Задержка импульса: управление временем и синхронизацией в электронных системах — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое задержка импульса. Как она используется в электронных схемах. Какие существуют способы реализации задержки импульса. Для чего нужна задержка импульса в цифровых и аналоговых системах.

Содержание

Что такое задержка импульса и зачем она нужна

Задержка импульса — это намеренное смещение во времени фронта или спада электрического импульса относительно его исходного положения. Данный метод широко применяется в электронике для синхронизации сигналов, формирования временных интервалов и управления последовательностью событий в цифровых и аналоговых схемах.

Основные причины использования задержки импульсов:

Синхронизация работы различных узлов электронных устройств
Формирование временных интервалов заданной длительности
Компенсация задержек распространения сигналов в длинных линиях связи
Устранение переходных процессов и «дребезга» контактов
Реализация логических и арифметических операций в цифровых схемах

Способы реализации задержки импульсов

Существует несколько основных методов создания задержки импульсов в электронных схемах:

1. RC-цепи

Простейший способ получить небольшую задержку — использовать RC-цепь, состоящую из резистора и конденсатора. При подаче импульса на вход такой цепи, напряжение на выходе будет нарастать или спадать по экспоненциальному закону, создавая задержку фронта или спада.

2. Линии задержки

Для больших задержек применяются специальные линии задержки на основе длинных отрезков коаксиального кабеля или LC-цепочек. Время задержки определяется длиной линии и скоростью распространения сигнала в ней.

3. Цифровые схемы

В цифровых устройствах задержка реализуется с помощью счетчиков, регистров сдвига или специализированных микросхем задержки. Это позволяет получить точные цифровые задержки в широком диапазоне.

4. Программные методы

В микропроцессорных системах задержка может создаваться программно с помощью циклов или таймеров. Такой способ обеспечивает гибкость в управлении временными параметрами.

Применение задержки импульсов в электронике

Рассмотрим некоторые типичные области применения схем задержки импульсов:

Формирование временных интервалов

Задержанные импульсы часто используются для создания точных временных интервалов в измерительной технике, системах управления и автоматике. Например, в осциллографах задержка запуска развертки позволяет исследовать нужный участок сигнала.

Устранение дребезга контактов

При замыкании механических контактов возникают кратковременные колебания, вызывающие множественные срабатывания. Схема задержки позволяет отфильтровать эти ложные импульсы и получить один четкий сигнал.

Синхронизация в цифровых схемах

В сложных цифровых устройствах задержки необходимы для согласования времени прохождения сигналов по различным цепям. Это обеспечивает корректную работу последовательных логических схем, таких как счетчики и регистры.

Реализация задержки импульса на примере простой схемы

Рассмотрим пример простой схемы для задержки фронта и спада прямоугольного импульса:

В этой схеме:

R1 и C1 формируют задержку фронта импульса
R2 и C2 создают задержку спада
Величина задержки определяется постоянной времени τ = RC

При подаче прямоугольного импульса на вход схемы, на выходе получим импульс с задержанными фронтом и спадом. Изменяя номиналы компонентов, можно регулировать величину задержки.

Цифровые методы задержки импульсов

В современной электронике все чаще используются цифровые методы задержки импульсов. Рассмотрим пример реализации задержки с помощью микроконтроллера:

«`c void setup() { pinMode(2, INPUT); // Входной сигнал pinMode(13, OUTPUT); // Выходной сигнал с задержкой } void loop() { if (digitalRead(2) == HIGH) { delay(100); // Задержка 100 мс digitalWrite(13, HIGH); } else { digitalWrite(13, LOW); } } «`

В этом примере:

Входной сигнал подается на пин 2
При обнаружении высокого уровня выполняется задержка 100 мс
После задержки формируется выходной импульс на пине 13

Такой подход обеспечивает гибкость в управлении задержкой и позволяет реализовать сложные алгоритмы обработки импульсных сигналов.

