Promedio de vagones de carga

Diagrama de bloques del promediador de vagones de carga.

Un promediador de vagón de caja , integrador con compuerta o integrador de vagón de caja es un instrumento de prueba electrónico que integra el voltaje de entrada de la señal después de un tiempo de espera definido (retardo de activación) durante un período de tiempo específico (ancho de compuerta) y luego promedia múltiples resultados de integración (muestras); para una descripción matemática, consulte la función de vagón de caja .

Promediador de vagones de carga de Zurich Instruments .

El objetivo principal de esta técnica de medición es mejorar la relación señal/ruido en experimentos pulsados con un ciclo de trabajo a menudo bajo mediante los tres mecanismos siguientes: 1) la integración de la señal actúa como un primer paso de promediado que suprime fuertemente los componentes de ruido con una frecuencia del ancho de compuerta recíproco y superior, 2) selección basada en el dominio del tiempo de las partes de la señal que realmente llevan información de interés y descuida todas las partes de la señal donde solo hay ruido, y 3) el promedio durante un número definido de períodos proporciona un filtrado de paso bajo y un ajuste conveniente de la resolución temporal.

De manera similar a los amplificadores lock-in , los promediadores boxcar se utilizan principalmente para el análisis de señales periódicas. Mientras que el lock-in puede entenderse como filtros de paso de banda sofisticados con frecuencia central y ancho de banda ajustables, el promediador boxcar permite definir la señal de interés y la resolución temporal resultante principalmente en el dominio del tiempo.

Principio de funcionamiento

El funcionamiento del vagón de tren se define mediante un retardo de activación, un ancho de puerta y la cantidad de eventos de activación (es decir, muestras) que se promedian en el búfer.

El principio de funcionamiento puede entenderse como un proceso de dos pasos: integración de la señal sobre el ancho de puerta deseado y promediado de la señal integrada sobre una cantidad definida de períodos/eventos desencadenantes.

Si consideramos una implementación simple, el circuito central parece un filtro paso bajo RC normal que se puede controlar mediante un interruptor S.

Si la constante de tiempo del filtro τ = RC se establece en valores suficientemente grandes con respecto al ancho de la compuerta, el voltaje de salida es, en una buena aproximación, la integral de la señal de entrada con un ancho de banda de señal de B = 1/(4RC). La salida de este filtro puede entonces someterse a otro circuito analógico para promediar posteriormente. Después de cada evento de disparo, este circuito de muestreo debe restablecerse antes de recibir el siguiente pulso. El tiempo que tarda este restablecimiento es una de las principales limitaciones de velocidad para las implementaciones analógicas, donde las tasas de disparo máximas de unos pocos 10 kHz son típicas, aunque el ancho de la compuerta en sí puede ser tan bajo como unas pocas decenas de picosegundos y el retardo se establece en cero.

Historia

El origen del promediador de vagones de caja se remonta a 1950, cuando la técnica ayudó a mejorar la calidad de la señal en experimentos que investigaban resonancias magnéticas nucleares con esquemas pulsados. ^[1] ). La primera aplicación informada de "circuitos de vagones de caja a RMN fue Holcomb y Norberg". ^[2]^[3] En su artículo de 1955, Holcomb y Norberg atribuyen la invención del "integrador de vagones de caja" en gran medida a LS Kypta y HW Knoebel. ^{[ cita requerida ]}

Referencias

^ D. Ware y P. Mansfield mencionan en una publicación de 1966 “Gran parte del trabajo inicial sobre circuitos de “vagón de carga”, incluido un análisis teórico, está contenido en JL Lawson y GE Uhlenbeck, Threshold Signals, MIT Radiation Laboratory Series (McGraw-Hill Book Company, Inc., Nueva York, 1950; JL Lawson y GE Uhlenbeck, Threshold Signals, MIT Radiation Laboratory Series (McGraw-Hill Book Company, Inc., Nueva York, 1950
^ Holcomb, DF; Norberg, RE (15 de mayo de 1955). "Relajación del espín nuclear en metales alcalinos". Physical Review . 98 (4). American Physical Society (APS): 1074–1091. doi :10.1103/physrev.98.1074. ISSN 0031-899X.
^ Ware, D.; Mansfield, P. (1966). " Integrador Boxcar de alta estabilidad para transitorios rápidos de RMN en sólidos". Review of Scientific Instruments . 37 (9). AIP Publishing: 1167–1171. doi :10.1063/1.1720449. ISSN 0034-6748.

Enlaces externos

¿Qué es un promediador Boxcar?

[1] D. Ware y P. Mansfield mencionan en una publicación de 1966 “Gran parte del trabajo inicial sobre circuitos de “vagón de carga”, incluido un análisis teórico, está contenido en JL Lawson y GE Uhlenbeck, Threshold Signals, MIT Radiation Laboratory Series (McGraw-Hill Book Company, Inc., Nueva York, 1950; JL Lawson y GE Uhlenbeck, Threshold Signals, MIT Radiation Laboratory Series (McGraw-Hill Book Company, Inc., Nueva York, 1950

[2] Holcomb, DF; Norberg, RE (15 de mayo de 1955). "Relajación del espín nuclear en metales alcalinos". Physical Review . 98 (4). American Physical Society (APS): 1074–1091. doi :10.1103/physrev.98.1074. ISSN 0031-899X.

[3] ^ Ware, D.; Mansfield, P. (1966). " Integrador Boxcar de alta estabilidad para transitorios rápidos de RMN en sólidos". Review of Scientific Instruments . 37 (9). AIP Publishing: 1167–1171. doi :10.1063/1.1720449. ISSN 0034-6748.