ОСЦИЛЛОГРАФ Российский патент 1997 года по МПК G01R13/30 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в осциллографии.

Известен осциллограф [1] Однако данное устройство характеризуется большой трудоемкостью совмещения яркостной метки с осциллограммой, а также малой точностью совмещения метки с осциллограммой, что обусловлено взаимной маскировкой метки и линии осциллограммы при их сближении на расстояние меньше, чем то, при котором происходит касание метки и линии осциллограммы.

Известен осциллограф [2] Однако данное устройство характеризуется малой точностью измерений, что обусловлено дисторсией электронно-лучевой трубки, и большой трудоемкостью измерений, что обусловлено наличием операции визуального поиска экстремальных точек на осциллограмме.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является осциллограф [3] содержащий три коммутатора, электронно-лучевую трубку, блок развертки, блок синхронизации, два стробоскопических преобразователя, линию задержки, вольтметр, два генератора, первый сумматор и блок отклонения, вход которого подключен к шине измеряемого сигнала, а выход блока отклонения подключен к первому входу первого коммутатора и второму входу первого стробоскопического преобразователя, выход первого стробоскопического преобразователя подключен к третьему входу первого коммутатора и ко входу вольтметра, первый и второй входы электронно-лучевой трубки подключены к выходам соответственно второго и первого коммутаторов, первый выход блока развертки подключен к первому входу второго коммутатора и второму входу второго стробоскопического преобразователя, второй выход блока развертки подключен ко вторым входам первого и второго коммутаторов, первый выход первого генератора и выход второго генератора подключены к соответственно первому и второму входам третьего коммутатора, выходы второго стробоскопического преобразователя и третьего коммутатора подключены к соответственно первому и второму входам первого сумматора, выход которого соединен с третьим входом второго коммутатора, выход линии задержки соединен с первыми входами первого и второго стробоскопических преобразователей, входы блока развертки и линии задержки соединены с выходом блока синхронизации, вход которого соединен с шиной синхронизации.

Однако прототип имеет малую точность и большую трудоемкость измерений. Амплитуда импульса, имеющего выброс (либо затухающие колебания) в конце фронта и скол (наклон) вершины, определяется в точке пересечения линии фронта с прямой, продлевающей прямолинейную наклонную часть вершины, следующую после выброса (либо затухающих колебаний). У прототипа на экране формируется осциллограмма измеряемого импульса, на линии осциллограммы расположены яркостная точка, перемещаемая по осциллограмме изменением задержки линии задержки, причем яркостную метку пересекает линия развертки, каждая из точек на которой соответствует равным по величине сигналам на входе прототипа. Осциллограмма импульса в сравнении с вольт-секундной зависимостью импульса искажена вследствие дисторсии, имеющейся у электронно-лучевой трубки. Ввиду наличия скола на вершине измеряемого импульса, совместить линию вершины с линией развертки невозможно. Для нахождения местоположения на осциллограмме точки измерения амплитуды импульса оператор визуально продлевает линию скола вершины до линии фронта и устанавливает яркостную метку в точку пересечения линии фронта осциллограммы импульса и визуально продленной линии вершины осциллограммы импульса. Величина сигнала на входе блока отклонения в момент, предшествующий моменту появления импульса на выходе линии задержки на время задержки блоком отклонения, равна напряжению, измеренному вольметром, деленному на коэффициент усиления блока отклонения.

Однако прототип имеет большую погрешность измерений, обусловленную малой точностью визуально производимого оператором поиска точки измерения амплитуды по осциллограмме импульса. Малая точность прототипа вызвана также искажением формы осциллограммы вследствие дисторсии электронно-лучевой трубки, в результате которой линейная зависимость скола вершины импульса на вольт-секундной зависимости воспроизводится на осциллограмме непрямолинейной линией, что увеличивает погрешность поиска точки измерений амплитуды импульса.

Большая трудоемкость измерений прототипом обусловлена сложностью визуально производимых операций при поиске местоположения точки измерений амплитуды импульса.

