ИНТЕНСИМЕТР Российский патент 2000 года по МПК G01T1/16 G01T1/17 H03K5/00 

Изобретение относится к оборудованию систем автоматизации научных исследований в ядерной физике и смежных областях и может использоваться для измерения интенсивности импульсных сигналов, статистически распределенных во времени.

Известны многочисленные примеры реализации интенсиметров цифрового типа. Такие приборы состоят обычно из счетчика событий, генератора, счетчика времени и арифметического устройства, выполняющего операцию усреднения результатов за несколько циклов измерения /1, 2/. Эти устройства отличаются высокой точностью измерения, хорошей надежностью и повторяемостью, но при непрерывном контроле интенсивности с малым временным циклом измерения визуальное восприятие информации становится невозможным, т.к. инерционность человеческого зрения не позволяет различить быстроменяющиеся цифры на табло индикатора. Кроме того, цифровая индикация результатов измерения в отличие от шкальных приборов имеет меньшую наглядность и удобство, тогда как один взгляд на шкальный прибор позволяет получить и количественную, и качественную характеристики исследуемого сигнала.

Известен интенсиметр, в основе работы которого лежит принцип заряда конденсатора током, пропорциональным средней частоте входных импульсов, и измерения величины накопленного заряда /3/. Представление результатов в этом устройстве выполняется с помощью гальванометра, шкала которого отградуирована в числе импульсов в секунду. Интенсиметр имеет приемлемую точность и органы управления, манипулируя которыми можно убирать постоянную составляющую исследуемого сигнала и наблюдать лишь переменную, меняющуюся от измерения к измерению, часть входного сигнала. Однако приборы этого типа сложны в настройке, их реализация затрудняется необходимостью тщательного подбора высокоточных и термостабильных конденсаторов и резисторов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является преобразователь частоты следования импульсов в напряжение постоянного тока /4/, состоящий из импульсного генератора, счетчика, регистра, цифроаналогового преобразователя, блока управления, блока установки начальных условий, компаратора, дешифраторов, интегратора и нескольких элементов И. Этот прибор допускает не только цифровое представление результатов измерения интенсивности, но и при подключении соответствующим образом отградуированного гальванометра к выходу цифроаналогового преобразователя, позволяет наблюдать результаты на индикаторе шкального типа. Однако, как уже отмечалось ранее, цифровая индикация неудобна для визуального восприятия информации, а при наблюдении результатов измерения на шкальном индикаторе этого интенсиметра при высокой средней частоте входных импульсов трудно заметить малые колебания интенсивности, что бывает важно при юстировке аппаратуры или исследуемого образца в пучке ионизирующего излучения.

Заявляемое изобретение позволяет повысить точность измерения малых изменений интенсивности на фоне высокой средней частоты входных импульсов.

Это достигается за счет того, что в интенсиметр, содержащий импульсный генератор, счетчик, регистр и цифроаналоговый преобразователь, интегратор и элементы И, причем входы счетчика подключены к входам регистра, выходы которого подключены к входам цифроаналогового преобразователя, введены счетчик времени, схема управления сдвигами и органы задания параметров сдвига, причем счетный вход C счетчика времени и первый вход первого элемента И подключены к выходу импульсного генератора, выход счетчика времени подключен к инверсному входу второго элемента И, первый вход которого является входом интенсиметра, к второму входу первого элемента И, выход которого соединен с входом синхронизации C регистра и с первым входом схемы управления сдвигами, и к второму входу схемы управления сдвигами, соединенной также с выходами органов задания параметров сдвига, первый выход схемы управления сдвигами соединен с входами R счетчика времени и счетчика, счетный вход C которого подключен к выходу второго элемента И, а второй ее выход подключен к управляющему входу регистра, кроме того, выход цифроаналогового преобразователя подключен к интегратору, выход которого является аналоговым выходом устройства.

Схема управления сдвигами предпочтительно состоит из триггера, счетчика сдвигов, цифрового компаратора и элемента И, причем входы C триггера и счетчика сдвигов соединены между собой и с первым входом элемента И и являются первым входом схемы управления сдвигами, соединенные между собой вход триггера и вход счетчика сдвигов являются вторым входом схемы управления сдвигами, выходы счетчика сдвигов соединены с входами цифрового компаратора, другие входы которого подключены к выходам органов задания параметров сдвига, выход которого подключен к входу R триггера и является первым выходом схемы управления сдвигами, вторым выходом которой является выход триггера.

Введение счетчика времени, схемы управления сдвигами и органов задания параметров сдвига с соответствующими связями позволяет преобразовать результаты измерения таким образом, что из них можно исключить неменяющуюся, постоянную часть и растянуть оставшуюся часть контролируемого импульсного входного сигнала на всю шкалу индикатора, тем самым увеличив точность измерения малых изменений интенсивности на фоне высокой средней частоты входных импульсов.