Применение задержки импульсов в измерительной технике

Задержка импульсов широко используется в различных измерительных приборах и системах. Рассмотрим несколько примеров:

Осциллографы

В цифровых осциллографах задержка запуска развертки позволяет исследовать сигнал до момента появления синхроимпульса. Это дает возможность наблюдать предысторию событий и анализировать причины возникновения различных аномалий в сигнале.

Время-цифровые преобразователи

В системах измерения временных интервалов задержанные импульсы используются для формирования стробов и временных окон. Это позволяет измерять длительность импульсов и интервалы между ними с высокой точностью.

Радиолокационные системы

В радарах задержка импульсов применяется для измерения дальности до цели. Сравнивая время прихода отраженного сигнала с моментом излучения зондирующего импульса, можно определить расстояние до объекта.

Проблемы и ограничения при использовании задержки импульсов

При работе со схемами задержки импульсов следует учитывать ряд факторов:

Температурная зависимость параметров компонентов может влиять на стабильность задержки

Паразитные емкости и индуктивности могут искажать форму импульсов при больших задержках
В цифровых схемах возможно накопление джиттера при каскадном включении элементов задержки
Необходимо учитывать задержки распространения сигналов в длинных линиях связи

Для минимизации этих эффектов применяются различные методы стабилизации и коррекции, а также используются прецизионные компоненты и специализированные микросхемы.

Заключение

Задержка импульсов является важным инструментом в арсенале разработчика электронных устройств. Она позволяет решать широкий спектр задач по управлению временными параметрами сигналов и синхронизации работы различных узлов. Правильное применение методов задержки импульсов позволяет создавать эффективные и надежные электронные системы.

Задержка импульсов

На главную страницу

Каталог схем

Практические схемы

Автолюбителю

Пиропатрон

Телефония

Электропитание

Для быта

Шпиономания

Звук

Охрана

Компьютер

Другие схемы

Каталог схем

Программы

Полезные советы

Справочное

Теория

Инструмент

Мобильная связь

Магазин

Аудио-Видео продукция

CD- Почтой

Справочное

Рекламодателям

Аудитория сайта

Программный контроль времени запаздывания начала измерения относительно сигнала

В спектрометрах AvaSpec, построенных на базе платформы USB2, реализована новая возможность задания времени запаздывания начала измерения относительно момента вспышки источника излучения или импульса лазера. Таким образом, можно установить время запаздывания старта измерения относительно внешнего сигнала.

Описание программного контроля времени запаздывания начала измерения относительно внешнего сигнала дано на примере лазерной атомно-эмиссионной спектрометрии анализа элементного состава (LIBS).

4.9 Лазерная атомно-эмиссионная спектрометрия анализа элементного состава – Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)

(только для спектрометров AvaSpec-2048-USB2 и AvaSpec-3648-USB2)

В случае спектрометров, построенных на базе платформы USB2, начало измерения может быть отложено во времени относительно события вспышки источника излучения или импульса лазера. Иначе говоря, возможно установить время запаздывания старта измерения относительно внешнего сигнала. Это свойство может использоваться для лазерной атомно-эмиссионной спектрометрии анализа элементного состава (LIBS).

Программируемая задержка: от –21 наносекунд до +89 секунд с шагом 21 нс, фазовое дрожание = 0. Часть эмиссии плазмы во временном интервале задержки не включается в интеграционное время измерения.

При измерениях с использованием технологии LIBS свет лазера не должен быть включен в измерительный цикл. Таким образом, измерительный цикл начинается с запрограммированной пользователем временной задержкой после вспышки лазера.

Существуют два способа реализации измерений по технологии LIBS:

Спектрометр AvaSpec контролирует расчет времени для лазера. В данном режиме спектрометр посылает выходной TTL-сигнал для включения вспышки лазера и временная задержка начала измерения синхронизируется с этим выходным сигналом.

Расчет времени контролируется со стороны лазера или внешнего генератора импульса и синхронизируется со спектрометром AvaSpec путем запуска спектрометра в режиме внешнего триггера. В этом случае спектрометр принимает входящий TTL-сигнал от лазера или одновременно с лазером от внешнего источника импульса. Временная задержка начала измерения синхронизируется с этим входящим сигналом.

