Roedd adeiladu system sefydlogi laser yn cael ei ddefnyddio i olygu sicrhau clo analog swmpus, drud-mewn mwyhadur. Er eu bod yn effeithiol, gall y systemau hyn fod yn gyfyngedig o ran hyblygrwydd, hwyrni ac integreiddio o gymharu â dulliau digidol modern. Mae dyfeisiau digidol sy'n trosoledd prosesu signal digidol yn perfformio'n well na'u rhagflaenwyr, y mae - astudiaethau achos byd go iawn wedi'i ddangos. A yw dyfodol sefydlogi laser yn ddigidol?
Mae sefydlogi laser yn hanfodol. Mewn llawer o setiau sefydlogi laser, mae'r signal sy'n cynrychioli gwyriad amledd yn hynod o wan ac yn aml wedi'i gladdu mewn sŵn cefndir. Gall aflonyddwch amgylcheddol a sŵn canfodydd ddominyddu'r mesuriad yn hawdd, gan wneud echdynnu dibynadwy o'r signal gwall yn heriol.
Er gwaethaf ymddangosiadau, nid yw laserau yn cynhyrchu lliw pur berffaith a phŵer cyson. Gan eu bod yn sensitif i'w hamgylchedd, gall newidiadau bach iawn mewn tymheredd, dirgryniad, pwysedd, neu gyflenwad pŵer achosi i amlder y laser ddrifftio a phwer i amrywio. Mae hyd yn oed mân newidiadau â goblygiadau sylweddol mewn lleoliadau labordy ac addysgol.
Ar gyfer cymwysiadau manwl uchel, megis sbectrosgopeg cydraniad uchel, mae'r ansefydlogrwydd hwn yn annerbyniol. Rhaid i unigolion ddefnyddio systemau sefydlogi laser i gywiro amrywiadau yn weithredol a chloi allbwn y laser i gyfeiriad allanol sefydlog iawn.
Y dull cyffredinol ar gyfer sefydlogi laser yw dolen adborth. Mae sampl o olau yn cael ei hollti a'i anfon i gyfeirnod sefydlog, ac mae synhwyrydd yn mesur amlder y laser o'i gymharu â'r cyfeirnod sefydlog. Mae signal gwall o sero yn nodi bod y laser wedi'i gloi i'r cyflwr cyfeirio, tra bod gwyriadau uwchlaw neu islaw sero yn nodi drifft amlder.
Mae signalau gwall yn aml yn hynod o wan oherwydd eu bod yn cael eu claddu o fewn sŵn cefndir. Y ffordd draddodiadol o'i echdynnu yw gyda chlo analog-mewn mwyhadur-blwch ffisegol wedi'i diwnio'n benodol i chwilio am signal ar amledd penodol.
Problemau gyda chlo analog-mewn mwyhaduron
Yn y gorffennol, roedd creu system sefydlogi laser yn golygu prynu clo analog unigol-mewn mwyhadur y mae'n rhaid ei wifro'n gorfforol i synwyryddion a modiwlau electronig eraill. Roedd yn effeithiol ond yn anhyblyg. Roedd yn rhaid i weithwyr proffesiynol addasu neu amnewid caledwedd i newid yr amlder modiwleiddio.
Mae clo analog-mewn mwyhaduron wedi bod yn sylfaen ar gyfer mesuriadau sensitif ers degawdau, oherwydd gallant dynnu signalau gwan o amgylcheddau hynod swnllyd, lle mae adalw data cywir yn hanfodol. Fe wnaethant gyflawni eu pwrpas yn effeithiol, ond maent yn straen i fodloni disgwyliadau perfformiad esblygol. Ni all defnyddwyr newid swyddogaethau a gosodiadau craidd y ddyfais yn hawdd-gan gynnwys ystod amledd gweithredu, mathau o hidlyddion, a chysonion amser.
Mae clo digidol-mewn mwyhaduron yn digideiddio signalau mewnbwn drwy algorithmau prosesu signal digidol ar gyfer hidlo manwl gywir a dadfododi aml-amledd-heb ddrifftio cydrannau. Maent wedi'u cynllunio ar gyfer gweithrediadau mathemategol paralel perfformiad uchel, amser real.
Mae gweithredu digidol yn ailadrodd swyddogaeth gyfan y clo analog-mewn blwch yn y cod ar ddyfais ddigidol. Mae'n hidlo ac yn prosesu rhifau i echdynnu'r signal gwall mewn amser real, ac mae trawsnewidydd digidol i- wedyn yn creu'r foltedd sydd ei angen i gywiro'r laser. Gall y dull hwn ragori ar weithrediadau analog mewn perfformiad ac ymarferoldeb, yn enwedig mewn cymwysiadau sydd angen hyblygrwydd ac integreiddio.
