Ширина импульса что это такое

Что такое ширина лазерного импульса?

Ширина импульса — это длительность светового пятна, выраженная в единицах времени. Чем больше ширина импульса, тем дольше время горения; чем короче ширина импульса, тем меньше тепловой эффект.

Ширина импульса также является способом лазерной классификации, например:

Сверхбыстрый лазер означает, что длительность импульса составляет пикосекунда (пс), фемтосекунда

(Fs) уровень и ниже.

Высокая температура сверхбыстрого лазера еще меньше (холодный свет плюс

Рабочие), даже изящные картины могут быть вырезаны на голове спички

Узкая ширина импульса является преимуществом. Ширина импульса узкая, а тепловой эффект низкий,

Чем лучше эффект обработки; ширина импульса широкая, тепловой эффект высокий, а поверхность обработки

Связь между длительностью импульса и шириной его спектра

Из спектра одиночного импульса ясно, что чем меньше , тем шире спектр. При ® 0 – спектр равномерный; а при = – имеем на спектре одну постоянную составляющую.

Эта связь вытекает непосредственно из общего свойства преобразования Фурье.

Пусть ƒ(t) соответствует спектр F(ω).

Изменим масштаб функции ƒ(t) по оси времени в a раз и рассмотрим спектр функции aƒ(at):

заменим переменные at = z; adt = dz; t = z/a, то есть длительность функции ƒ(t) уменьшится в a раз, во столько же раз возрастет ширина ее спектра.

Вопрос о соотношении между длительностью импульса и шириной его спектра имеет громадное практическое значение. В вычислительной технике необходимы короткие и мощные импульсы и в тоже время требуется, чтобы спектр импульса был как можно уже, так как широкие спектры вызывают трудности при создании аппаратуры.

Эти требования противоречивы.

Возникает вопрос: нельзя ли найти такие сигналы, которые обладали бы ограниченным спектром и одновременно ограниченной длительностью? Формализм преобразования Фурье этого не позволяет, однако для реальных сигналов могут быть введены разумные ограничения, которые позволяют ограничить либо Δt, либо Δƒ, либо и то и другое.

Наиболее удобным в этом смысле, как мы уже говорили ранее, является энергетический критерий. При этом можно представить себе следующие модели сигналов:

1. Сигналы ограничены во времени. Спектр – неограничен теоретически; физически он всегда ограничен и учитывается только та часть спектра, где сосредоточена подавляющая часть энергии сигнала.

2. Сигналы имеют ограниченный спектр, то есть математически это периодические, неограниченные во времени сигналы. Фактически, реальный процесс всегда ограничен во времени, поэтому учитывается только интервал времени, в котором сосредоточена подавляющая часть всей энергии сигнала.

где t₀ – часто задается естественно: для симметричного импульса t₀ = 0; для одиночного так же t₀ = 0 и формула имеет вид:

3. Сигналы, у которых и длительность (Δt) и ширина спектра (Δƒ) ограничены как интервалы, в которых сосредоточена подавляющая часть энергии сигнала. Математический аппарат преобразования Фурье дает в этом случае приближенные разультаты.

При ограничениях по Δt и Δƒ можно поставить следующую задачу – отыскать такую форму сигнала, для которой произведение Δt · Δƒ достигает min.

Такому условию соответствует импульс, имеющий колоколообразную форму, которая описывается кривой Гаусса (кривой нормального распределения).

Рис. 10.17. Кривая Гаусса

Произведение Δt · Δƒ может быть уменьшено только до определенного предела:

Δt · Δƒ ≈ const > 0,

где const зависит от выбора определения Δƒ и Δt.

Приведем значения Δt · Δƒ для различных видов сигналов в предположении, что

Δt · Δƒ – max для импульсов с разрывом (экспонента, прямоугольник); меньше для импульсов с разрывом в первой производной (треугольник и косинусоидальный) и наименьшее значение у колоколообразного импульса, у которого функция непрерывна со всеми своими производными. http://peredacha-informacii.ru/

Наиболее плодотворной и близкой к реальной действительности является модель с ограниченным спектром.

Этому способствует тот факт, что спектр мощности реального сигнала достаточно быстро спадает вне интервала частот, на который приходится основная часть мощности.

В инженерной практике принимают (в первом приближении независимо от формы сигнала):

Практически, независимо от формы сигнала содержится > 90% энергии.

1. Если T_имп = 3млсек, то какая требуется полоса частот, чтобы пропустить основную долю энергии?