Преимущества использования выходного TTL-сигнала со стороны спектрометра для включения вспышки лазера:

Отсутствует разброс и рассогласованность между выходным TTL-сигналом и началом измерения. Выходной сигнал и начало измерительного цикла синхронизируются с использованием 48 МГц FPGA часов в спектрометре. Однако, если существует значительная рассогласованность между получением лазером TTL-сигнала от спектрометра и включением импульса лазера, нет никакого преимущества в нулевом уровне флуктуаций сигнала в спектрометре. Если расчет времени контролируется со стороны лазера, временной сдвиг между асинхронным внешним триггерным сигналом и началом времени измерения составляет 21 нс.

Задержка времени начала измерения может быть установлена очень короткой и даже иметь отрицательное значение (в этом случае интеграционное время измерения начнется до того, как произойдет вспышка лазера). Если расчет времени контролируется со стороны лазера или генератора импульсов, то будет установлена минимальная задержка начала измерения, величина которой зависит от типа спектрометра: минимальная задержка составляет 0.28 мкс для AvaSpec-3648-USB2 и 1.28 мкс для AvaSpec-2048-USB2.

Техническое обеспечение и настройки, а также другие установки описаны в разделе 4.9.1. После установки приложения LIBS (раздел 4.9.2), можно осуществить определенное пользователем число измерений.

4.9.1 Установки LIBS

Диалог установок LIBS появится после клика курсором опции меню:

“Application – LIBS – Settings”. Могут быть введены следующие установки:

Пункт “Hardware Setup” (Установки Технического обеспечения) относятся к двум вариантам реализации измерений по технологии LIBS, как описано ранее.

“General Settings” (Основные Настройки) включают:

Number of Measurements (Число Измерений). Одно измерение включает сканирование столько раз, сколько указано в NrOfAverage (Число Усреднений). Значение параметра Усреднение выставляется в поле редактирования главного окна. Например, если указано 10 измерений с установленным параметром усреднений равным 16, всего будет произведено 160 сканирований.

Фиксированная/Переменная задержка начала интеграционного времени измерения. Если выбрано “Use Variable Integration time Delay” (Использовать Переменную Задержку начала измерения), необходимо обозначить величины задержки для первого и последнего измерений. Величины временной задержки при измерениях между первым и последним измерениями будут интерполированы линейным образом. Оставьте поле “Use Variable Integration time Delay” не отмеченным, чтобы проводить измерения с фиксированным значением времени задержки и введите значение фиксированной задержки времени перед началом измерения.

Disable Graphical Output (Отменить Графический Вывод) для увеличения скорости измерений. Вывод графической информации занимает много времени, особенно если используется короткое интегральное время измерения, таким образом, если требуется проводить высокоскоростные измерения, выберите этот пункт для измерений без обновления графической информации.

Установки LIBS в нижней части окна диалога, как показано на рисунке, используются только в том случае, если выходной TTL-сигнал на ножке 23 применяется для отправки триггерного сигнала на лазер.

Параметр Pulse Width (величина импульса) определяет продолжительность импульса в микросекундах для выходного TTL-сигнала на ножке 23.

При использовании выходного TTL-сигнала на ножке 23 существует три варианта начала и контроля последовательности измерений:

Контроль со стороны программного обеспечения

Последовательность измерения должна полностью контролироваться со стороны программного обеспечения, если спектрометр не установлен в режиме внешнего триггера (не выбрано “Setup – Options – External Trigger Setting” ) и отмечен флаг в установках LIBS рядом с “In Hardware Trigger Mode, perform one SingleScan…”. Частота выходного TTL-сигнала на ножке 23 определяется значением параметра “Time Between Scans [ms]” (Время Между Сканированиями в мс).

Запуск последовательности измерений происходит при нажатии на кнопку Start в диалоговом меню LIBS, как описано в разделе 4. 9.2.

