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INTRODUÇÃO |
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O Lock-In O amplificador Lock-In, assim como outros dispositivos AC, fornecem uma saída DC proporcional ao sinal AC de entrada, que pode ser verificada através de displays digitais ou ainda através de interfaces em computadores. O Lock-In é utilizado largamente com a função de detectar diferenças de fase entre sinais. Para tal utliza a técnica de Detecção Sensível de Fase ou PSD (na sigla em Inglês). Este dispositivo é um tipo de filtro retificador, que é o coração do Lock-In. Este componente capta apenas o sinal de interesse para a medida, suprimindo o efeito de ruídos ou interferência de componentes ativos. Para funcionar corretamente o PSD deve estar "programado" para funcionar numa determinada banda de freqüência, ou seja, reconhecer apenas o sinal de interesse para a medida, eliminando freqüências indesejadas. Isto é feito fornecendo-se ao detector uma tensão de referência de mesma freqüência e com uma fase fixa relacionada ao sinal de entrada. O uso deste sinal de referência assegura que o instrumento irá "rastrear" qualquer mudança na freqüência do sinal que está sendo analisado. Desta característica que deriva-se o nome do aparelho. Ver também: Teoria e Desevolvimento, Simuladores, Ntas Técnicas |
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TEORIA E DESENVOLVIMENTO |
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A Função de Correlação A compreensão básica do funcionamento de um Lock-In se dá inicialmente através do entendimento do comportamento da Função de Correlação. Esta função se resume basicamente a uma integral definida, que irá, através da multipliação de um sinal de referência e do sinal de entrada, determinar os índices necessários para o calculo da magnitude e fase de um sinal qualquer.
A freqüência do sinal de referência deve ter sua amplitude modulada pelo sinal do experimento. Sendo assim demodulação do sinal composto é feita por detecção síncrona, isto é, a multiplicação sucessiva do sinal a ser medido com a freqüência do sinal original, exatamente o que representa o Lock-In. Relação Sinal Ruído - SNR Existem duas razões principais para se utilizar o amplificador Lock-In em uma experiência científica: sua facilidade em reduzir ruído, ou seja, melhorar a Relação Sinal-Ruído (SNR) do sinal a ser medido, e a detecção sensível de fase.
Um Lock-In geralmente tem a grande característica de reduzir ruídos e melhorar a Relação Sinal-Ruído (SNR) de sinais ruidosos até 60 dB, ou mais. Para se explorar ao máximo essa característica de redução de ruídos deve-se ajustar o ângulo da fase a fim de se obter um nível máximo da saída e adicionar ruído a seu sinal de entrada ajustando a SNR a um valor "muito ruidoso", algo perto de 0 dB, ou menos. Detecção Sensível à Fase A detecção de fase é medida por um dispositivo denominado de PSD (Phase-Sensitive Detector). Ele compõe o principal mecanismo do Lock-In, sendo responsável pela medição da fase entre os dois sinais distintos. O detector, que também trabalha como demodulador, opera multiplicando os dois sinais.
Percebemos então que o nível médio do sinal de saída é proporcional ao produto das amplitudes de freqüência dos sinais de entrada e de referência, além de estarem relacionados com a diferença de fase entre os dois sinais. O nível médio é um componente DC da saída do demodulador, que pode ser facilmente isolada através de um filtro passa-baixa. Ver também: Introdução, Simuladores, Notas Técnicas |
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SIMULADORES |
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Utilizando a ferramenta matemática Matlab foi desenvolvido um simulador, com interface gráfica, de um Lock-In. Este simulador tem como meta testar a teoria que envolve o funcionamento deste equipamento.
Ver também: Introdução, Teoria e Desenvolvimento, Notas Técnicas |
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NOTAS TÉCNICAS |
| DOWNLOAD | DESCRIÇÃO |
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Rafael A. A. Nunes, Marcelo P. de Albuquerque e Mauricio Bochner, Leonardo C. Resende e Jorge L. Gonzalez
"O Amplificador Lock-In" Nota Técnica, CBPF-NT-001/2008 (664 KB) Fevereiro de 2008 |
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Rafael A. A. Nunes, Marcelo P. de Albuquerque e Marcio P. de Albuquerque
"O Amplificador Lock-In" Nota Técnica, CBPF-NT-002/2006 (267 KB) Outubro de 2007 |
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Rafael A. A. Nunes, Marcelo P. de Albuquerque e Marcio P. de Albuquerque
"Introdução a Processadores de Sinais Digitais - DSP." Nota Técnica, CBPF-NT-001/2006 (475 KB) Fevereiro de 2006 |
Ver também: Introdução, Teoria e Desenvolvimento, Simuladores
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Marcelo Portes de Albuquerque: marcelo@cbpf.br |
Ultima atualização: 26/02/2008