2. Какова длительность телевизионных импульсов, если F_TVmax = 6мггц?

3. Какова min длительность импульсов, проходящих по телефонному каналу?

4. При передаче трансцоидального импульса происходит его искажение. Чаще всего это сглаживание (показано пунктиром). На рис. 10.18. показаны длительность импульса и длительности фронтов (переднего и заднего). Из приведенных соотношений видно, что для сохранения фронтов требуется значительно более широкий спектр, чем для передачи основной энергии импульса.

Если сохранить фронт, то:

Импульсные сигналы

Как показано ниже, импульсный сигнал или сигнал прямоугольной формы определяется периодом, шириной импульса, передним и задним фронтом.

Период

• Период: величина, обратная частоте, имеет максимальное значение 1 000 000 с. Значение по умолчанию 1 мс.
• Прибор регулирует ширину импульса и время фронта в соответствии с заданным периодом.
• Лицевая панель:

Выбор импульсного сигнала.

Выбор периода вместо частоты.
Установка единиц измерения частоты.

Ширина импульса

Длительность импульса – это промежуток времени между 50% порогового значения переднего фронта импульса и 50% порогового значения следующего заднего фронта.

• Ширина импульса: до 1 000 000 с (см. ограничения ниже). Ширина импульса по умолчанию равна 100 мкс. Минимальная длительность импульсов для серии 33500 составляет 16 нс, а для серии 33600 – 5 нс до 4 В между пиками и 8 нс до 10 В между пиками.
• Задаваемая ширина импульса должна быть меньше разницы между периодом и минимальной шириной импульса.
• Прибор отрегулирует ширину импульса в соответствии с заданным периодом.
• Лицевая панель:

Коэффициент заполнения импульса

Коэффициент заполнения импульса определяется следующим образом.

Коэффициент заполнения = 100 (ширина импульса)/период

Длительность импульса – это промежуток времени между 50% порогового значения переднего фронта импульса и 50% порогового значения следующего заднего фронта.

• Коэффициент заполнения импульса: 0,01 % – 99,99 % (см. ограничения ниже). Значение по умолчанию – 10 %.
• Коэффициент заполнения импульса должен соответствовать следующим ограничениям, которые определяются минимальной шириной импульса. Прибор отрегулирует коэффициент заполнения импульса в соответствии с заданным периодом.

Коэффициент заполнения > 100 (минимальная ширина импульса)/период

Выбор импульсной функции.

Переход к коэффициенту заполнения.

Время фронта

Время фронта определяет время перехода для переднего и заднего фронта импульсного сигнала (независимо или совместно). Время фронта представляет время между пороговыми значениями 10 % и 90 %.

• Время фронта: минимальное значение 8,4 нс для приборов серии 33500 и 2,9 нс до 4 В между пиками или 3,3 нс до 10 В между пиками для приборов серии 33600. Максимальное значение 1 мкс и по умолчанию 10 нс.
• Задаваемое время фронта должно соответствовать заданной ширине импульса, как показано выше. Прибор отрегулирует время фронта, чтобы обеспечить соответствие заданной ширине импульса.
• Лицевая панель:
• SCPI:
  [SOURce[1|2]:]FUNCtion:PULSe:TRANsition:LEADing seconds>|MINimum|MAXimum|DEFault>

Рефлектометр: импульсы различной длительности

Большинство рефлектометров имеют возможность подавать в кабель импульсы различной длительности: короткие позволяют обнаружить повреждение, находящееся близко к точке подключения рефлектометра, а, кроме того, обеспечивают хорошую разрешающую способность поиска, т. е. помогают выявить два повреждения, расположенных близко друг к другу; более продолжительные способствуют поиску удаленных повреждений — ведь чем большую длительность имеет импульс, тем большая энергия передается в кабель, однако разрешающая способность поиска повреждений при этом уменьшается.

Широко распространено заблуждение, что уменьшение длительности импульса обязательно приводит к увеличению точности. Это не совсем так. При использовании рефлектометра измерение производится по фронту импульса. Поэтому, если главной целью проверки является обнаружение первого повреждения, длительность импульса практически не оказывает никакого влияния на точность, с которой может быть измерен фронт импульса.

