de la incertidumbre. Lo único que nos aportaría un mayor número de iteraciones sería la posibilidad de que con más datos la validación del método GUM pudiera ser favorable.
Aún así, no es descabellada la idea de que el método GUM no se pudiera aplicar en esta caso porque la complejidad de la función modelo puede llevarnos a estar fuera de los supuestos en los que es de aplicación este método. Por ejemplo, en el método GUM hemos supuesto que la función modelo (6.10) es lineal; si no fuera así, el error cometido al asumir una linealidad no existente podría compensarse añadiendo al mensurando el término de orden dos del desarrollo de Taylor en caso de que éste no fuera despreciable:
∑∑
= = ∂ ∂ ∂ N i N j j i j i x x u x x f 1 1 2 ) , ( 2 1Es evidente que para nuestra función modelo el desarrollo de estas derivadas parciales de segundo orden son de una complejidad considerable. Es por ello que el MMC se recomienda
frente al método GUM cuando el mensurando se representa por funciones modelo no lineales (ver ANEXO VII).
Nos puede parecer que si por ignorancia, o por falta de medios, no se realizara la validación de la estimación de incertidumbre mediante el MMC se podría llegar a caracterizar este patrón por el método GUM y quedarnos, por tanto, con una caracterización
no correcta. En metrología esto no nos debería sorprender, porque analizando el resultado obtenido por el método GUM observamos que obtenemos una incertidumbre bastante mayor que por el MMC. El mayor valor de la incertidumbre se debe a que el método GUM es menos preciso, cosa totalmente congruente y admisible en un entorno metrológico en donde la falta de información, o la realización de aproximaciones se penaliza con una mayor incertidumbre del mensurando1.
Para los lectores que puedan seguir pensando que es muy probable que en la estimación de la incertidumbre de un patrón o de una medición de calidad metrológica haya errores considerables, es oportuno tranquilizarlos informándoles de que existen herramientas, como son los ejercicio de intercomparación o comparaciones clave, que se utilizan para confirmar la idoneidad de los valores de los mensurandos y su incertidumbre. En nuestro caso, antes de dar por válidos todos estos cálculos, y una vez construido el patrón, se debe participar en una comparación clave internacional con los institutos nacionales de metrología de nuestro entorno. Incluso antes de llegar a una comparación clave internacional se puede enviar el nuevo patrón a laboratorios de prestigio reconocido para que midan nuestro patrón como si de un patrón secundario se tratase y gracias a ello, obtener información de gran utilidad para asegurar su caracterización. En nuestro caso los laboratorios de prestigio que pueden hacer esta labor son el NPL, PTB y el NIST.
Es destacable el hecho de que en metrología la aceptación internacional de un patrón primario a través de la publicación de su capacidad de medida y calibración (CMC) en el BIPM debe ir avalada por los resultados obtenidos en comparaciones claves internacionales con laboratorios de los INM que desarrollan dicha magnitud para poder dar oficialmente trazabilidad de esa magnitud (ver ANEXO VIII).
8.1 Conclusiones y otros logros destacables
Con lo expresado y descrito hasta aquí se concluye que el objetivo de esta Tesis de analizar y diseñar un patrón primario de ruido térmico que trabaje en el intervalo de frecuencias que va desde 10 MHz a 26,5 GHz en tecnología coaxial ha sido logrado plenamente (ver planos del ANEXO V).
Además se ha desarrollado el cálculo de incertidumbre de la magnitud del patrón primario de ruido, su temperatura de ruido equivalente a su salida, por dos métodos distintos. Este desarrollo no estaba inicialmente previsto en los objetivos de esta Tesis, pero a lo largo de su ejecución fue tomando fuerza la idea de la importancia de incluir este estudio; primero, como un análisis de sensibilidades de la magnitud de salida en relación con sus magnitudes de influencia; y luego, la realización de una cuantificación más metrológica de esas sensibilidades por el método clásico GUM y por el más novedoso de Monte Carlo.
1
También es destacable como un logro de esta Tesis el novedoso diseño realizado de la pieza dieléctrica que lleva el patrón y que ha concluido en un registro de patente en la Oficina Española de Patentes y Marcas (O.E.P.M.) con la Referencia P-101061. Además dicho diseño ha suscitado el interés de un fabricante de dispositivos de radiofrecuencia y microondas como es Maury. La importancia de la novedad del diseño radica tanto en su geometría como en la selección del material utilizado.
