EDICIÓN actualizada (mejorado) descripción de la fase de detección de circuito
Hay dos principios que se emplean en estos sistemas.
El primero es el tiempo-de-vuelo principio. Como se señaló, si quería llegar hasta 3 mm de precisión, necesita de temporización de la resolución de 20 de ps (20, 10, porque sería el tiempo del viaje redondo de la luz). Eso es difícil, ciertamente no el reino de los hoteles de electrónica de consumo. El problema no es sólo la necesidad de detectar un rápido borde - usted tiene que detectar el real refleja el pulso, y no todos los otros bits de ruido a su alrededor. Promedio de la señal sería su amigo: enviar un tren de pulsos y el momento de su promedio de tiempo de ida y ayuda. Esto sugiere inmediatamente que la modulación continua probablemente funcionaría mejor - tiene un inherente filtrado característica.
Esto conduce a la segunda manera de obtener una medición precisa: mediante la comparación de la fase de la emite y se devuelve la señal. Si usted modular el láser en una modesta 300 MHz, la longitud de onda completa de la "onda" es de 1 m; para medir un cambio en la distancia de 3 mm a 6 mm (ida y vuelta), es suficiente para detectar un cambio de fase de $\frac{6}{1000}\times 2\pi$. Esto es bastante trivial con un circuito en el que las plazas de la onda transmitida y reflejada, entonces se hace el XOR de las dos señales y los promedios del resultado. Tal circuito dará mínimo de tensión cuando las dos señales están exactamente en fase, y la tensión máxima cuando son exactamente fuera de fase; y la tensión será muy lineal con cambio de fase. A continuación, se agrega un segundo circuito que detecta si la señal 2 es alta cuando la señal 1 tiene un flanco de subida: que distinguir si la señal 1 señal o 2 es líder.
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Poner la salida de las puertas de la lógica en un filtro de paso bajo (resistencia y condensador) y la alimentación en una baja velocidad de 12 bits ADC es suficiente para determinar la fase de alta precisión. No son listos los circuitos que puede hacer esto para usted - por ejemplo, la AD8302
El único problema con el método de la fase es que usted tendrá que encontrar la distancia modulo de la mitad de la longitud de onda; para resolver esto, es el uso de múltiples frecuencias. Solo hay una distancia que tiene el derecho de longitud de onda para todas las frecuencias.
Una posible variación de esta forma, se utiliza una frecuencia de barrido de origen, y detecta los cruces por cero de la fase, es decir, cada vez que la salida del detector de fase es cero (perfectamente en fase) registro de la frecuencia de modulación en el que esto ocurrió. Esto se puede hacer fácilmente de forma muy precisa y tiene la ventaja de que "la detección de fase cero" ni siquiera requiere una precisa ADC. Un hombre sabio me enseñó hace muchos años que "la única cosa que usted puede medir con precisión es cero". La distancia correspondería al tiempo de ida y vuelta de la frecuencia más baja que tiene un cruce por cero - pero no necesariamente saben lo que la frecuencia es (usted no puede ser capaz de ir a que la baja). Sin embargo, la posterior de cada cruce por cero se corresponden con el mismo aumento en la frecuencia así que si usted medir el $\Delta f$ entre los cruces por cero de un número de cruces, se obtiene una medición precisa de la distancia.
Tenga en cuenta que una técnica como la que requiere muy poca potencia de cálculo, y la mayoría de la transformación es el resultado de muy simple promedio de la señal en la electrónica analógica.
Usted puede leer por ejemplo solicitud de patente US US20070127009 para algunos detalles sobre cómo estas cosas se implementan.
Una variación de la anterior es en realidad la base de un increíblemente sensible instrumento llamado el amplificador lock-in. El principio de un amplificador lock-in es que usted sabe que hay una débil señal en una frecuencia conocida, pero se desconoce su fase (que es el caso para nosotros cuando nos fijamos en la señal reflejada de un láser modulado). Ahora toma la señal de entrada, y poner a través de un coeficiente intelectual detector: es decir, se multiplica por dos señales de la misma frecuencia, pero en cuadratura (90° cambio de fase). Y, a continuación, calcula la media de los de salida a través de muchos ciclos. Algo interesante sucede cuando haces eso: el circuito actúa, en efecto, como una fase sensible filtro de paso de banda, y el tiempo de espera (los ciclos de la producción promedio de más), más estrecho que el filtro se vuelve. Porque tienes tanto el yo y el Q de señales (con su cambio de fase), se obtiene tanto de la amplitud y la fase de información con la posibilidad de recuperar una pequeña señal en la parte superior de un abrazo cantidad de ruido, que es precisamente el escenario que a menudo tienen con un telémetro de rayos láser. Véase por ejemplo el artículo de wiki.
La cuadratura de detección se convierte en algo trivial cuando se utiliza un reloj al doble de la frecuencia de modulación, y poner dos divisores: uno que se dispara en el flanco positivo, y uno que se activa en el borde negativo. Un par de (rápido, electrónica) interruptores analógicos y un simple circuito RC completar el proyecto. Ahora puedes barrido de la frecuencia de conducción y ver la fase en la que las dos salidas "wrap" - y cada vez que se hace un círculo completo, tiene un aumento de la frecuencia por un importe $\Delta f = \frac{c}{2d}$ donde $c$ es la velocidad de la luz, y $d$ es la distancia al objetivo. Cual se ha convertido en una muy difícil medición en un muy fácil.