Цель изобретения повышение точности и снижение трудоемкости измерений
Поставленная цель достигается тем, что в осциллограф, содержащий три коммутатора, электронно-лучевую трубку, блок развертки, блок синхронизации, два стробоскопических преобразователя, линию задержки, вольтметр, два генератора, первый сумматор и блок отклонения, вход которого подключен к шине измеряемого сигнала, а выход блока отклонения подключен к первому входу первого коммутатора и второму входу первого стробоскопического преобразователя, выход первого стробоскопического преобразователя подключен ко входу вольтметра, первый и второй входы электронно-лучевой трубки подключены к выходам соответственно второго и первого коммутаторов, первый выход блока развертки подключен к первому входу второго коммутатора и второму входу второго стробоскопического преобразователя, второй выход блока развертки подключен ко вторым входам первого и второго коммутаторов, первый выход первого генератора и второй выход второго генератора подключены к соответственно первому и второму входам третьего коммутатора, выходы второго стробоскопического преобразователя и третьего коммутатора подключены к соответственно первому и второму входам первого сумматора, выход которого соединен с третьим входом второго коммутатора, выход линии задержки соединен с первыми входами первого и второго стробоскопических преобразователей, входы блока развертки и линии задержки соединены с выходом блока синхронизации, вход которого соединен с шиной синхронизации, введены второй сумматор и четвертый коммутатор, первый и второй входы которого подключены к соответственно второму выходу первого генератора и выходу второго генератора, выходы первого стробоскопического преобразователя и четвертого коммутатора подключены к соответственно первому и второму входам второго сумматора, выход которого подключен к третьему входу первого коммутатора.

На фиг. 1 изображена блок-схема осциллографа; на фиг. 2 приведено изображение на экране осциллографа.

На фигурах 1 блок отклонения; 2, 3, 14 и 17-соответственно первый, второй, третий и четвертый коммутаторы; 4 электронно-лучевая трубка; 5 - блок развертки; 6 блок синхронизации; 7 шина синхронизации; 8 шина измеряемого сигнала; 9 и 10 соответственно первый и второй стробоскопические преобразователи; 11 линия задержки; 12 вольтметр; 15 и 16 соответственно первый и второй генераторы; 13 и 18 соответственно первый и второй сумматоры; 19 осциллограмма измеряемого импульса; 20 яркостная метка; 21 - линия развертки.

Осциллограф работает следующим образом. С шины 8 измеряемого сигнала на вход блока 1 отклонения с периодом следования 0,1 10 мс поступают измеряемые импульсы длительностью менее трети периода следования. Блок 1 отклонения задерживает и усиливает поступающие на его вход импульсы. С выхода блока 1 отклонения импульсы поступают на первый вход первого 2 коммутатора и второй вход первого 9 стробоскопического преобразователя. С выхода первого 9 стробоскопического преобразователя сигнал поступает на вход вольтметра 12 и первый вход второго 18 сумматора. После каждого импульса, поступившего на первые входы первого 9 и второго 10 стробоскопических преобразователей, на их выходах удерживаются сигналы, которые были на вторых входах в момент поступления импульса на первые входы. Сигнал на выходах первого 13 и второго 18 сумматоров равен сумме сигналов, поступающих на первый и второй входы. При подаче импульса на вторые входы первого 2 и второго 3 коммутаторов их выходы соединены с первыми входами; при отсутствии импульса на вторых входах выходы первого 2 и второго 3 коммутаторов соединены с третьими входами. При подаче импульса на вторые входы третьего 14 и 17 коммутатора их выходы соединены с первыми сходами; при отсутствии импульса на вторых входах третьего 14 и четвертого 17 коммутаторов их выходы отключены от первых входов. Сигнал с выхода второго 18 сумматора поступает на третий вход первого 2 коммутатора. С шины 7 синхронизации на вход блока 6 синхронизации поступают либо импульсы синхронизации, либо измеряемые импульсы. Блок 6 синхронизации формирует импульсы и и подает их на вход линии 11 задержки и вход блока 5 развертки. Линия 11 задержки задерживает поступающие на ее вход импульсы. С выхода линии 11 задержки задержанные импульсы поступают на первые входы первого 9 и второго 10 стробоскопических преобразователей.

При поступлении импульса на вход блока 5 развертки на его первом выходе формируется пилообразное напряжение развертки, а на втором выходе формируется прямоугольный импульс, причем моменты начала пилообразного и прямоугольного импульсов совпадают, также совпадают моменты окончания пилообразного и прямоугольного импульсов. Пилообразные импульсы с первого выхода блока 5 развертки поступают на первый вход второго 3 коммутатора и второй вход второго 10 стробоскопического преобразователя. Сигнал со второго выхода блока 5 развертки поступает на вторые входы первого 2 и второго 3 коммутаторов. Сигнал с выхода второго 10 стробоскопического преобразователя поступает на первый вход первого 13 сумматора, на второй вход которого поступает сигнал с выхода третьего 14 коммутатора. Сигнал с выхода четвертого 17 коммутатора поступает на второй вход второго 18 сумматора. Первый 15 генератор генерирует синусоидальный сигнал с частотой 100 кГц, причем сигналы на первом и втором выходах противофазны и имеют независимые друг от друга регуляторы амплитуды сигналов.

