Устройство для автоматического измерения шумов Советский патент 1983 года по МПК G01R29/26 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено-для измерения основных параметров фотоприемников и излучателей. Известно устройство для автомати ческого измерения коэффициента шума содержащее источник шума, исследуемый четырехполюсник, делитель напря .жения, измеритель малых мощностей,. . элект)онный Ключ, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микропроцессор и индикатор. Выход источника шума через исследуемый четырехполюсник связан с последовательно сое диненными делителем .напряжения, из.мерителем малой мощности, электрон-ным ключом. АЦП,, микропроцессором и индикатором. Выходы микропроцессора раздельно соединены с управля.ющими входами электронного ключа, делител ,напряжения и источника шума 1. Недостатком данного устройства является невысокая точность измерения шумов, так как делитель напряже ния на входе измерителя-малых мощностей, электронный ключ на входе .„АЦП являются источниками дополнител ных шумов. Кроме того, на точность измерения накладывает ограничение сам принцип непосредстЗвенного измерения мощности шума путем примене.нИя измерителя малых мощностей. Известно также устройство.для измерения сигнала и шума фотоприемника., которое состоит из фотоприемника, амплитудно-импульсного мЬдуля тора, источника излучения, коммутатора .и двух измерительных каналов,, каждый из которых содержит усилител и индикатор. В устройстве оптически последовательно .связаны источник из .лучения, амплитудно-импульсный моду лятор и фотопрйемник, электрический выход которого соединен с перв.ым , входом коммутатора, второй, вход пос леднего подключен к амплитудно-иМпульсному модулятору, причем выход коммутатора связан с входами двух . измерительных канало.в, каждый из ко торых содержит последовательно соединенные резонансный усилитель и; ин дикатор 2 . - Недостаток указанного устройства обусловлен невысокой точностью изме.рёния шума фОтоприемника, так как fe .устройстве измеряются мгновенные з.начения шума фотоприемника и его выходного сигнала в смеси с шумом, при этом шуМы элементов устройства (усилителей) видаM/f могут, существенно искажать выходные результаты.. при измерении параметров высококачественных (мАлошумящих) фотоприемников. Выходные значения результатов н§ фиксируются, а индицируются, что делает невозможнымприменение в . Устройстве статистических методов для получения более, достоверных результатов. Кроме того, измерения мр нов е н ных 3 нач е н ий мощно ст и шума позволяют оценить только высокочастотную компоненту суммы шумов, что дает неточную картину распределения шумов, faK как исключаются их низкочастотные компоненты. . Наиболее близким к изобретению по технической сущности является, устройство для автоматического измерения отношения сигнал/шум, которое содержит первый блок аттенюато ров, блок усиления, .блок управления, фильтр, второй блок аттенюаторов, квадратичный детектор с усилителем, стробирующий блок, интегрирующий блок, схему сравнения, блок управления аттенюаторами и блок сброса. В устройстве выход первого блока аттенюаторов через фильтр связан с -последовательно соединенными вторьм блоком аттенюаторов, квадратичным детектором с усилителем, стробирующим блоком, интегрирующим блоком, схемой .-сравнения и блоком управления аттенюаторами, выходы котсзрого раздельно соединены с входами блоков атте.нюаторов, причем первый блок аттенюаторов, непосредственно и через блон усиления связан с блоком управления, последний, в свою .очередь, соединен со стробирующим блоком, блоком сброса ч блоком управления аттенюаторами 3j,. Известное устройство характеризуется недостаточной точностью измерения, вызванной тем, что измеряе.мый сигнал поступает на вхЬд трех блоков: первого блока аттенюаторов;, Влока усиления и блока управления, где к нему добавляются шумы входных сопрот.ивле.ний к емкостей указанных блокбв. Кроме того, недостаток обусловлен тем, что при максимальном о.слабленйи обоих.блоков аттенюаторов, включенных последовательно, абсолютная величина ошибки измерения существенно возрастает, а также тем, что в устройстве могут накапливаться ошибки интегрирования. Цель изобретения - повышение точности измерения шумов. . I - .. . ; ..... Поставленная цел.ь достигается . тем, что в устройство для автоматического измерения , содержащее блок сравнения подключенный усилитель к источнику шума, и блок . управления один из выходов которого подключе.н к управляющему входу источника шума, введены блок статистической обработки, один из входов которого подключен к выходу блока сравнения, а.второй - к одному из выходов блока управления, и цифроаналоговый пр.еобразователь, управляквдие входы которого подключены к выходам блока управления, а выход к опорному входу блока сравнения, ,а управлякадий выход блока статистической обработки подключен к уцравлякщёМу входу блока управления.

