비행시간

Time of flight
레이저 거리 탐사에 적용되는 비행 시간 기본 원칙.

비행시간(ToF)은 물체, 입자 또는 파동(음향, 전자파 등)이 매체를 통해 거리를 이동하는 데 걸리는 시간의 측정값입니다.이 정보는 속도 또는 경로 길이를 측정하거나 입자 또는 매체의 특성(구성 또는 유속 등)을 학습하는 방법으로 사용할 수 있습니다.이동 물체는 직접(예를 들어 질량 분석에서 이온 검출기를 통해 비행 시간, dToF) 또는 간접(예를 들어 레이저 도플러 속도 측정에서 물체로부터 산란된 빛에 의해 비행 시간, iToF)으로 탐지될 수 있다.

개요

전자공학에서 이 원리를 이용한 가장 초기의 장치 중 하나는 초음파 펄스를 방출하고 파동이 이미터로 되돌아올 때까지의 시간에 기초하여 고체 물체까지의 거리를 측정할 수 있는 초음파 거리 측정 장치이다.ToF 방법은 전자 이동도를 추정하는 데도 사용됩니다.원래는 저전도성 박막 측정을 위해 설계되었으며 나중에 일반 반도체에 맞게 조정되었습니다.이 실험 기술은 금속-유전체-금속 구조 [2]및 유기 전계 효과 트랜지스터에 사용됩니다.초과 전하는 레이저 또는 전압 펄스의 적용에 의해 발생합니다.

ToF 방법으로 생성된 자기 공명 혈관 조영기

자기 공명 혈관 조영(MRA)의 경우 ToF가 주요 기본 방법입니다.이 방법에서는, 촬상 영역에 들어가는 혈액이 아직 포화 상태가 되지 않기 때문에, 짧은 에코 타임과 플로우 보정을 사용하면, 훨씬 높은 신호를 얻을 수 있습니다.동맥류, 협착 또는 [3]절개를 감지하는 데 사용할 수 있습니다.

비행시간 질량분석에서 이온은 전하 질량비에 따라 이온의 속도와 같은 운동 에너지로 전계에 의해 가속된다.따라서 비행 시간은 속도 측정에 사용되며, 여기서부터 질량 대 충전 비율을 [4]결정할 수 있습니다.전자의 비행 시간은 전자의 운동 [5]에너지를 측정하는 데 사용됩니다.

근적외선 분광학에서 ToF 방법은 매체의 구성 및 특성을 분석할 수 있는 광학적 파장의 범위에 걸친 매체의존적 광학적 경로 길이를 측정하기 위해 사용된다.

초음파 유량계측에서는 ToF를 이용하여 총 유속을 추정하기 위해 매체의 유량 상류 및 하류 신호 전파 속도를 측정한다.이 측정은 흐름과 공선 방향으로 이루어집니다.

평면 도플러 속도계(광학 유량계 측정)에서 ToF 측정은 개별 입자가 흐름을 따라 두 개 이상의 위치를 교차할 때 타이밍에 의해 흐름에 수직으로 이루어집니다(공선 측정에는 일반적으로 높은 유속도와 매우 좁은 대역의 광학 필터가 필요합니다).

광학 간섭계에서 샘플 암과 기준 암 사이의 경로 길이 차이는 주파수 변조 후에 위상 편이 측정 또는 신호의 상호 상관과 같은 ToF 방법으로 측정할 수 있다.이러한 방법은 중거리 거리 측정을 위한 레이저 레이더 및 레이저 트래커 시스템에 사용됩니다.

중성자 비행시간 산란에서는 펄스 단색 중성자 빔이 시료에 의해 산란된다.산란 중성자의 에너지 스펙트럼은 비행 시간을 통해 측정된다.

운동학에서 ToF는 발사체가 공기를 통해 이동하는 기간입니다.지상에서 발사된 입자의 초기 u(u)와 하향(중력) a(\ 스타일 a 및 발사체의 투영 각도 θ(수평에 대해 측정)를 고려하여 SUVAT 방정식을 단순 재배치합니다.

이 방정식의 결과

발사체의 비행 시간 동안.

질량 분석에서

시마즈 이온 트랩 ToF
주요 기사:비행 시간 질량 분석

비행시간 원리는 질량분석에 적용할 수 있다.이온은 알려진 강도의 전장에 의해 가속됩니다.이 가속은 이온이 같은 전하를 가진 다른 이온과 같은 운동 에너지를 갖는 결과를 낳습니다.이온의 속도는 질량 대 전하 비율에 따라 달라집니다.이후 입자가 알려진 거리에서 검출기에 도달하는 데 걸리는 시간을 측정한다.이 시간은 입자의 질량 대 전하 비율(높은 입자가 낮은 속도에 도달)에 따라 달라집니다.이 시간과 알려진 실험 매개변수를 통해 이온의 질량 대 전하 비율을 구할 수 있습니다.입자가 소스를 떠난 순간부터 검출기에 도달할 때까지의 경과 시간.

