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七郎 / Seven Liu

科学与艺术,恰如人生中的红颜知己。 本博内容保留所有权利.

 
 
 

日志

 
 

什么是duty cycle?  

2012-06-01 19:06:04|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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duty cycle:

1. In an ideal pulse train, i.e. , one having rectangular pulses, the ratio of the pulse duration to the pulse period. Note: For example, the duty cycle is 0.25 for a pulse train in which the pulse duration is 1 什么是duty cycle? - 七郎 - 七郎s and the pulse period is 4 什么是duty cycle? - 七郎 - 七郎s.

2. The ratio of (a) the sum of all pulse durations during a specified period of continuous operation to (b) the total specified period of operation.

3. In a continuously variable slope delta (CVSD) modulation converter, the mean proportion of binary "1" digits at the converter output in which each "1" indicates a run of a specified number of consecutive bits of the same polarity in the digital output signal.

4. In a periodic phenomenon, the ratio of the duration of the phenomenon in a given period to the period. Note: In a piece of electrical equipment, e.g. , an electric motor, the period for which it may be operated without deleterious effects, e.g. , from overheating.

 

 

以下中文资料,原文为繁体中文:http://140.117.34.2/faculty/phy/sw_ding/teaching/nmri_q_n_a/what_is_duty_cycle.htm

 

什么是duty cycle?

                           实验室内部演讲资料

国立中山大学化学系NMR光谱和影像实验室 丁尚武 (2002)

.......究其原意,duty指设备在履行其职责,cycle指一个脉冲(序列)周期的时间,duty cycle其实是指duty to cycle ratio,类似于signal (to) noise (ratio),因此,比较恰当的翻译应该是“有荷比(率)”。可惜,只怕徒然招来“又何必?”而已。

 

引语: 

涉及到(射频)电子学的领域,包括NMR,常用到脉冲,仪器间歇式工作,即仪器功率时大时小(通常是除少数时段有功率外,大部分时间功率为零)。duty cycle描写平均功率与峰值功率的比值。实际应用中,为了保护电路,或为了保证RF场的致热效应在某一值以下,单位时间内的功耗必须控制在某一值以下。duty cycle就是这样一个可资参考的参数。其值在0到100%之间,大体上就是施加脉冲的时间与总的实验时间之比值。例如,NMR中,大家一般采用的值是20%,可以大体理解为80% (=1-dutycycle)的时间线圈上没有RF电流。

设计大功率多脉冲NMR实验序列时,尤其是固态NMR实验,为了保护电路(如保证长期的低噪音)、线圈(如保证不打火花和不被烧掉,长一点寿命等)和样品(如保证蛋白质样品不被煮熟),也为了保证实验结果正确(例如,无温控时的一些“室温”实验结果其实变成了高温实验结果),duty cycle是必要考虑的参数。

 

单脉冲:

 

先看单脉冲实验的情形,见下图1,设脉冲宽度为pw,此段脉冲与下一个脉冲的间隔为总时间为tc,则dutycycle = pw/tc。注意,本文各图中的时间比例是不真实的。

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图1 脉冲 duty cycle 示意图

 

实际得单脉冲实验中,见图2,需要考虑到脉冲前后延迟(rof1和rof2),探头的死时间(alfa),采样时间(at),甚至松弛延迟(d1)。因此,tc=松弛延迟d1+脉冲宽度pw+脉冲前后延迟时间(=rof1+rof2)+采样前延迟alfa+采样时间at。于是,duty cycle 就是 dutycycle = pw/tc =pw/(d1+pw+rof1+rof2+alfa+at).