На чертеже приведена функциональная схема предложенного устройства. Интенсиметр содержит импульсный генератор 1, выход которого подключен к входу C счетчика времени 2 и к первому входу элемента И 3. Выход счетчика времени 2 соединен со вторым входом элемента И 3, инверсным входом элемента И 4, первый вход которого является входом интенсиметра, и со схемой управления сдвигами 5. Выход элемента И 3 также соединен со схемой управления сдвигами 5, к которой, кроме того, подключены выходы органов задания параметров сдвига 6. Первый выход схемы управления сдвигами 5 подключен к входам R счетчика времени 2 и счетчика 7, вход C которого соединен с выходом элемента И 4. Второй выход схемы управления сдвигами 5 подключен к управляющему входу регистра 8, счетный вход C которого соединен с выходом элемента И 3, а выходы подключены ко входам цифроаналогового преобразователя 9, выход которого подключен к интегратору 10, чей выход является аналоговым выходом устройства.

Интегратор 10 может быть реализован, например, как конденсатор, один вывод которого подключается к выходу цифроаналогового преобразователя 9, а другой вывод заземлен.

Схема управления сдвигами 5 предпочтительно состоит из триггера 11, счетчика сдвигов 12, цифрового компаратора 13 и элемента И 14. При этом счетные входы C триггера 11 и счетчика сдвигов 12, а также первый вход элемента И 14, соединены между собой и подключены к первому входу 15 схемы управления сдвигами 5, второй вход 16 которой подключен к входу D триггера 11 и входу счетчика сдвигов 12. Выходы счетчика сдвигов 12 соединены со входами цифрового компаратора 13, другие входы которого подключены к выходам органов задания параметров сдвига 6. Выход цифрового компаратора 13 соединен со вторым входом элемента И 14, выход которого соединен с входом R триггера 11 и является первым выходом 17 схемы управления сдвигами 5, вторым выходом 18 которой является выход триггера 11.

Интенсиметр может иметь как цифровое, так и аналоговое представление результатов измерения. При необходимости иметь цифровое представление результатов вводят регистр кода 19, входы данных которого соединяют с выходами счетчика 7, а вход C подключают ко второму выходу схемы управления сдвигами 5. Выходы регистра кода 19 являются цифровыми выходами устройства и могут быть подключены к цифровому индикатору. Шкальный индикатор 20, например гальванометр, шкала которого градуируется в импульсах в единицу времени, может быть подключен к аналоговому выходу интенсиметра. Органы задания параметров сдвига 6 могут быть выполнены, например, в виде переключателя, с выхода которого снимается двоичный код числа сдвигов, либо в виде программно-управляемого регистра.

Работает интенсиметр следующим образом.

Счетчик времени 2 на основе тактовых сигналов, получаемых от импульсного генератора 1, отсчитывает заданный временной интервал, по истечению которого на его выходе формируется сигнал логической "1", поступающий на элементы И 3 и 4, а также на вход 16 схемы управления сдвигами 5. Таким образом блокируется дальнейшее поступление импульсов со входа устройства через элемент И 4 на счетный вход C счетчика 7 и разрешается проход импульсов от импульсного генератора 1 на вход 15 схемы управления сдвигами 5 через элемент И 3. В исходном состоянии на выходе 18 схемы управления сдвигами 5 присутствует логический "0". Поступая на управляющий вход регистра 8, этот сигнал разрешает прием информации со счетчика 7. Запись информации происходит с получением на входе C регистра 8 первого импульса, поступающего с выхода элемента И 3. Этот же импульс, поступая через вход 15 на схему управления сдвигами 5, вызывает установку в состояние логической "1" триггера 11, что приводит к переводу регистра 8 в режим сдвига ранее записанной информации. На цифровом компараторе 13 выполняется сравнение кодов, поступающих с органов задания параметров сдвига 6 и счетчика сдвигов 12, выполняющего подсчет числа сдвигов. Синхронизация сдвигов информации осуществляется импульсами, поступающими с выхода элемента И 3 на тактовый вход C регистра 8. Сдвиг выполняется в сторону старших разрядов. Младшие по значению разряды передвигаются на позиции более старших разрядов; выдвигающиеся из регистра старшие разряды слова данных теряются. Освобождающиеся позиции младших разрядов заполняются нулями. Придание младшим разрядам слова данных большего веса и отбрасывание старших разрядов эквивалентно растяжке шкалы индикатора и исключению постоянной составляющей исследуемого сигнала. Результирующее слово с выходов регистра 8 поступает на входы цифроаналогового преобразователя 9, где преобразуется в токовый сигнал. Ток с выхода цифроаналогового преобразователя 9 через интегратор 10 подается на шкальный индикатор 20, шкала которого отградуирована в числе импульсов в единицу времени.

