Už jsme je tu nakousli v kapitole o Radiokompasu, ale proberme všechno znovu: Jak vypadá typické "aktivní" (tedy něco vysílající) robotické čidlo.
- Robot vysílá nějaký signál (rádio, světlo, ultrazvuk) na jemu známé frekvenci.
- Přijímá a zesiluje odraz
- Měří amplitudu (a fázi) signálu
- Počítá z nich (vzdálenost, barvu, tvar, stav na kontě ;-) ) atd ...
Dovolil bych si podtrhnout dvě věci - Robot umí generovat signál který vysílá a to i jako referenčšní signál pro dekódování odrazu. Elektronika musí usměrnit a filtrovat přijatý signál.
To je přímo ideální situace pro Lock-In zesilovač, který jak je v elektronice zvykem vlastně není zesilovač, ale mixér, usměrňovač a filtr v jednom.
Takže si představme modelovou situaci - blikáme LEDkou a fotodiodou chytáme odraz, který je tak zašumělý, že v něm signál LEDky ani nevidíme. Jak na to ? Procesor přece ví, kdy ledka svítí a kdy nesvítí. Takže takový jednoduchý Lock-In zesilovač signál zesílí a pak je vede do mixéru alias analogového přepínače, kde signálem nabíjí "paměťový'" kondenzátor a to takto - při zapnuté LEDce nabíjí kondenzátor č. 1. Při vypnuté LEDce nabíjí kondenzátor č. 2 - po mnoha cyklech s tím přestane a změří napětí na kondenzátoru 1 a 2 a rozdíl v napětí na nich bude "příspěvek LEDky k celkovému signálu"
Vtip je v tom, že LEDKa může blikat na 40 KHz ale pokud nám stačí nové měření jenom 10x za sekundu - necháme kondenzátory nabíjet 4000 cyklů a hotovo. I velikost kondenzátorů volíme tak aby jejich kapacita spolu s odpory kolem pracovala jako dolní propust na 20 HZ.
Vtip je v tom, že šum není synchronní s blikáním LEDky, takže se jeho hodnota bude náhodně přičítat i odečítat od napětí na obou kondenzátorech. pouze příspěvěk svítíci LEDky se bude systematicky přičítat k napětí jenom jednoho z nich a tudíž se projeví vzestupem napětí i když bude hluboko pod úrovní šumu.
Příkladem jak to udělat - budiž vám můj dvojitě vyvážený mixér. Jenom C4 a C6 by se hodilo zvětšit - pro 10 měření za sekundu na 2,7 uF.
Pokud potřebujeme znát nejenom amplitudu, ale i fázi. Nebo pokud známe frekvenci přijatého signálu, ale neznáme jeho fázi musíme udělat kvadraturní detekci - tedy to samé jenom potřebujeme 2 kanály mixéru se 4 kondenzátory jeden signál mixujeme s komponentou ve fázi a druhý kanál mixujeme s komponentou o 90 stupňů posunutou. Pak nám změříme dvě napětí, která leží na obvodu fázorového kruhu. A pomocí jednoduhé matematiky typu
Amplituda = odmocnina ( I2 + Q2 )
Se dopracujeme k informaci o amplitudě.
Jak funguje takový kvadraturní lock-in zesilovač vidíme na obrázku. Jenom, abyste nebyli spletení, proti mojí ideji "nabíjení čtyř kondenzátorů" přímým signálem - tento zesilovač nabíjí jenom dva, ale zato vždy střídavě přímým a invertovaným signálem - nezatěžujte si tím hlavu - výsledek vyjde úplně nastejno.
Doufám, že mi začínáte věřit, že v elektronice "tak nějak všechno souvísí se vším" i bez marijány, nebo jiného fetu. Lock-In zesilovače, stejně jako mixéry budeme probírat i nadále, tam, kde jsou k užitku.
Dneska už zbývá jenom tradiční rada pro brunety, co dočetly až sem - Pokud máte nutkání řídit svého miláčka jako procesor robota - od rána do večera od kolébky do hrobu - očekávejte brzký pláč a pak samotu - nedá se nic dělat muži potřebují nadechnout, alespoň občas ....
Karel | 31. ledna 2013 v 20:20
Podobným způsobem počítám nákup v obchodě a hned vím zda mě okradli či ne. Od jisté doby do některých obchodů nepáchnu, takže to asi funguje...