Entender amplificación lock-in con pura geometría básica

Me encontré con un artículo que enseña, fácil y práctico, sobre el funcionamiento de los amplificadores Lock-In. Los cuales son muy populares para limpiar de ruido señales en campos muy diversos; como la detección de contaminantes, caracterización de materiales avanzados entre otros.

El amplificador Lock-In (ALI) es un instrumento que permite la medida de señales AC moduladas a una frecuencia determinada, donde la razón señal/ruido es baja. Luego, la función del ALI es medir la componente de la señal a esa frecuencia e ignorar el resto de frecuencias, de modo que se necesita una señal de frecuencia (senoidal en la mayoría de los casos) para lograr sincronización.

De acuerdo con L. Marin y su amigo R. Ivanov, del CICATA de México, escribieron para el LAJPE que basta saber álgebra y trigonométrica para entender este aparato de laboratorios avanzados. Ellos afirman que el lock-in usa una señal una frecuencia de referencia, la cual crea dos funciones de seno y coseno, las cuales se multiplicaran con la señal del experimento. En total se crearan dos productos, dos ejes. Con un poco de álgebra, se demuestra que de la operación sobrevive la fase en los dos ejes. Pero de nuevo, con un poco de álgebra (basada en vectores de pre-universidad) se obtiene la fase original y la misma fase de la señal, recuerda la frecuencia la determinas escoges tú; el resto de las frecuencias es eliminado por medio de filtros.

Eso es todo, muy sencillo, ¿cierto?

Por cierto, La palabra lock-in siempre me ha causado gracia, pues me recueda a un “loquito”.

Felices experimentos.!!!

Creditos:la imagen es de Eduardo T. F. Santos; Amauri Oliveira, de la publicacion Scielo, texto en portugués.

Referencia: 

LIA in a Nut Shell: How can Trigonometry help to understand Lock-in Amplifier operation?