Тактовые импульсы, синхронизирующие сдвиг слова данных в регистре 8, поступая через вход 15 на счетный вход C счетчика сдвигов 12, подсчитываются этим счетчиком. Когда заданное число сдвигов слова данных будет выполнено, на входе элемента И 14 возникает сигнал логической "1", который, поступая на вход R триггера 11 схемы управления сдвигами 5, вызовет сброс этого триггера в состояние логического "0" и, поступая с выхода 17 схемы управления сдвигами 5 на входы R счетчика времени 2 и счетчика 7, вызовет очистку обоих счетчиков, подготовив тем самым прибор к следующему циклу измерения. При этом регистр 8 переводится в режим загрузки (записи) данных, запрещается проход импульсов через элемент И 3, разрешается проход импульсов со входа интенсиметра через элемент И 4 на счетный вход C счетчика 7, обнуляется счетчик сдвигов 12 в схеме управления сдвигами. Устройство начинает новый цикл измерения. Запись информации в регистр кода 19 осуществляется в момент перехода сдвига на выходе 18 схемы управления сдвигами 5 из состояния логического "0" в состояние логической "1". Данные на выходах регистра кода 19 остаются неизменными вплоть до окончания следующего цикла измерения. Они в точности повторяют состояние выходов счетчика 7, не подвергаются каким-либо преобразованиям или сдвигам, несут в себе полную информацию о результатах завершающегося цикла измерения и могут быть использованы, например, для автоматизированного управления исследуемым процессом.

В процессе измерения интенсивности можно контролировать полную интенсивность входных импульсов (при этом никаких сдвигов слова данных на регистре 8 не выполняется) либо при желании "растянуть" шкалу индикатора в 2, 4, 8, . . ., 2ⁿ раз, задав соответствующие параметры сдвига (сдвиг соответственно на 1, 2, 3, ..., n разрядов). При этом становится возможным, исключая постоянную, неменяющуюся составляющую сигнала, наблюдать на индикаторе лишь за меняющейся от цикла к циклу интенсивностью входных импульсов. Поскольку оставшаяся после исключения постоянной составляющей часть сигнала "растягивается" на всю шкалу индикатора, то становится возможным более точно измерять небольшие колебания интенсивности на фоне высокой частоты исследуемого импульсного сигнала.

Использованная литература
1. А. П. Цитович. Ядерная электроника. - М. Энергоатомиздат, 1984, стр. 176.

2. А.С. СССР N 1778716, G 01 T 1/16, 1992 г.

3. Каталог фирмы ORTEC, 1976 г., стр. 141, Ratemeter 449.

4. А.С. СССР N 1250977, G 01 R 23/09, 1976 г.

Использование: для измерения интенсивности импульсных сигналов, статистически распределенных во времени. Интенсиметр содержит импульсный генератор, счетчик, регистр, цифроаналоговый преобразователь, интегратор и элементы И, причем выходы счетчика подключены к входам регистра, выходы которого подключены к входам цифроаналогового преобразователя. Кроме того, введены счетчик времени, схема управления сдвигами и органы задания параметров сдвига, причем счетный вход счетчика времени и первый вход первого элемента И подключены к выходу импульсного генератора, выход счетчика времени подключен к инверсному входу второго элемента И, первый вход которого является входом интенсиметра, ко второму входу первого элемента И, выход которого соединен с входом синхронизации регистра и с первым входом схемы управления сдвигами, и ко второму входу схемы управления сдвигами, соединенной также с выходами органов задания параметров сдвига. Первый выход схемы управления сдвигами соединен с входами R счетчика времени и счетчика, счетный вход которого подключен к выходу второго элемента И, а второй ее выход подключен к управляющему входу регистра. Выход цифроаналогового преобразователя подключен к интегратору, выход которого является аналоговым выходом устройства. Технический результат заключается в повышении точности измерения малых изменений интенсивности на фоне высокой средней частоты входных импульсов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Интенсиметр, содержащий импульсный генератор, счетчик, регистр, цифроаналоговый преобразователь, интегратор и элементы И, причем выходы счетчика подключены к входам регистра, выходы которого подключены к входам цифроаналогового преобразователя, отличающийся тем, что в него введены счетчик времени, схема управления сдвигами и органы задания параметров сдвига, причем счетный вход С счетчика времени и первый вход первого элемента И подключены к выходу импульсного генератора, выход счетчика времени подключен к инверсному входу второго элемента И, первый вход которого является входом интенсиметра, ко второму входу первого элемента И, выход которого соединен со входом синхронизации С регистра и с первым входом схемы управления сдвигами, и ко второму входу схемы управления сдвигами, соединенной также с выходами органов задания параметров сдвига, первый выход схемы управления сдвигами соединен с входами R счетчика времени и счетчика, счетный вход С которого подключен к выходу второго элемента И, а второй ее выход подключен к управляющему входу регистра, кроме того, выход цифроаналогового преобразователя подключен к интегратору, выход которого является аналоговым выходом устройства. 2. Интенсиметр по п.1, отличающийся тем, что схема управления сдвигами содержит триггер, счетчик сдвигов, цифровой компаратор и элемент И, причем входы С триггера и счетчика сдвигов соединены между собой и с первым входом элемента И и являются первым входом схемы управления сдвигами, соединенные между собой вход D триггера и вход R счетчика сдвигов являются вторым входом схемы управления сдвигами, выходы счетчика сдвигов соединены со входами цифрового компаратора, другие входы которого подключены к выходам органов задания параметров сдвига, выход цифрового компаратора соединен со вторым входом элемента И, выход которого подключен ко входу R триггера и является первым выходом схемы управления сдвигами, вторым выходом которой является выход триггера.