(注意,NMR实验中,很多人估计duty cycle时不将d1甚至不将at考虑进来。)

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图2可变功率单脉冲

 

你可能会问,当脉冲功率改变时,dutycycle会变吗?这是很正确的问题。实际中,这通常可以用两种方法处理。第一是所有脉冲宽度以标准功率(例如最大功率─在VNMR中是60 dB)重新计算。由于通常可以假定发热正比于功率,故不同功率的脉冲宽度改用pwi*tpwr/60,其中tpwr是脉冲实际设定的功率值(dB),注意,这里我们假定tpwr代表真实功率(即VNMR中的tpwr和tpwrm量个参数描述的功率,下同)。

 

第二种方法是对不同的功率,采用不同的duty cycle上限。按上述公式,脉冲功率增加时,duty cycle上限作相应的降低即可。例如,通常使用“标准”功率(60 dB)时,duty cycle上限为20%,则功率值如tpwr=30时,duty cycle上限可以增加到40%。不过,第二种方法不是太常用。

 

多脉冲(各脉冲功率相同):

 

推广到多脉冲情形是直接了当的。见图3,设有n个脉冲,第i个脉冲宽度为pwi,其前后延迟为rof1i,rof2i,它与第i+1个脉冲的间隔为tij,则得到

dutycycle=(pw1+pw2+....pwn)/(pw1+pw2+...+pwn+rof11+rof12+...rof1n+rof21+rof22+...rof2n+t12+t23+...tn-1n+alfa+at+d1).

(Again,NMR实验中,很多人估计duty cycle时不将d1甚至不将at考虑进来。)

显然,当脉冲功率改变时,上述duty cycle值要乘以tpwr/60因子。

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图3 定功率多脉冲

 

多脉冲(各脉冲功率不同):

 

有了这些基础,进一步可以推广到每个脉冲的功率都可能有差异时,见图4。这时需要将每个脉冲宽度换成”约化”脉宽(实际脉宽乘以该脉冲的功率再除以“标准”脉冲的功率):

dutycycle=(pw1’+pw2’+....pwn’)/(pw1+pw2+...+pwn+rof11+rof12+...rof1n+rof21+rof22+...rof2n+t12+t23+...tn-1n+alfa+at+d1).其中,pwi’=pwi*tpwri/60,tpwri是第i个脉冲的功率。注意,分母里的pwi时没有带撇号的。

(Again again,NMR实验中,很多人估计duty cycle时不将d1甚至不将at考虑进来。)

 

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图4 变功率多脉冲

 

整形脉冲:

 

有了上一步,推广到整形脉冲情形就是显而易见的。见图5。此时,脉冲的每个小间隔的功率都不一样,就把每个小间隔当作一个脉冲处理即可,只是这时小脉冲前后并无延迟(rof1,2)。于是,对单一整形脉冲(由N个小脉冲拼成),

dutycycle = (pw1’+pw2’+...pwN’)/pw,其中,pwi’=pwi*tpwri/60,pw是整个脉冲的宽度。

 

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图5 整形脉冲

 

结语:

 

还要提到,duty cycle上限不是一个严格值,与样品、实验温度、是否使用额外的温控、线圈材质的耐热性质等均有关系。另外,发热与功耗的关系也可能并不是线性的。实际中,要参考经验,文献书籍上的参数设置也很有帮助。当然,最重要原则是在不影响实验结果的前提下,尽量使用小的duty cycle。

 

此概念对一般电路都是通用的,即不光对射频,微波电路通用,对低频交流和直流电路也适用。例如,它也是焊接设备规格,是指每10分钟里,顶多只能工作几分钟(至少要休息多少分钟)方可保证电焊机长期安全工作。例如,一个duty cycle 20%的电焊机意味着每工作2分钟必须休息8分钟。甚至在雷射系统、X光和γ光源也在使用。

注:网上看到有人将duty cycle翻译为“占空比”,另一个翻译为“负载周期”(类似的望文生义的还有“工作循环”,“负载循环”等)。按翻译的信雅标准看,前一个翻译听起来蛮雅但不够信(由上面解释知道,duty cycle显然不是空闲时间占的比率,刚好是其反),后一个翻译不雅也不够信。网上看到的第三个翻译是“有荷因子”,算得上既信且雅,只恐少人跟随。其实,究其原意,duty指设备在履行其职责,cycle指一个脉冲(序列)周期的时间,duty cycle其实是指duty to cycle ratio,类似于signal (to) noise (ratio),因此,比较恰当的翻译应该是“有荷比(率)”。可惜,只怕徒然招来“又何必?”而已。

不过,如果有人提出duty cycle更好的翻译,请与本人分享,必可得回报。

 

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