УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ОСЦИЛЛОГРАФ Российский патент 1994 года по МПК G01R13/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для исследования параметров электрических сигналов и их визуального наблюдения.

Известен универсальный осциллограф, содержащий канал вертикального отклонения (КВО) в составе входного делителя, предварительного усилителя, линии задержки, оконечного усилителя и первого пьезоэлектрического дефлектора, канал горизонтального отклонения в составе последовательно соединенных усилителя синхронизации, триггера синхронизации, схемы запуска, генератора развертки, усилителя развертки и второго пьезоэлектрического дефлектора, светодиод со схемой питания, объектив, щелевую диафрагму, матовый экран, калибратор амплитуды и схему блокировки [1].

Недостатком прототипа является недостаточная точность измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения исследуемого сигнала.

В предложенном осциллографе измерение сигнала выполняется автоматически преобразователем аналог-код путем развертки луча от светодиода по входным зрачкам линейки светопроводов отражателем пьезоэлектрического дефлектора канала вертикального отклонения.

Универсальный осциллограф, содержащий канал вертикального отклонения в составе последовательно соединенных входного делителя, предварительного усилителя, линии задержки, оконечного усилителя и первого пьезоэлектрического дефлектора, канал горизонтального отклонения в составе последовательно соединенных усилителя синхронизации, триггера синхронизации, схемы запуска, генератора развертки, усилителя развертки и второго пьезоэлектрического дефлектора, а также схему блокировки, выход которой подключен к второму входу схемы запуска, светодиод со схемой питания, вход которой подключен к второму выходу схемы запуска, последовательно расположенные щелевую диафрагму с объективом и матовый экран, введены последовательно соединенные квантующая линейка светопроводов, блок фотоприемников, шифратор и блок индикации, а также последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и ключ, второй и третий входы которого подключены к соответствующим выходам блока фотоприемников, а выход подключен к первому соответствующему входу блока индикации и соответствующий выход блока фотоприемников подключен к второму соответствующему входу блока индикации, вход генератора тактовых импульсов подключен к второму выходу схемы запуска, а отражающая грань первого пьезоэлектрического дефлектора имеет узкий срез с отражателем, который оптически сопряжен с плоскостью входных зрачков квантующей линейки светопроводов.

На фиг. 1 изображена структурная схема универсального осциллографа; на фиг.2 - плоскость входных зрачков квантующей линейки.

Он содержит канал вертикального отклонения (КВО) в составе последовательно соединенных входного делителя 1, предварительного усилителя 2, линии 3 задержки, оконечного усилителя 4 и первого пьезоэлектрического дефлектора 5, канал горизонтального отклонения в составе последовательно соединенных усилителя 6 синхронизации, триггера 7 синхронизации, схемы запуска 8, генератора 9 развертки, усилителя 10 развертки и второго пьезоэлектрического дефлектора 11, светодиод 12 со схемой 13 питания, объектив 14, щелевую диафрагму 15, матовый экран 16, схему 17 блокировки, последовательно соединенные квантующую линейку 18 светопроводов, блок 19 фотоприемников, шифратор 20 и блок 21 индикации, ключ 22 с генератором 23 тактовых импульсов.

Прибор имеет открытый и закрытый входы в канале КВО. Исследуемый сигнал подается на вход входного делителя 1 и с него поступает на вход предварительного усилителя 2. Оконечный усилитель 4 усиливает сигнал до величины, достаточной для срабатывания пьезоэлектрического дефлектора 5. Изменение коэффициента усиления производится в каскаде предварительного усилителя 2. Сигнал с второго выхода усилителя 2 поступает на вход усилителя 6 синхронизации канала КГС (при переключателе в положении "внутр"). Усилитель 6 совместно с триггером 7 синхронизации формирует сигнал, идущий на схему запуска 8 генератора 9 развертки. Генератор 9 формирует линейно падающее пилообразное напряжение, которое усиливается в усилителе 10 развертки до величины, необходимой для срабатывания второго пьезоэлектрического дефлектора 11. Блоки 1-17 те же, что и в прототипе.