Начало первого сканирования по сигналу внешнего триггера, все последующие сканирования контролируются в программном режиме

Последовательность измерений в этом случае устанавливается так, что первое сканирование стартует после передачи внешнего триггерного сигнала на ножку 6 спектрометра. В этом случае, все последующие сканирования запускаются программным способом, используя параметр “Time Between Scans [ms]” для определения выходного TTL-сигнала на ножке 23. Для использования этого режима измерений, установите внешний триггерный режим (“Setup – Options – External Trigger Setting”) и выберете в установках LIBS пункт “In Hardware Trigger Mode, perform one SingleScan…”.

Запуск последовательности измерений происходит при нажатии на кнопку Start в диалоговом меню LIBS, как описано в разделе 4.9.2, сразу после подачи внешнего триггерного сигнала на ножку 6 спектрометра.

Начало каждого сканирования по сигналу внешнего триггера, при необходимости используя параметр задержки импульса лазера

Если в установках LIBS выбран пункт “In Hardware Trigger Mode, perform one SingleScan…”, спектрометр установлен в режиме ожидания внешнего триггерного сигнала и требуется один входящий сигнал на ножку 6 спектрометра для начала одного сканирования. Таким образом, требуется NrOfMeasurement*NrOfAverage (произведение числа измерений на число усреднений) сигналов от внешнего триггера для завершения всей последовательности измерения. При использовании этого режима параметр “Time Between scans [ms]” становиться ненужным, поскольку частота сканирований будет определяться частотой триггерных импульсов, полученных на ножке 6 спектрометра.

При использовании этого режима может быть определен параметр “LaserDelay [μs]” (Задержка Лазера в мкс). Параметр LaserDelay определяет время в микросекундах между получением внешнего триггерного сигнала на ножке 6 спектрометра и передачи сигнала на ножку 23 для включения импульса лазера.

Запуск последовательности измерений происходит при нажатии на кнопку Start в диалоговом меню LIBS, как описано в разделе 4.9.2, сразу после подачи внешнего триггерного сигнала на ножку 6 спектрометра.

4.9.2 Включение и запуск приложения

Запуск приложения LIBS происходит при нажатии на пункт меню “Application – LIBS – Settings”. Открывается окно диалога LIBS Progress в правой части экрана. Кнопки в окне диалога имеют ту же функциональность, что и в главном окне. Доступ к главному окну в ходе выполнения измерений LIBS невозможен.

После нажатия кнопки Start в окне диалога запускается процесс измерения в режиме LIBS. Если контроль расчета времени выполняется спектрометром, спектрометр посылает выходной TTL-сигнал на ножку 23 для запуска лазера и запускает измерение, используя определенную временную задержку после каждого TTL-сигнала.

Если расчет времени контролируется со стороны лазера или внешнего генератора импульсов, спектрометр ожидает внешнего триггерного импульса и начинает измерение после получения внешнего триггерного сигнала с временной задержкой перед началом сканирований, величина которой определяется пользователем. В этом случае, спектрометр будет ожидать нового внешнего триггерного импульса для каждого последующего измерения.

После каждого сканирования обновляется значение “Performed Nr of Average” (Выполненное число усреднений), а после выполнения числа сканирований, равного указанному числу усреднений, обновляются значения “Performed Nr of Measurements” (Выполненное число измерений) и вывод графической информации о спектре.

смотрите также: Автоматизированная спектрометрия — AvaSoft-Basic/Full Software

Достижение короткой задержки воспламенения и высокого удельного импульса с помощью гиперголовых ионных жидкостей на основе цианборгидрида

Достижение короткой задержки воспламенения и высокого удельного импульса с помощью гиперголовых ионных жидкостей на основе цианборгидрида†
Амели Пиала, ^и Александрос А. Китос, ^и Томаш Г. Витковски,‡ ^a Кирилл Кук, ^и Шилян Ван, ^б Ангуанг Ху* ^б и Мурали Муругесу * ^и
Принадлежность автора

* Соответствующие авторы

^и Кафедра химии и биомолекулярных наук, Оттавский университет, ул. Марии Кюри, 10, Оттава, Онтарио, Канада
Электронная почта: m. [email protected]

