3-69  智能延迟触发产生器设计

江孝国  王  伟  祁双喜  王婉丽

    在弹道测量、高速飞行物碰撞实验(如太空的‘垃圾’碎片对飞行的卫星、飞行舱的损害研究)及其它的类似实验中，需要准确测量飞行物碰撞前的一些状态：如速度、飞行姿态、断裂等情况，并且希望得到在碰撞前很短的距离处测量的数据。那么，在使用X光的阴影照相技术中有关X光机的触发问题就显得更加重要；如果X光机提前触发，此时飞行物还未进入照相区域或者离碰撞区的距离还远，则记录不到弹丸的X光图像或者位置不理想而造成数据不够准确；如果X光机延迟过多触发，则因已碰撞而无法获得碰撞前的状态参数；所以，X光机的触发时刻必须准确才能保证获得物体在希望位置处的X光阴影图像，并且降低实验成本。

        根据这种对触发时间的严格要求，用高速、大规模可编程数字电路设计了一套智能延迟触发产生器，具有工作速度高、电路延时小而确定的特点。智能延迟触发产生器的原理流程如图1所示。在物体飞临X光测量处之前，预先安放好的预测速系统可以探测到物体的大概飞行速度，并输出速度对应信号V_TEST；同时启动速度区间判断电路工作，由其产生按预先设计好的各种速度所对应的电信号(其高电平宽度对应速度大小)，并与信号V_TEST进行符合，得到相对应速度的选择信号V_i；由有效的V_i确定对应的速度所需的延迟触发时间P_i，并经输出触发脉冲形成电路获得一个宽度为1.00 µs的触发脉冲。该触发脉冲即可用于X光机的触发。

    其原理性的电路研制已解决了智能延迟触发原理的根本问题，因此速度细分原则上不会带来设计上的难度，仅是增加电路的规模而已。该电路的最大特点是以低成本、全硬件电路、数字化地实现延迟触发时间的选择，预设置值改变方便，响应快，克服了用微处理器实现时存在的问题：首先，计算机根据预先测量到的飞行速度去计算所需要的提前触发时间是需要一定的软件计算时间的。如果采用单片机系统，则该计算时间可以长达几十微秒、甚至更长；其次，微型计算机(即使是PC机)进行I/O功能时也需要微秒量级的时间，并且存在一定的抖动，在对超高速飞行物的碰撞实验中是不能忍受的。电路工作主频为100 MHz，延时抖动小于10 ns，满足了超高速测量和精确度高的要求。