유량계

초음파 유량계는 음향센서를 이용하여 파이프에 흐르는 액체나 기체의 속도를 측정한다.이는 다른 측정 기법에 비해 몇 가지 이점이 있습니다.결과는 온도, 밀도 또는 전도율에 의해 약간 영향을 받습니다.가동 부품이 없기 때문에 유지보수가 저렴합니다.초음파 유량계에는 송신(통과시간 역행) 유량계, 반사(도플러) 유량계 및 오픈채널 유량계의 3가지 종류가 있습니다.통과시간 유량계는 흐름 방향으로 송신되는 초음파 펄스와 흐름 방향 반대 방향으로 송신되는 초음파 펄스의 시간차를 측정하여 동작한다.도플러 유량계는 도플러 이동을 측정하여 유체의 작은 입자, 유체의 기포 또는 유동 유체의 난기류 중 하나에서 초음파 빔을 반사시킵니다.오픈 채널 유량계는 플룸 또는 보 앞 상류 레벨을 측정합니다.

광학 비행 시간 센서는 유체에 투사되는 두 개의 빛 빔으로 구성되며, 이 두 빔은 작은 입자의 통과에 의해 검출이 중단되거나 유발된다(흐름을 따르는 것으로 가정됨).이는 전동식 차고 도어의 안전 장치 또는 경보 시스템의 트리거로 사용되는 광학 빔과 다르지 않습니다.입자의 속도는 두 빔 사이의 간격을 알고 계산됩니다.디텍터가 하나만 있는 경우 시간 차이는 자기 상관을 통해 측정할 수 있습니다.각 빔에 하나씩 두 개의 디텍터가 있는 경우 방향도 알 수 있습니다.빔의 위치를 비교적 쉽게 결정할 수 있기 때문에 측정 정밀도는 주로 설정을 얼마나 작게 할 수 있는지에 따라 달라집니다.빔이 너무 멀리 떨어져 있으면 빔 간의 흐름이 크게 변화할 수 있으므로 해당 공간에 대한 측정값이 평균이 됩니다.또한, 여러 개의 입자가 언제든지 그들 사이에 존재할 수 있으며, 이는 입자를 구분할 수 없기 때문에 신호를 손상시킬 수 있습니다.이러한 센서가 유효한 데이터를 제공하려면 흐름의 규모와 시드 밀도에 비해 작아야 합니다.MOEMS 접근법은 매우 작은 패키지를 생성하므로 이러한 센서는 다양한 [6]상황에서 적용할 수 있습니다.

물리학에서

일반적으로 질량분석에 사용되는 비행시간 튜브는 단순성이 뛰어나다고 칭찬받지만, 충전된 저에너지 입자의 정밀 측정을 위해서는 튜브 내의 전기장과 자기장을 각각 10mV와 1nT 이내로 제어해야 합니다.

튜브의 작업 기능 균질성은 켈빈 프로브를 통해 제어할 수 있습니다.자기장은 플럭스게이트 나침반으로 측정할 수 있습니다.고주파는 수동적으로 차폐되고 레이더 흡수 물질에 의해 감쇠됩니다.임의의 저주파 필드를 생성하기 위해 화면을 플레이트(중첩 및 콘덴서에 의해 연결됨)로 분할하고 각 플레이트에 바이어스 전압을 가하고 외부 코어에 의해 플럭스가 닫힌 플레이트 뒤쪽의 코일에는 바이어스 전류를 가합니다.이렇게 하면 회절면 내에 그리드가 있는 개구부와 지연선 검출기를 가진 약한 무채색 4극 렌즈로서 작용하여 각도 분해 측정을 하도록 튜브를 구성할 수 있다.시야 변경은 시야 각도를 변경할 수 있으며 편향 바이어스를 중첩하여 모든 각도를 스캔할 수 있습니다.

지연 라인 검출기를 사용하지 않을 경우 이온 소스와 검출기 사이에 위치한 진공 튜브에 배치된 두세 개의 아인젤 렌즈를 사용하여 이온을 검출기에 집중시킬 수 있습니다.

자기 실험을 수행하고 처음부터 전자를 제어하기 위해 부유광을 위한 구멍과 구멍이 있는 튜브에 샘플을 담가야 합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ R.G. Kepler (1960). "Charge Carrier Production and Mobility in Anthracene Crystals". Phys. Rev. 119 (4): 1226. Bibcode:1960PhRv..119.1226K. doi:10.1103/PhysRev.119.1226.
  2. ^ M. Weis; J. Lin; D. Taguchi; T. Manaka; M. Iwamot (2009). "Analysis of Transient Currents in Organic Field Effect Transistor: The Time-of-Flight Method". J. Phys. Chem. C. 113 (43): 18459. doi:10.1021/jp908381b.
  3. ^ "Magnetic Resonance Angiography (MRA)". Johns Hopkins Hospital. Retrieved 2017-10-15.
  4. ^ Cotter, Robert J. (1994). Time-of-flight mass spectrometry. Columbus, OH: American Chemical Society. ISBN 0-8412-3474-4.
  5. ^ 코어 들뜸에 의해 탈착된 이온 및 중성자의 운동 에너지 분포 조사를 위한 비행시간 기술
  6. ^ Modarress, D.; Svitek, P.; Modarress, K.; Wilson, D. (July 2006). Micro-optical sensors for boundary layer flow studies (PDF). 2006 ASME Joint U.S.-European Fluids Engineering Summer Meeting. pp. 1037–1044. doi:10.1115/FEDSM2006-98556. ISBN 0-7918-4751-9.