^б Исследования и разработки в области обороны Канада-Саффилд, PO Box 4000, Stn Main, Medicine Hat, Канада
Электронная почта: Ангуанг.Ху@drdc-rddc.gc.ca

Аннотация

Эффективная разработка топлива на основе гиперголовой ионной жидкости (HIL) с привлекательными характеристиками ( например, , короткой задержкой воспламенения и высоким удельным импульсом) может быть достигнута путем тонкой настройки молекулярной организации, включающей как катионы с соответствующими алкильными цепями, так и цианоборогидрид. на основе богатых водородом анионов. Привлекательные свойства представленных производных были достигнуты за счет сочетания катионов с различными заместителями (замещенными 1 H -1,2,4-триазол-4-ий, катионы пирролидиния, аммония и пиридиния) и анион цианборгидрида. Все представленные HIL демонстрируют высокую термическую стабильность с температурой термического разложения выше 154 °C и обладают более высокой плотностью (от 0,82 до 1,02 г см ^-3 ) по сравнению с несимметричным диметилгидразином (НДМГ, 0,793 г см ^-3 900 ). 62 ). Гиперголическое воспламенение комбинации топлив оценивали с помощью установки для испытаний на падение с использованием белой дымящей азотной кислоты (WFNA) в качестве окислителя и регистрировали с помощью высокоскоростной камеры. Все соединения имеют время задержки воспламенения (ID) менее 50 мс, в то время как родственный 1-гексил-1-метилпирролидин-1-ий цианотригидроборат ( 17 ) показал самое короткое время идентификации (5 мс), которое сравнимо со временем идентификации НДМГ (4,8 мс с WFNA в качестве окислителя). Кроме того, эти HIL демонстрируют более высокие тепла образования (от 187,6 до 392,6 кДж моль ^-1 ), нагревание сгорания (от 34,39 до 47,15 кДж г ) и специфический импульс (176 до 205 с) сравнивают сравнение сравниваемого сравнения). к УДМХ.
Лабораторные заметки
Voice Coil: фаза, групповая задержка и импульсная характеристика — краткое руководство

Эта короткая статья Криса Струка (CJS Labs) в основном посвящена определению и интерпретации фазы, помогая разобраться в сложных данных. Эта справочная статья представляет собой расширенную версию предыдущей лабораторной заметки, опубликованной CJS Labs, и, безусловно, представляет собой отличное обобщение основных знаний о дизайне динамиков. Эта статья была первоначально опубликована в Voice Coil, декабрь 2020 г.
Линейная характеристика двухпортовой системы, такой как громкоговоритель, определяется ее передаточной функцией. Это представлено во временной области действительной импульсной характеристикой, h (t), или в частотной области (через преобразование Фурье) комплексной (действительной и мнимой частями) частотной характеристикой, H (t) или H (е) [1], [2].

Независимо от метода, используемого для выполнения измерения, для большинства инженерных работ предпочтительнее традиционный график Боде, показывающий частотную характеристику в виде логарифмической величины [в децибелах (дБ)] и фазы в градусах. Поскольку действительная и мнимая части частотной характеристики ортогональны, фаза [в градусах] на самом деле представляет собой просто преобразование прямоугольных координат в полярные:

Фазовая характеристика отображает задержку в системе как часть цикла (360°) на каждой частоте. Измеренная фаза двухполосной акустической системы закрытого типа показана на рисунке 1. Задержка распространения до измерительного микрофона была удалена из данных. Обратите внимание, что для любой акустической системы с прямым излучением без дополнительной низкочастотной фильтрации верхних частот фаза должна асимптомировать к 0° или ±180° при постоянном токе. Соответствующая групповая задержка показана на рисунке 2.9.0041
Рисунок 1: Фазовая характеристика двухполосного громкоговорителя в закрытом корпусе. Рисунок 2: Групповая задержка того же двухполосного громкоговорителя в закрытом корпусе.
В отличие от фазы, групповая задержка — это мера зависимости задержки от частоты от входа до выхода системы в постоянных единицах времени (т. е. в секундах). Поэтому важно иметь в виду, что продолжительность периода (один цикл) обратно пропорциональна частоте. Групповая задержка определяется как отрицательная производная (или наклон) развернутой фазовой характеристики как функция частоты:

Групповая задержка по определению представляет системную задержку как функцию частоты, при этом любые задержки обработки, распространения или другие «всепроходные» задержки (иногда называемые «избыточной фазой») удаляются из расчета (т. задержка, зависящая от частоты, соответствующая изменениям амплитуды и фазы частотной характеристики) [3]. Требование для правильного расчета состоит в том, чтобы отклик был достаточно дискретизирован по частоте, чтобы фазовый сдвиг никогда не превышал 180° между соседними точками. Это необходимое условие для того, чтобы можно было правильно развернуть фазу.

Альтернативно, величина импульсной характеристики также отражает задержку в системе непосредственно во временной области. В полосовой системе или системе с ограниченной полосой пропускания пик величины импульсной характеристики представляет собой среднюю групповую задержку в полосе пропускания. Однако, если «всепроходная» задержка распространения системы не удалена из расчета, групповая задержка или импульсная характеристика будут указывать задержку распространения через систему плюс производную фазы, зависящую от частотной характеристики [4].

Рисунок 3: Величина импульсной характеристики двухполосного громкоговорителя закрытого типа, показывающая прямой звук и отражения. На рис. 3 показана амплитуда импульсной характеристики для той же двухполосной акустической системы до удаления всепроходной задержки. Напомним, что величина импульсной характеристики вычисляется с помощью преобразования Гильберта для получения аналитического сигнала времени. Это позволяет рассчитать величину, которую можно изобразить в логарифмической шкале с повышенной детализацией и динамическим диапазоном, иногда называемой кривой энергии-времени или ETC [5]. Помимо предоставления информации о тестируемой системе, это также может быть полезно для настройки измерения и проверки расстояния до микрофона. Обратите внимание, что в этом случае 2,9Задержка в 1 мс на пике показывает, что измерительный микрофон находится на расстоянии 1 м от громкоговорителя. Используя скорость звука, это можно найти следующим образом:

x=c×τ=344 м/с×0,00291 с=1 м

Примечание редактора. Эта статья представляет собой расширенную версию статьи «Групповая задержка и импульсная характеристика», опубликованной в CJS Lab. Информационный бюллетень Notes Vol. 13, выпуск 1, март 2020 г. Чтобы подписаться, посетите сайт www.cjs-labs.com. Это настоятельно рекомендуется Voice Coil. VC

Первоначально эта статья была опубликована в Voice Coil, декабрь 2020 г.

Каталожные номера
[1] Дж. Борвик (ред.), Справочник по громкоговорителям и наушникам, Butterworth & Co, Ltd., 1988, стр. 416-418.
[2] Ф. Э. Тул, Воспроизведение звука — акустика и психоакустика громкоговорителей и помещений, Focal Press, 2008 г., стр. 418–420.
[3] Дж. Вандеркой и С.П. Липшиц, «Использование и злоупотребление кривой энергия-время», Журнал Общества звукоинженеров, Том. 38, № 11, ноябрь 1990 г., стр. 819-836.
[4] С. Дж. Струк и С. Ф. Темме, «Измерения смоделированного свободного поля», Журнал Общества звукоинженеров, Том. 42, № 6, 19 июня94.
[5] Р. Хейзер, «Определение времени поступления сигнала громкоговорителя: часть 1», Журнал Общества звукоинженеров, Том. 19, № 9, октябрь 1971 г., стр. 734-743.

Об авторе
Кристофер Дж. Струк — генеральный директор и главный научный сотрудник CJS Labs в Сан-Франциско, Калифорния. CJS Labs — консалтинговая фирма, специализирующаяся на электроакустике для разработки и тестирования продукции. Он также является директором по стандартам Американского акустического общества. Он занимал должности в компаниях Brüel&Kjær — Дания, Charles M. Salter Associates, GN ReSound и Tymphany Corp. Он является членом и бывшим управляющим Общества звукоинженеров, членом Американского акустического общества, старшим членом IEEE.