Второй 16 генератор генерирует с частотой следования 4 Гц (период следования 250 мс) серии (пачки) импульсов, причем в каждой серии по 7 импульсов длительностью по 10 мс, следующих с периодом следования 20 мс. Сигнал с первого и второго выходов первого 15 генератора поступает на первые входы соответственно третьего 14 и четвертого 17 коммутаторов. Сигнал с выхода второго 16 генератора поступает на вторые входы третьего 14 и четвертого 17 коммутаторов. Сигнал с выходов первого 2 и второго 3 коммутаторов поступает на соответственно второй и первый входы электронно-лучевой 4 трубки. Сигнал с выхода первого 13 сумматора поступает на третий вход второго 3 коммутатора. При поступлении сигналов с шины 8 измеряемого сигнала и шины 7 синхронизации импульс с выхода блока 6 синхронизации запускает блок 5 развертки, который вырабатывает пилообразный импульс, поступающий через второй 3 коммутатор на первый вход электронно-лучевой 4 трубки.

Усиленный измеряемый сигнал с выхода блока 1 отклонения через первый 2 коммутатор поступает на второй вход электронно-лучевой 4 трубки. В результате на экране электронно-лучевой 4 трубки формируется осциллограмма 19 измеряемого импульса. В один из моментов времени формирования осциллограммы 19 измеряемого импульса с выхода линии 11 задержки поступает импульс, что вызывает удержание на выходах первого 9 и второго 10 стробоскопических преобразователей сигналов, которые имелись на соответственно втором и первом входах электронно-лучевой 4 трубки в момент наличия импульса на выходе линии 11 задержки. После окончания формирования осциллограммы 19 измеряемого импульса и до начала формирования следующей осциллограммы 19 измеряемого импульса сигналы с выходов первого 13 и второго 18 сумматоров поступают на соответственно первый и второй входы электронно-лучевой 4 трубки; при этом:
а) в периоды отсутствия импульсов на выходе второго 16 генератора на первый и второй входы электронно-лучевой 4 трубки поступают только сигналы с выходов соответственно второго 10 и первого 9 стробоскопических преобразователей, что обеспечивает формирование на экране яркостной 20 метки, находящейся в месте осциллограммы 19 измеряемого импульса, которое формировалось на экране в момент появления импульса на выходе линии 11 задержки;
б) в период наличия импульса на выходе второго 16 генератора на первый вход электронно-лучевой 4 трубки поступает сумма сигналов с выхода второго 10 стробоскопического преобразователя и с первого выхода первого 15 генератора, а на второй вход электронно-лучевой 4 трубки поступает сумма сигналов с выхода первого 9 стробоскопического преобразователя и со второго выхода первого 15 генератора, что обеспечивает формирование на экране линии 21 развертки, пересекающей яркостную 20 метку; регулировкой величины напряжения на первом либо втором выходах первого 15 генератора обеспечивается изменение наклона к горизонтали линии 21 развертки.

В течение формирования вторым 16 генератором серии импульсов яркостная 20 метка и линия 21 развертки формируется поочередно с частотой следования не менее 50 Гц, что исключает мелькание яркостной 20 метки и линии 21 развертки в течение времени формирования вторым 16 генератором серии импульсов. Линия 21 развертки мигает с частотой 4 Гц. При изменении задержки линии 11 задержки яркостная 20 метка перемещается по осциллограмме 19 измеряемого импульса, при этом также перемещается линия 21 развертки, пересекая яркостную 20 метку. Линия 21 развертки формируется при пропорциональном изменении сигналов на первом и втором входах электронно-лучевой 4 трубке, в связи с чем, изменяя величину сигнала на первом и втором выходах первого 15 генератора, можно совместить линию 21 развертки с осциллограммой линейно уменьшающего сигнала. Для измерения амплитуды импульса следует яркостную 20 метку расположить в точке измерения амплитуды осциллограммы 19 измеряемого импульса, затем отсчитанные показания вольтмера 5 поделить на коэффициент усиления блока 1 отклонения. Для установки яркостной 20 метки в точку измерения амплитуды осциллограммы 19 измеряемого импульса следует расположить яркостную метку на линии фронта осциллограммы 19 измеряемого импульса на уровне между выбросами после фронта, затем регулировкой наклона линии 21 развертки установить линию 21 развертки параллельно линии вершины осциллограммы 19 измеряемого импульса; после этого перемещением яркостной 20 метки по линии фронта осциллограммы 19 измеряемого импульса и регулировкой наклона линии 21 развертки совместить линию развертки 21 с вершиной осциллограммы 19 измеряемого импульса, как показано на фиг. 2.