Otro importante logro realizado en esta Tesis ha sido la búsqueda de una terminación adecuada al propósito de la obtención de un patrón primario de ruido. Es de destacar la importancia que ha tenido el riguroso estudio realizado que nos ha llevado a poder caracterizar una carga comercial como apta para formar parte del patrón, evitando así el arduo trabajo de tener que diseñar y fabricar una terminación expresamente para esta aplicación, lo que hubiera provocado tener menos libertad de actuación a la hora de sustituirla por deterioro o pérdida de sus especificaciones con el tiempo.
Para finalizar, es oportuno incluir en estas conclusiones unos de los hitos más importantes conseguidos de forma colateral al análisis y diseño del patrón buscado (objetivo principal), como es el desarrollo de una metodología del cálculo de la temperatura de ruido que combina simulaciones térmicas basadas en métodos numéricos (elementos finitos) y simulaciones electromagnéticas numéricas, junto con una formulación analítica rigurosa basada en la teoría de líneas de transmisión. Se debe destacar el uso de métodos numéricos frente a los cálculos basados en ecuaciones analíticas realizados tradicionalmente en otros patrones primarios de ruido existentes. Estos últimos son más limitados a la hora de representar el comportamiento del patrón.
Con estas conclusiones se da por finalizado este trabajo; sólo queda añadir que, además de la patente solicitada se han publicado dos artículos titulados New Broadband
Thermal Noise Primary Standard in Coaxial Technology, IEEE MTT-S International
Microwave Symposium, June 2011 y Analysis of noise temperature sensitivy for the design
of a broadband thermal noise primary Standard, Metrologia 49 (2012) 538-551.
El siguiente paso a realizar, que se encuentra fuera de los objetivos de este trabajo, es la fabricación del patrón y el desarrollo del sistema de medida asociado a él. También se va a proceder a la solicitud de una comparación clave al BPIM y EURAMET (European Association of National Metrology Institutes), que es el organismo metrológico europeo encargado de la coordinación entre los institutos nacionales de metrología para poder confirmar las capacidades de medida y calibración del nuevo patrón (ver ANEXO VIII).
Sin perjuicio de lo anterior, en el siguiente apartado, se indican posibles líneas futuras de actuación como consecuencia de este trabajo.
8.2 Líneas futuras de actuación
Lógicamente la principal línea de actuación como continuación de este trabajo es la fabricación del patrón de ruido, como se ha indicado ya. Tras su fabricación, las líneas futuras que surgen se citan a continuación:
Particularización de los cálculos de incertidumbre por ambos métodos GUM y MC
Como hemos puesto de manifiesto con el análisis de sensibilidades, todos los datos incluidos en los cálculos han sido obtenidos a partir de catálogos o haciendo suposiciones de valores más probables. En cuanto se tenga el dispositivo fabricado muchos de ellos se podrán medir, por lo que se podrán incorporar a los cálculos con un menor intervalo de incertidumbre. Por ello, también cabe, como una línea de mejora futura llevar a cabo, a partir de esos datos, una optimización de la geometría de las partes más críticas del patrón.
Desarrollo del sistema de medida asociado al patrón
Una vez que se tenga el patrón hay que desarrollar el sistema de medida completo. Se debe desarrollar una comparación clave internacional para dar validez al patrón y al sistema de medida asociado al mismo.
Ampliación del intervalo de frecuencias de trabajo del patrón
Utilizando las herramientas desarrolladas en este trabajo se puede ampliar de forma simple el intervalo de frecuencias de trabajo del actual patrón e incluso desarrollar un patrón para otro intervalo de frecuencias si se diera el caso de tener la necesidad de un patrón de ruido para una aplicación que necesitara trabajar a frecuencias muy por encima de las previstas para el patrón desarrollado en este trabajo.
Desarrollo de nuevos patrones de radiofrecuencia y microondas
El potencial de las herramientas de trabajo desarrolladas en este trabajo abre una línea futura de trabajo muy interesante, el desarrollo de nuevos patrones primarios de radiofrecuencia y microondas como puede ser un patrón primario de impedancia basado en líneas de aire, o un patrón primario de potencia basado en microcalorímetro, etc.
Desarrollo de piezas dieléctrica similares a la patentada
El conocimiento y la sistemática utilizada para el desarrollo de la pieza dieléctrica del patrón puede utilizarse también en cualquier aplicación en la que se necesita un dieléctrico con capacidad para aislar de la corriente y a la vez tener buena conductividad térmica.