Основное преимущество короткого импульса — сужение так называемой «мертвой зоны» вслед за передаваемым импульсом и соответствующее улучшение разрешающей способности при обнаружении неисправностей. Эффект «мертвой зоны» проще всего объяснить на примере поиска двух повреждений, находящихся близко друг от друга. При этом сравнивать следует результирующие характеристики в случае импульсов различной длительности. Очевидно, что при использовании короткого импульса оба повреждения будут четко видны. Но с увеличением длительности импульса четко идентифицировать оба повреждения уже не удастся.

То же самое относится и к случаю, когда повреждения находятся слишком близко к точке подключения прибора — передаваемый импульс из-за своей ширины будет маскировать отраженный от ближайшего повреждения. В некоторых рефлектометрах для устранения данной проблемы используется регулировка баланса. Она позволяет эффективно подавлять передаваемый импульс и отображать на дисплей тот, что отражен от повреждения, расположенного слишком близко к прибору. Таким образом, для обнаружения близко расположенных дефектов совершенно не обязательно использовать короткие импульсы. При этом применение импульсов достаточно большой длительности дает еще одно преимущество. Проблему шумов полностью решить еще никому не удалось, а потому соотношение уровня полезного сигнала и уровня шумов играет не последнюю роль.

Если же в имеющемся рефлектометре возможность подачи в кабель коротких импульсов не предусмотрена и к тому же отсутствует функция регулировки баланса, то для обнаружения повреждений, находящихся в кабеле слишком близко к прибору, можно порекомендовать следующий метод: между рефлектометром и проверяемым кабелем можно подключить короткий отрезок кабеля — это позволит «отодвинуть» место повреждения подальше от прибора. Следует иметь в виду, что отрезок должен обладать таким же полном сопротивлением, как и проверяемый кабель. А для минимизации паразитных отражений сигнала полное сопротивление прибора должно совпадать с сопротивлением удлиняющего кабеля.

Еще одно практическое соображение. В комплект рефлектометра могут входить кабели и переходники для подключения к соответствующему типу проверяемых кабелей. Их следует обязательно использовать, т. е. к коаксиальному кабелю подключаться коаксиальным переходником, к витой паре — витопарным и т. д. Кроме того, при проверке скрученных пар их не нужно раскручивать: пары могут быть развиты не более чем на 13 мм.

Оценивая характеристики импульса, особое внимание необходимо обратить на следующие данные, которые обычно приводятся производителем:

• амплитуда импульса должна указываться для Zo, т. е. при полном сопротивлении нагрузки, равном полному выходному сопротивлению прибора. Амплитуда при работе на разомкнутую цепь окажется вдвое больше (но в практической работе это обстоятельство не может быть использовано!);
• амплитуда должна приводиться для всех импульсов — часто самые короткие импульсы имеют меньшую амплитуду, чем остальные;
• если возможно, для проверки длительности и амплитуды импульсов на выходах рефлектометра надо воспользоваться осциллографом, в особенности в случае самых коротких импульсов.

Имеет смысл упомянуть о том, что усилитель и система дискретизации прибора не всегда способны вывести на дисплей очень короткие импульсы, хотя некоторые рефлектометры могут их генерировать и подавать на выход. Это очень просто проверить. К выходным разъемам рефлектометра надо подключить резистор с сопротивлением Zo, после чего измерить длительность импульса при половинной амплитуде с помощью курсоров рефлектометра. Если прибор имеет регулятор баланса, для получения четкого импульса, возможно, придется им воспользоваться.

От амплитуды импульса зависит расстояние (при условии фиксированной длительности импульса), в пределах которого рефлектометр способен обнаружить повреждение: чем больше ее значение, тем дальше «видит» рефлектометр. Однако слишком большая амплитуда может привести к искажению измерительным прибором действительной характеристики линии, что затруднит процесс поиска повреждений.

Оптимальная амплитуда импульса зависит от области применения рефлектометра. Так, для проверки телефонных линий вполне достаточно 20 В. При использовании же рефлектометра для поиска неисправностей в силовых кабелях применяется импульсно-дуговой метод, и на кабель воздействуют высоковольтными импульсами. В этом случае размах импульса может достигать 25 кВ.

Принцип действия рефлектометра основан на одновременной подаче высоковольтных и зондирующих импульсов в пару, где появился дефект. В месте повреждения возникает электрическая дуга, горение которой поддерживается определенное время. На какой-то срок она накоротко замыкает высокоомный дефект — от него и происходит отражение зондирующего импульса, что отчетливо наблюдается на рефлектограмме. Для облегчения поиска дефекта сравнивают две рефлектограммы: одну получают с использованием импульсов высокого напряжения, а вторую — без таковых.