Повышение точности измерений обусловлено:
а) Исключением погрешности визуальных операций поиска местоположения точки измерения амплитуды на осциллограмме 19 измеряемого сигнала;
б) Исключением погрешности, вызванной искажением формы осциллограммы 19 измеряемого импульса в сравнении с вольт-секундной зависимостью измеряемого импульса вследствие дисторсии электронно-лучевой 4 трубки.

Примечание: Согласно [4] дисторсия это геометрическое искажение воспроизводимого изображения. Геометрическое искажение может быть бочкообразным, подушкообразным, трапециедальным, S-образным. Вследствие дисторсии при подаче переменного напряжения на один из входов электронно-лучевой 4 трубки и неизменном напряжении на другом их входов на экране воспроизводится непрямолинейная (кривая) линия, например, в виде дуги или буквы S.

Снижение трудоемкости измерений обусловлено исключением процедуры визуального поиска местоположения точки измерения амплитуды на осциллограмме 19 измеряемого импульса путем визуального продления линии скола вершины до линии фронта.

Использование: изобретение относится к радиоизмерительной технике. Сущность изобретения: четыре коммутатора 2, 3, 14, 17, электронно-лучевую трубку 4, блок 5 развертки, блок 6 синхронизации, два стробоскопических преобразователя 9, 10, линию задержки 11, вольметр 12, два генератора 15, 16, первый сумматор 13 и блок 1 отклонения, вход которого подключен к шине измеряемого сигнала, а выход блока отклонения подключен к первому входу первого коммутатора 2 и второму входу первого стробоскопического преобразователя 9, выход первого стробоскопического преобразователя подключен ко входу вольтметра 12, первый и второй входы электронно-лучевой трубки подключены к выходам соответственно второго 3 и первого 2 коммутаторов, первый выход блока 5 развертки подключен к первому входу второго коммутатора и второму входу второго стробоскопического преобразователя, второй выход блока развертки подключен ко вторым входам первого ми второго коммутаторов, первый выход первого генератора 15 и выход второго генератора 16 подключены к соответственно первому и второму входам третьего коммутатора 14, выходы второго стробоскопического преобразователя и третьего коммутатора подключены к соответственно первому и второму входам первого 13 сумматора, выход которого соединен с третьим входом второго коммутатора 3, выход линии задержки 11 соединен с первыми входами первого и второго стробоскопических преобразователей 9, 10, входы блока развертки и линии задержки соединены с выходом блока синхронизации, выход которого соединен с шиной синхронизации. Первый и второй выходы четвертого коммутатора подключены соответственно к второму выходу первого генератора и выходу второго генератора, выходы первого стробоскопического преобразователя и четвертого коммутатора подключены к соответственно первому и второму входам второго сумматора, выход которого подключен к третьему входу первого коммутатора. 2 ил.

Осциллограф, содержащий три коммутатора, электронно-лучевую трубку, блок развертки, блок синхронизации, два стробоскопических преобразователя, линию задержки, вольтметр, два генератора, первый сумматор и блок отклонения, вход которого подключен к шине измеряемого сигнала, а выход к первому входу первого коммутатора и второму входу первого тробоскопического преобразователя, выход первого стробоскопического преобразователя подключен к входу вольтметра, первый и второй входы электронно-лучевой трубки подключены к выходам соответственно второго и первого коммутаторов, первый выход блока развертки подключен к первому входу второго коммутатора и второму входу второго стробоскопического преобразователя, второй выход к вторым входам первого и второго коммутаторов, первый выход первого генератора и выход второго генератора подключены к соответственно первому и второму входам третьего коммутатора, выходы второго стробоскопического преобразователя и третьего коммутатора к соответственно первому и второму входам первого сумматора, выход которого соединен с третьим входом второго коммутатора, выход линии задержки соединен с первыми входами первого и второго стробоскопических преобразователей, входы блока развертки и линии задержки с выходом блока синхронизации, вход которого соединен с шиной синхронизации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и снижения трудоемкости измерений, введены второй сумматор и четвертый коммутатор, первый и второй входы которого подключены соответственно к второму выходу первого генератора и выходу второго генератора, выходы первого стробоскопического преобразователя и четвертого коммутатора подключены соответственно к первому и второму входам второго сумматора, выход которого подключен к третьему входу первого коммутатора.