Представление сигнала на матовом экране 16 выполняется разверткой светового луча светодиода 12 первым дефлектором 5 по вертикали и вторым дефлектором 11 по горизонтали. Дефлекторы представляют собой пьезопластины. Световой луч на зеркальный отражатель дефлектора 5 приходит от источника излучения светодиода 12, в качестве которого применен светодиод 3Л34ГГ зеленого цвета с.14 [2]. Диафрагма 15 формирует луч в виде узкой полосы, шириной 0,2 мм, которая проецируется объективом 14 на центр основного отражателя дефлектора 5 и на центр отражателя среза. Второй дефлектор 11 производит горизонтальную развертку луча. Зеркальная часть дефлектора 11 имеет ширину 0,2 мм, длину на всю отражающую грань. Экраном 16 является матовое стекло. Схема питания 13 запитывает светодиод 12 только в течение прямого хода развертки. Нарастание излучения светодиода 12 составляет 0,01 мкс, т.е. обеспечивается полоса пропускания 10 МГц.

Величина сигнала измеряется следующим образом.

Преобразование сигнала в код выполняется разверткой луча от светодиода 15 дефлектором 5 по плоскости входных зрачков линейки 18. Затем световой сигнал преобразуется фотоприемником блока 19 в электрический, который, поступая на вход блока 20 шифратора, формирует на его выходе двоичный код, соответствующий мгновенному значению входного сигнала. Зеркальный отражатель на срезе рабочей грани дефлектора 5 расположен горизонтально, его длина 0,4...0,5 мм, ширина 0,01 мм± ±0,003 мм. Для сканирования входной плоскости квантующей линейки используется обратный пьезоэлектрический эффект, возникающий под воздействием электрического сигнала с усилителя 4. Квантующая линейка 18 (см. фиг.2) содержит 1024х2 штук светопроводов, два в центре, обозначающих полярность сигнала "+" и "-", и два светопровода прямоугольного сечения "П" по краям для выявления превышения амплитудой сигнала диапазона измерения. Диаметр светопроводов 0,01 мм, ширина светопроводов "П" 0,2. . . 0,3 мм 1024 светопроводов предназначены для кодирования сигнала положительной полярности в 10-разрядный двоичный код, другие 1024 светопроводов предназначены для кодирования в 10-разрядный код сигнала отрицательной полярности. Каждый выходной торец светопровода линейки 18 оптически сопряжен со своим фотоприемником блока 19. В качестве фотоприемников применены лавинные фотодиоды ЛФД с постоянной времени срабатывания 10^-8 с/ [2], изготовленные методом микроэлектронной технологии на выходных торцах светопроводов [3] . Выходы фотоприемников подключены к соответствующим входным шинам блока 20 двухступенчатого шифратора. Блок 20 шифратора преобразует сигнал с фотоприемника в двоичный код, соответствующий мгновенному значению преобразуемого сигнала [4]. При возбуждении шины одного из входов на выходе шифратора образуется определенный код. Шифратор 20 формирует 1024 двоичных чисел от 0000000000 до 1000000000. Задержка сигнала в двухступенчатом шифраторе [4], выполненном на ИС серии 155, не превысит 0,08 мкс. Код с шифратора 20 поступает в блок 21 индикации, где высвечивается на табло полярность сигнала и значение амплитуды в десятичном коде. При превышении сигналом диапазона измерения луч отражается в светопровод "П", и на табло в блоке индикации высвечивается знак П", руководствуясь которым человек, пользующийся осциллографом, должен переключить следующий диапазон измерений во входном делителе 1.

Формирование знака полярности выполняется следующим образом.

При отсутствии сигнала с ключа 22 в блоке индикации на табло знак "+".

