Los medidores de flujo de agua incluyen dos transductores de sonido, "A" y "B", como se muestra en la siguiente imagen. Se puede utilizar para transmitir o detectar un pulso de sonido.
Primero se transmite “A”, y se recibe “B”, con un convertidor de tiempo a digital debidamente configurado que registra el tiempo entre la transmisión y la recepción. Luego, la secuencia se invierte, con la transmisión “B” y la recepción “A”. Este intervalo de tiempo, también, es capturado por el convertidor de tiempo a digital.
Puede parecer que los tiempos serían iguales, ya que los sonidos viajan a la misma distancia, pero no es así. El sonido se mueve a través del agua, pero el agua en sí está viajando. Así que el sonido que va contra el flujo se ralentiza, y el sonido que va con el flujo se acelera.
Los dos períodos de tiempo se anotan, y al observar qué tiempo es más largo y más corto, el dispositivo determina fácilmente la dirección del flujo de agua. El conocimiento adicional de factores, como el diámetro de la tubería de agua, permite el cálculo simple del volumen de flujo de agua.
LIDAR significa Detección de luz y rango. Es un componente clave en los autos inteligentes, ya que puede advertir al conductor, o un controlador autónomo, cuando un vehículo se acerca demasiado a un objeto como una barrera u otro vehículo.
Lidar funciona emitiendo un pulso de láser y notando la llegada del mismo pulso cuando regresa a la fuente.
Aquí, también, el convertidor de tiempo a digital indica el tiempo. La velocidad del pulso es la velocidad de la luz. Con el tiempo y la velocidad conocidos, el dispositivo puede calcular fácilmente la distancia entre objetos.
Como la luz viaja a 300,000,000 metros por segundo, viajará 1 metro en 3.3 x 10-9 segundos. Un período de reloj de 3.3 ns corresponde a una frecuencia de reloj de 300 MHz, que es factible con la tecnología actual.
Sin embargo, para evitar colisiones de vehículos de motor, las resoluciones más del orden de 0,1 metros son más prácticas. Diez veces la resolución requiere diez veces la velocidad del reloj, y un sistema digital cronometrado a 3.0 GHz lo está presionando.
A continuación se muestra una arquitectura común empleada en los convertidores de tiempo a digital.
REFCLK es un reloj relativamente lento. tdetener es una medida interna realizada localmente dentro del convertidor de tiempo a digital (TDC). tdetener es el tiempo, en relación con el último impulso REFID, que ha ocurrido un evento medible.
El número de pulsos REFID se cuentan y se multiplican por el período del REFID. Se agregan a tdetener. Por lo tanto, el período de tiempo entre cuando se emite un pulso LIDAR, como un ejemplo, y cuando se recibe una vez que se recupera se determina. Multiplicando por la velocidad de la luz y dividiendo por dos da la distancia.
Si bien se necesitan elementos de muy alta velocidad dentro del TDC, el sistema en su conjunto no necesita ser cronometrado a una velocidad enorme.
El ams AS6500 es un convertidor de tiempo a digital (TDC) de cuatro canales que fue diseñado teniendo en cuenta las aplicaciones LIDAR para vehículos, drones y robots. La unidad puede medir hasta 1 cm, superando 0,1 metros por un factor de 10. Puede realizar 1,5 millones de mediciones por segundo y puede crear una imagen virtual de cualquier amenaza que pueda enfrentar un vehículo.
El AS6500 funciona con una fuente de alimentación de 3.3 V, con una disipación de potencia activa de 60 mW y solo 60 μA en espera. El dispositivo viene en un paquete QFN40 que mide 6 mm × 6 mm.
AMS también ofrece un kit de desarrollo, el AS6500-QF_DK, para ayudar a los diseñadores a reducir el tiempo de comercialización para sus proyectos basados en AS6500. El kit incluye software de programación y GUI para PC, lo que permite a los usuarios configurar y conectar sus señales de inicio y parada y comenzar a tomar mediciones de tiempo de muestra en minutos.
El MAXREFDES70 # es un medidor de flujo de agua. Debido al muy bajo consumo de energía del dispositivo, funcionará durante 20 años sin un reemplazo de la batería.
Antes de que los convertidores de tiempo a digital fueran utilizados en medidores de flujo, se emplearon dispositivos mecánicos, sujetos a todos los problemas de confiabilidad asociados con los dispositivos compuestos de partes móviles.
El corazón del MAXREFDES70 # es el convertidor de tiempo a digital MAX35101 de Maxim. Este dispositivo puede medir periodos de tiempo que van desde 20ps a 8ms. Puede funcionar desde una sola fuente de alimentación de 2,3 V a 3,6 V. Los diseñadores apreciarán la memoria flash incorporada de 8 KB para el registro de datos.
El dispositivo viene en un paquete de TQFP de 32 mm x 5 mm, de 5 pines, y funciona en un rango de temperatura de -40 ° C a + 85 ° C.
El TDC7200 de Texas Instruments es otro ejemplo de un cronómetro electrónico. Tiene dos modos de rango, 12 ns a 500 ns y 250 ns a 8 ms. En cualquiera de los modos, tiene cinco paradas, por lo que el usuario puede comparar hasta cinco intervalos, como se ilustra en el diagrama a continuación:
El dispositivo viene en un paquete de 5.00 mm por 4.40 mm, opera en un rango de temperatura de –40 ° C a 85 ° C, y consume tan poco como 0.5 μA.
El TDC7200 se diseñó teniendo en cuenta tanto el LIDAR como la medición de flujo. Cuando la unidad se combina con el extremo frontal analógico TDC1000 y la MPU de baja potencia MSP430, el diseñador tiene la base de lo que TI denomina "una solución completa de detección ultrasónica de TI".
El TDC7200EVM es un módulo que permite a los usuarios evaluar el funcionamiento y el rendimiento del convertidor de tiempo a digital TDC7200. Viene con una interfaz gráfica de usuario (GUI) fácil de usar para ayudar a los diseñadores a lanzar su producto al mercado lo más rápido posible.
¿Cuál es tu experiencia con los convertidores de tiempo a digital? Háganos saber en los comentarios.
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