Hanfodion prosesu signal digidol
Y dull modern yw digido'r clo-yn swyddogaethau craidd y mwyhadur. Mae trawsnewidydd analog cyflym iawn i-ddigidol (ADC) yn trosi'r signal analog swnllyd o'r synhwyrydd yn ffrwd o ddata digidol. Mae prosesu signal digidol yn cyflawni gweithrediadau mathemategol ar y wybodaeth hon. Mae'r allbwn yn cael ei hidlo a'i brosesu i echdynnu'r signal gwall mewn amser real.
Troi signalau yn ddata.Mae'r ADC yn trosi signal mewnbwn analog parhaus yn gyfres arwahanol o rifau. Mae samplu'r foltedd mewnbwn ar gyfradd sefydlog uchel yn cynhyrchu llif data sy'n brasamcanu'r tonffurf wreiddiol. Yr amcan yw cymharu'r signal mewnbwn â chyfeirnod, sef ton sin yn nodweddiadol.
I wneud hyn, mae'r system yn hollti'r signal mewnbwn. Mae'r ddau yn cael eu lluosi ar wahân gyda'r cyfeirnod a chopi wedi'i symud o 90{2}gradd{-cyfnod gradd. Yn wahanol i offerynnau analog, mae technoleg ddigidol yn dileu colledion o'r signal i'r sŵn wrth hollti'r signal. Yna mae'r signalau hyn yn pasio trwy hidlwyr pas-isel digidol union yr un fath ar gyfer tynnu sŵn a chyfartaleddu data.
Mae allbwn y broses demodulation yn ddau werth cerrynt uniongyrchol sefydlog. Er mwyn eu glanhau, rydych yn defnyddio hidlwyr digidol fel y crib integreiddiwr rhaeadru (CIC) neu ymateb ysgogiad cyfyngedig (FIR), a ddylai atal -signalau amledd uchel a chynhyrchu signal cerrynt uniongyrchol (DC) yn rhydd o sŵn.
Glanhau signalau.Mae CIC yn boblogaidd oherwydd nid oes angen storio na lluosi cyfernod hidlo arno. Mae'n dibynnu ar y cyfrifiannau symlaf-dim ond tynnu ac adio sydd eu hangen arnoch i weithredu'r ffilterau hyn. Gallwch hefyd gyflawni -pasio hidlo isel gyda chymhlethdod cyfrifiannol sylweddol is na gyda FIR.
Er bod gan FIR ddefnyddiau o hyd, mae angen amledd torri isel iawn, sy'n arwain at weithrediadau cymhleth, defnydd sylweddol o adnoddau, a hwyrni uwch. Os yw'n well gennych FIR, gallwch optimeiddio gyda hidlwyr deuol sy'n rhannu un tabl cyfernod. Mae'r dull hwn yn darparu perfformiad uwch, cymhlethdod cyfrifiannol isel, a defnydd isel o adnoddau.
Ychydig iawn o oedi.Ar ôl cymysgu, gall y signal fod yn swnllyd o hyd. Er mwyn ei lanhau, rhaid i'r clo-mewn cyfartaledd y signal. Mae cyfartaleddu yn ffynhonnell gyffredin o oedi oherwydd, yn ôl ei natur, ni all newid ar unwaith a rhaid ei fesur dros amser.
Os byddwch yn cael cyfnod byr iawn ar gyfartaledd, bydd yr allbwn yn ymateb yn gyflym iawn i newidiadau, ond ni fyddwch yn hidlo llawer o sŵn. Mewn cyferbyniad, bydd cyfartaleddu dros gyfnod hir yn dileu sŵn yn effeithiol ac yn rhoi canlyniad glân a sefydlog, ond bydd yn cymryd amser hir i ymateb pan fydd y signal go iawn yn newid.
Gosod y cysonyn amser-sy'n mesur pa mor gyflym y mae system yn ymateb i fewnbwn-i werth byr iawn. Er y gall eich allbwn fod yn swnllyd, bydd yn ymateb bron yn syth i unrhyw newidiadau. Wrth i chi gynyddu'r cysonyn amser yn raddol, bydd yr allbwn yn dechrau llusgo. I gael yr amser cyfartalog byrraf posibl, stopiwch unwaith y bydd y signal yn ddigon sefydlog ar gyfer mesur dibynadwy.
Manteision gweithredu digidol
Gyda chlo digidol-mewn mwyhaduron, gall gweithwyr labordy proffesiynol newid paramedrau-megis gosodiadau hidlydd, amlder modiwleiddio, ac ennill-trwy olygu llinell o god yn unig. Nid oes angen cyffwrdd ag unrhyw galedwedd. Mae rheolaeth ddigidol yn galluogi technegau sefydlogi mwy cymhleth, addasol sy'n anodd neu'n amhosibl eu gweithredu gyda chydrannau analog.