Ключ 22 формирует сигнал отрицательной полярности измеряемого сигнала. При отсутствии сигнала на входе дефлектор 5 находится в нейтральном положении, сканирующее пятно находится на одном из входных торцов светопроводов "+" или "-". С появлением сигнала отрицательной полярности сканирующее пятно от отражателя проходит входной торец светопровода "-", электрический сигнал с фотоприемника открывает ключ 22 и тактовый импульс с генератора 23 проходит открытый ключ 22 в блок 21 индикации. При смене полярности сигнал со светопровода "+" закрывает ключ 22. При положительной полярности в блок 21 в разряде полярности идет символ "0", при отрицательной полярности идет символ "1" (с ключа 22). Следование кодов со знаками то "+", то "-" означает, что идет измерение переменного напряжения. Генератор 23 ТИ формирует на выходе соответственно частоте генератора 9 развертки тактовые импульсы, поступающие на вход ключа 22 и на четвертый вход блока индикации, задавая частоту измерений. Расстояние от отражающей грани дефлектора 5 до входной плоскости квантующей линейки 18 составляет
b = = = 38,25мм, где а - величина размаха развертки луча по одной половине линейки;
15^о - максимальный угол отклонения луча дефлектором 5 от нейтрального положения.

Погрешность измерения определяется погрешностью преобразования аналог-код и составляет 0,5 дискретности линейки светопроводов 18. При коэффициенте отклонения 10 мВ/дел диапазон измерения составляет 60 мВ, относительная погрешность составляет 0,05%. При коэффициенте отклонения 5 В/дел диапазон измерения составляет 30В, а относительная погрешность составит 0,1%, что выше, чем у прототипа более чем на порядок.

Отличительные признаки предложенного прибора следующие: наличие в составе квантующей линейки светопроводов с блоком фотоприемников, шифратора, блока индикации, ключа и генератора тактовых импульсов; выполнение дефлектора с двумя отражающими гранями. Технико-экономический эффект изобретения состоит в повышении более чем на порядок точности измерений осциллографом. Оно может быть использовано для создания высокоточного универсального осциллографа с автоматическим измерением.

Использование: для исследования параметров электрических сигналов и их визуального наблюдения. Сущность изобретения: универсальный осциллограф содержит канал вертикального отклонения в составе входного делителя 1, предварительного усилителя 2, линии задержки 3, оконечного усилителя 4 и первого пьезоэлектрического дефлектора 5, канал горизонтального отклонения в составе усилителя синхронизации 6, триггера 7, схемы запуска 8, генератора развертки 9, усилителя развертки 10 и второго пьезоэлектрического дефлектора 11, светодиод 12, матовый экран 16 и последовательно соединенные квантующую линейку светопроводов 18, блок фотоприемников 19 шифратор 20 и блок индикации 21, генератор 23 тактовых импульсов с ключом 22. 2 ил.

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ОСЦИЛЛОГРАФ, содержащий канал вертикального отклонения в составе последовательно соединенных входного делителя, предварительного усилителя, линии задержки, оконечного усилителя и первого пьезоэлектрического дефлектора, канал горизонтального отклонения в составе последовательно соединенных усилителя синхронизации, триггера синхронизации, схемы запуска, генератора развертки, усилителя развертки и второго пьезоэлектрического дефлектора, а также схему блокировки, выход которой подключен к второму входу схемы запуска, светодиод со схемой питания, вход которой подключен к второму входу схемы запуска, последовательно расположенные щелевую диафрагму с объективом и матовый экран, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены последовательно соединенные квантующая линейка светопроводов, блок фотоприемников, шифратор и блок индикации, а также последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и ключ, второй и третий входы которого подключены к соответствующим выходам блока фотоприемников, а выход - к второму входу блока индикации, а третий вход блока индикации подключен к соответствующему выходу блока фотоприемников и четвертый вход блока индикации подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а отражающая грань первого пьезоэлектрического дефлектора имеет узкий срез с отражателем, который оптически сопряжен с плоскостью входных зрачков квантующей линейки светопроводов.