Esta información luego se puede utilizar para medir la velocidad o la longitud del camino, o como una forma de conocer las propiedades de la partícula o del medio (como la composición o el caudal). El objeto que viaja puede detectarse directamente (tiempo de vuelo directo, dToF , por ejemplo, mediante un detector de iones en espectrometría de masas) o indirectamente (tiempo de vuelo indirecto, iToF , por ejemplo, mediante luz dispersada desde un objeto en velocimetría láser Doppler ). La tecnología de tiempo de vuelo ha encontrado aplicaciones valiosas en el seguimiento y caracterización de materiales y biomateriales, incluidos los hidrogeles. [1] [2]
En electrónica , uno de los primeros dispositivos que utilizó el principio son los dispositivos ultrasónicos de medición de distancias, que emiten un pulso ultrasónico y son capaces de medir la distancia a un objeto sólido en función del tiempo que tarda la onda en rebotar hacia el emisor. El método ToF también se utiliza para estimar la movilidad de los electrones . Originalmente, fue diseñado para medir películas delgadas de baja conductividad y luego se ajustó para semiconductores comunes. Esta técnica experimental se utiliza para estructuras metal-dieléctrico-metal [3] , así como para transistores de efecto de campo orgánicos. [4] El exceso de cargas se genera mediante la aplicación del láser o pulso de voltaje.
Para la angiografía por resonancia magnética (ARM), la ToF es un método subyacente importante. En este método, la sangre que ingresa al área de la imagen aún no está saturada, lo que le da una señal mucho más alta cuando se usa un tiempo de eco corto y compensación de flujo. Puede utilizarse en la detección de aneurisma , estenosis o disección . [5]
En la espectrometría de masas de tiempo de vuelo , los iones son acelerados por un campo eléctrico hasta la misma energía cinética y la velocidad del ión depende de la relación masa-carga . Por tanto, el tiempo de vuelo se utiliza para medir la velocidad, a partir de la cual se puede determinar la relación masa-carga. [6] El tiempo de vuelo de los electrones se utiliza para medir su energía cinética. [7]
En espectroscopia de infrarrojo cercano , el método ToF se utiliza para medir la longitud de la trayectoria óptica dependiente del medio en un rango de longitudes de onda ópticas, a partir de las cuales se pueden analizar la composición y las propiedades de los medios.
En la medición del medidor de flujo ultrasónico , ToF se utiliza para medir la velocidad de propagación de la señal aguas arriba y aguas abajo del flujo de un medio, con el fin de estimar la velocidad total del flujo. Esta medición se realiza en dirección colineal con el flujo.
En la velocimetría Doppler plana (medición con medidor de flujo óptico), las mediciones de ToF se realizan perpendiculares al flujo midiendo el momento en que las partículas individuales cruzan dos o más ubicaciones a lo largo del flujo (las mediciones colineales requerirían velocidades de flujo generalmente altas y filtros ópticos de banda extremadamente estrecha).
En la interferometría óptica, la diferencia de longitud de trayectoria entre los brazos de muestra y de referencia se puede medir mediante métodos ToF, como la modulación de frecuencia seguida de una medición de cambio de fase o una correlación cruzada de señales. Estos métodos se utilizan en sistemas de radar láser y de seguimiento láser para medir distancias de medio y largo alcance.
En la dispersión por tiempo de vuelo de neutrones , una muestra dispersa un haz de neutrones monocromático pulsado. El espectro de energía de los neutrones dispersos se mide en función del tiempo de vuelo.
En cinemática , ToF es el tiempo que un proyectil viaja por el aire. Dada la velocidad inicial de una partícula lanzada desde el suelo, la aceleración hacia abajo (es decir, gravitacional) y el ángulo de proyección del proyectil θ (medido con respecto a la horizontal), entonces una simple reordenación de la ecuación SUVAT
da como resultado esta ecuación
para el tiempo de vuelo de un proyectil.
El principio del tiempo de vuelo se puede aplicar a la espectrometría de masas . Los iones son acelerados por un campo eléctrico de intensidad conocida. Esta aceleración da como resultado un ion que tiene la misma energía cinética que cualquier otro ion que tenga la misma carga. La velocidad del ion depende de la relación masa-carga . Se mide el tiempo que tarda la partícula en llegar a un detector situado a una distancia conocida. Este tiempo dependerá de la relación masa-carga de la partícula (las partículas más pesadas alcanzan velocidades más bajas). A partir de este momento y de los parámetros experimentales conocidos se puede encontrar la relación masa-carga del ion. El tiempo transcurrido desde el instante en que una partícula abandona una fuente hasta el instante en que llega a un detector.
Un medidor de flujo ultrasónico mide la velocidad de un líquido o gas a través de una tubería mediante sensores acústicos. Esto tiene algunas ventajas sobre otras técnicas de medición. Los resultados se ven ligeramente afectados por la temperatura, la densidad o la conductividad. El mantenimiento es económico porque no hay piezas móviles . Los medidores de flujo ultrasónicos vienen en tres tipos diferentes: medidores de flujo de transmisión (tiempo de tránsito contrapropagante), medidores de flujo de reflexión (Doppler) y medidores de flujo de canal abierto. Los caudalímetros de tiempo de tránsito funcionan midiendo la diferencia de tiempo entre un pulso ultrasónico enviado en la dirección del flujo y un pulso ultrasónico enviado en dirección opuesta a la dirección del flujo. Los caudalímetros Doppler miden el desplazamiento Doppler que resulta en el reflejo de un haz ultrasónico en pequeñas partículas del fluido, burbujas de aire en el fluido o la turbulencia del fluido que fluye. Los medidores de flujo de canal abierto miden los niveles aguas arriba frente a canales o vertederos .