Y tu hwnt i fod yn fwy greddfol, mae'r system hon fel arfer yn fwy fforddiadwy. Bydd dyfais rhaglenadwy sengl yn llawer rhatach na blychau electronig arbenigol lluosog gyda chydrannau analog. Mewn-gosodiadau byd go iawn, mae systemau sefydlogi laser gyda phrosesu signal digidol yn effeithlon, yn bwerus ac yn gost-effeithiol.
Mae microsgopeg stiliwr sganio (SPM), er enghraifft, yn darparu mapiau topoleg arwyneb micro- a nanoraddfa. Fel arfer, diffinnir gosodiad y pwynt sganio o fewn patrymau raster topograffeg hirsgwar. Risg y strategaeth hon yw y gallai data gwerthfawr gael ei golli oherwydd dwysedd sganio annigonol. Hefyd, gall y system gael ei llethu gan ddata pan fyddai cydraniad is yn ddigon.
Mae rheolydd sy'n cefnogi sganio addasol yn gwneud caffael data yn fwy effeithlon. Dangosodd un astudiaeth achos y gall hyd yn oed prosesydd signal digidol cost isel gyflawni perfformiad tebyg i ddatgan -microsgopau masnachol celf i alluogi gweithrediad 16-, 18-, a 20-did. Dangosodd yr arbrawf hwn y potensial o ddefnyddio cydrannau hyblyg, oddi ar y silff i greu offerynnau pwerus.
Mae dyfnder did uwch yn golygu y gall y rheolydd fesur gwahaniaethau uchder llawer llai. Mae delweddu ar raddfa nano yn gofyn am dra manwl gywirdeb i ganfod nodweddion bach, ac mae system wedi'i theilwra a ddefnyddir yn ychwanegu-ar fyrddau i gynyddu'r cydraniad 14-did brodorol i 18- a 20-did ar gyfer rheoli a mesur manylach.
Prototeipiau system sefydlogi laser
Mae clo digidol-mewn mwyhaduron yn llawer cywirach na'u cymheiriaid analog oherwydd syntheseiddio amledd a synhwyro cyfnod-sensitif (gweler Ffig. 1). Mae gweithrediadau digidol yn cynnig mwy o hyblygrwydd a scalability, er gwaethaf cymhlethdod gweithredu ychwanegol. Wrth ddylunio dyfeisiau analog, mae'n anodd lliniaru rhai gwallau oherwydd cyfyngiadau electroneg analog.
P'un a yw ymchwilwyr opteg cwantwm yn defnyddio prosesu signal digidol i greu rhwydweithiau adborth cymhleth neu mae labordai prifysgol yn addysgu egwyddorion ffiseg laser i fyfyrwyr, mae'r systemau sefydlogi laser hyn yn amlwg yn well na'u cymheiriaid analog.
Er mwyn adeiladu system effeithiol, dylai unigolion symud i ffwrdd o galedwedd blêr, hen ffasiwn tuag at feddalwedd smart, hyblyg. Wrth brototeipio, rhaid iddynt osod cysonyn amser yr hidlydd mor fyr â phosibl i gydbwyso amser adwaith a sefydlogrwydd y signal gwall. Rhaid i'r ddolen adborth sefydlogi fod yn gyflymach na drifft y laser.
Mae clo da-mewn mesuriad yn seiliedig ar signal cyfeirio optimaidd. Wrth ddefnyddio cyfeirnod allanol, rhaid iddynt sicrhau bod yr amlder wedi'i ddiffinio'n dda ac yn rhydd o sŵn cyfnod. Ar ôl cynnal rhai mesurau sicrhau ansawdd ymlaen llaw, bydd eu system yn ymdrin â llawer o'r gwaith coes. Os oes angen addasiadau, mae mor hawdd â newid llinell o god.
Symud tuag at weithrediadau digidol
Mae sefydlogi laser yn gofyn am ganfod signal gwall gwan iawn trwy sŵn sylweddol. Mae clo-mewn mwyhadur yn rhagori ar ei echdynnu, ond nid yw pob un yn cael ei greu yn gyfartal. Mae platfform digidol, wedi'i ddiffinio gan feddalwedd-yn disodli caledwedd swmpus, drud, ac yn gwneud prototeipio a gweithredu yn gyflymach, yn rhatach ac yn fwy hyblyg (gweler Ffig. 2).
Er mwyn ceisio cywirdeb, mae'r clo analog a oedd unwaith yn gyffredin-mewn mwyhadur bellach wedi dyddio. Er y gellir ei ddefnyddio o hyd, mae ei gymar modern yn amlwg yn well. P'un a ydych chi'n dal i ddefnyddio clo analog-mewn mwyhaduron o'r 1970au neu'n gweithio ar eich prosiect prosesu signal digidol cyntaf, gallwch chi gyfiawnhau uwchraddio'n hawdd.
