Измерение времени выполнения
Измерение времени пролета - это метод косвенного измерения расстояния или скорости путем измерения времени, которое требуется сигналу для прохождения пути измерения .
В зависимости от типа сигнала устройства, которые используют измерение времени прохождения, называются
- Радар - измерение времени полета с помощью радио или микроволн в свободном пространстве
- Лидар -измерениевременипролетаимпульсными лазерными лучами
- Рефлектометрия во временной области - измерение времени пролета с помощью электромагнитных волн в кабелях или
- Сонар - измерение времени пролета с помощью звука или ультразвука .
В случае измерения времени прохождения по существу определяются только разницы во времени . Поэтому - в отличие от измерений в абсолютной шкале времени (мировое время, атомное время, звездное время и т. Д.) - им нужна только система относительного времени , то есть без определенной нулевой точки.
Летучая мышь и дельфин как образцы для подражания
Хорошо известной в природе моделью является система ориентации летучих мышей . Эти активно летающие и глобально распространенные млекопитающие способны ориентироваться даже в полной темноте. С помощью эхолокации вы можете определять расстояние и направление препятствий и добычи по отраженным сигналам. Дельфины могут даже воспроизводить «образы», слышимые как эхо-сигналы в определенной ситуации, и таким образом сообщать своим собратьям об этой ситуации.
Этот метод измерения времени распространения для ориентации также может использоваться на этапе обучения . Затем его можно использовать для ориентации полностью слепых людей.
В отличие от непрямой локализации существует локализация прямых сигналов от источника звука.
Техническая реализация
Поскольку электромагнитные волны распространяются со скоростью света , время прохождения на короткие расстояния чрезвычайно короткое. Поэтому измерение времени выполняется с помощью специальных кратковременных счетчиков или счетчиков интервалов , а в лаборатории - с помощью осциллографа. Первыми приложениями были оценки расстояния с помощью разницы во времени прохождения света и звука (молния, выстрелы из пушек) и определение скорости света.
В случае измерения расстояний диапазон расстояний составляет от нескольких метров (ручной лазер для строительства и т. Д.) До нескольких километров ( EDM для геодезических исследований и наук о Земле ) до миллионов километров в астрономии и космических путешествиях .
При измерении времени прохождения в основном используются:
- электрические сигналы и генераторы ( колебательные и управляющие цепи ); наиболее важные приложения в лаборатории и измерениях времени , электротехнике, компьютерных операционных системах и т. д.)
- Звук или ультразвук , например, для измерения глубины с помощью эхолота
- Световые волны и инфракрасное излучение для измерения расстояний, часто в виде лазерных лучей.
- Радиоволны с длиной волны от нескольких миллиметров или сантиметров (например, радар и GPS ) до метров
- Очень короткие электрические импульсы для поиска повреждений в кабелях.
Эхо-методы или отражатели часто используются на больших расстояниях ( 2, 3), чтобы получить достаточно сильные измерительные сигналы. В случае радиоволн (4) также используется активный ответ с помощью транспондеров . Для отраженных сигналов, расстояние вычисляется как , в результате чего скорость распространения зависит от показателя преломления среды (для света близко к земле около 1,0003) и сигнал транзитного времени называется.
Приложения
Наиболее важные применения:
- Анализ времени автономной работы для оптимизации электротехнических и IT-систем
- Лабораторные измерения в области физики для определения свойств материалов ( показатель преломления оптических сред, распространение геофизических волн в горных породах ...) или для калибровки процессов и масштабов
- Измерение расстояний в геодезии , астрономии , навигации и т. Д. От времени распространения звуковых или электромагнитных волн. См. Также радар , лазерный сканер и камеру TOF .
- Чтобы измерить скорость потока на известном участке измерения, см. Ультразвуковой анемометр .
- Измерение толщины пластикового слоя терагерцовым излучением .