Los sensores ópticos de tiempo de vuelo constan de dos haces de luz proyectados en el fluido cuya detección se interrumpe o se instiga por el paso de pequeñas partículas (que se supone que siguen el flujo). Esto no es diferente de los haces ópticos utilizados como dispositivos de seguridad en puertas de garaje motorizadas o como disparadores en sistemas de alarma. La velocidad de las partículas se calcula conociendo la separación entre los dos haces. Si solo hay un detector, entonces la diferencia de tiempo se puede medir mediante autocorrelación . Si hay dos detectores, uno para cada haz, también se puede conocer la dirección. Dado que la ubicación de los haces es relativamente fácil de determinar, la precisión de la medición depende principalmente de qué tan pequeña se pueda realizar la configuración. Si los haces están demasiado separados, el flujo podría cambiar sustancialmente entre ellos, por lo que la medición se convierte en un promedio sobre ese espacio. Además, podrían residir múltiples partículas entre ellos en un momento dado, y esto corrompería la señal ya que las partículas son indistinguibles. Para que un sensor de este tipo proporcione datos válidos, debe ser pequeño en relación con la escala del flujo y la densidad de siembra. Los enfoques MOEMS producen paquetes extremadamente pequeños, lo que hace que dichos sensores sean aplicables en una variedad de situaciones. [8]
Normalmente, el tubo de tiempo de vuelo utilizado en espectrometría de masas es elogiado por su simplicidad, pero para mediciones precisas de partículas cargadas de baja energía, el campo eléctrico y magnético en el tubo debe controlarse dentro de 10 mV y 1 nT respectivamente.
La homogeneidad de la función de trabajo del tubo se puede controlar mediante una sonda Kelvin . El campo magnético se puede medir con una brújula fluxgate . Las altas frecuencias están pasivamente protegidas y amortiguadas por material absorbente de radar . Para generar un campo arbitrario de bajas frecuencias, la pantalla se divide en placas (superpuestas y conectadas mediante condensadores) con un voltaje de polarización en cada placa y una corriente de polarización en la bobina detrás de la placa cuyo flujo está cerrado por un núcleo externo. De esta manera, el tubo se puede configurar para que actúe como una lente cuadrupolar acromática débil con una apertura con una rejilla y un detector de línea de retardo en el plano de difracción para realizar mediciones con resolución de ángulos. Al cambiar el campo, se puede cambiar el ángulo del campo de visión y se puede superponer una desviación para escanear en todos los ángulos.
Cuando no se utiliza un detector de línea de retardo, se puede enfocar los iones en un detector mediante el uso de dos o tres lentes Einzel colocadas en el tubo de vacío ubicado entre la fuente de iones y el detector.
La muestra debe sumergirse en el tubo con orificios y aberturas a favor y en contra de la luz parásita para realizar experimentos magnéticos y controlar los electrones desde su inicio.
Una cámara de tiempo de vuelo (cámara ToF), también conocida como sensor de tiempo de vuelo (sensor ToF), es un sistema de cámara de imágenes de rango para medir distancias entre la cámara y el sujeto para cada punto de la imagen en función del tiempo . -de vuelo , el tiempo de ida y vuelta de una señal de luz artificial, proporcionada por un láser o un LED . Las cámaras de tiempo de vuelo basadas en láser son parte de una clase más amplia de LIDAR sin escáner , en las que se captura la escena completa con cada pulso láser, a diferencia de punto por punto con un rayo láser, como en los sistemas LIDAR de escaneo. [9]
Los productos de cámaras de tiempo de vuelo para aplicaciones civiles comenzaron a surgir alrededor del año 2000, [10] cuando los procesos de semiconductores permitieron la producción de componentes lo suficientemente rápido para tales dispositivos. Los sistemas cubren distancias que van desde unos pocos centímetros hasta varios kilómetros.Un detector de tiempo de vuelo (TOF) es un detector de partículas que puede discriminar entre una partícula elemental más ligera y más pesada del mismo momento utilizando su tiempo de vuelo entre dos centelleadores . El primero de los centelleadores activa un reloj al ser golpeado, mientras que el otro detiene el reloj al ser golpeado. Si las dos masas se denotan por y y tienen velocidades y entonces la diferencia de tiempo de vuelo está dada por
La cámara [de tiempo de vuelo] pertenece a un grupo más amplio de sensores conocidos como LIDAR sin escáner (es decir, radar láser que no tiene escáner mecánico);
un ejemplo temprano [1990] es el de [Marion W.] Scott y sus seguidores en Sandia.
Z-Cam, la primera cámara de vídeo de profundidad, se lanzó al mercado en 2000 y estaba dirigida principalmente a organizaciones de radiodifusión.