Кроме того, блок статистической обработки состоит из микромалой : электронной вычислительной машины . с блоком вывода результатов измерений.

На чертеже представлена cTpyKTj ная схема устройства

В устройстве источник 1 шугла че-, реэ усилитель 2 подключен к йнформа ционному входу блока 3 сравнения/ выход которого подключен к одному из входов блока 4 статистической обработки. Опорный вход блока 3 сравнения подключен к выхрду цифроаналогового преобразователя 5, информационные входы Kofopolo подключены к информационным выходам блока 6 управления, при этом управляющие входы . источника 1 шума и блока 4 статистй чёской обработки подключены к соответствующим управляющим выходам блока управления, а управляющий выход блока 4 статистической обработки подключен к управляющему входу блока б управления.

Устройство работает следующим .образом.;- , -,-.... . .-/ . . .

При измерении фотоприемнигков из блока б управления задается последовательность из п циклов измерейий, причем каждый цикл содержит до 10 тактов опроса фотоприемника. Один такт опроса фотоприемника состоит из операций подачи из блока б управления на фотоприемник импульса подготовки, смещающего его в обратном направлений, разряда емкости фотоприемника темновьм током в т-ечение времени накопления, пода чи из блока б управления в блок 4 статистической обработки и на фотоприемник импульса выборки, формирую щего выходной сигнал фотоприемника, котррьШ поступает через усилитель .. 2 на блок 3 сравнения, где сравнивается по амплитуде с опорным напря жением и-, сформированным на выходе цифрОаналбгового преобразователя 5 по коду, поступающему из блока б управления. Есл в данном такте ампли;туда сигнала на выходе усилителя 2 .. :превосходит опорное напряжение то этот сигнал через блок 3 сравнения поступает на вход блока 4 статисткческой обработки.: Вероятность прохождения сигналов через блок 3 сравнения определяется распределением шумов фотоприемника и гистерезисом блока 3 сравнения. В течение одного цикла измерений,.состоящего из Ю следуквдих уг за другом тактов опроса фотоприемника, блок 4 статистической обработки подсчиты вает количество Циклов опроса фотоприемника и количество прошедших блок 3 сравнения сигналов.- ОтНошение этик двух чисел - вероятность PJ прохождения выходного сигнала фотоприемника через цепочку усилитель 2 - блок 3 сравнения при заданном Uj .

Дйлее из блОка б управления на выход цифроайалогового преобразователя ,5поступает код, по которому формируется следунлцеё опорное напряжение и,-. , и цикл измерения повторяется, лри 0 задается таким, чтобы Е 1, в последуклцих циклах i+-t ,- При Р..0 измерение завершается по сигналу, пришедшему из .блока 4 статистической обработки в блок б управления. Шаг опорных напряжений выбирается таким, чтобы , 2,..., п 15-30. Из полученного распределения U,- и Р- в .блоке 4 статистической обработки вычисляются дисперсия 6 оцорных напряжений Ц и дисперсия шуМов на выходе фотоприёмника

25

f.n f к : , (

где К - коэффициент усиления усилителя 2. .

Результат измерения в блоке статистической обработки выводится на пе30чать ,

Порядок измерения шумов излучател:я аналогичен описанному за исключением того, что в каждом такте опроса Фотоприемника на время накоп35 ления из блока б управления поступает импульс тока для возбуждения излучателя, .световая энергия которого noQTj aeT на оптический вход фотоnpHteMHHKa. Далее из п циклов изме40 рения в блоке статистической обработки вычисляется дисперсия 6 опорных сигналов и,- , при этом дисперсия ШУМОВ на выходе фотоприёмника, вызванная флуктуациями излучателя,

4J оценивается по формуле

, (5/

так как при суммировании двух слу. чайных некорректированных процес50 .сов среднеквадратичное отклонение равно сумме дисперсий указанных процессов.

В предлагаемом устройстве устраняется неточность измерения шхада на

55 выходе фотрприемника, вызванная.влиянием шумов .элементов устройства, так как из.меряется статистическое распределение вероятности срабатывания схемы сравнения в зависимости

40 от опорного напряжения Uj , формиру. емого цифроаналоговым преобразйвателем ho кодам блока управления. Дисперсия шумов на выходе фотоприемника рассчитывается .в соответствии с

65 дисперсией опорных ,напряжений Ui,

причем напряжения U,- постоянны в течение цикла измерений, их амплитуда в к раз превосходит- амплитуду сигнала на выходе фотоприемника. Поэтому ь устройстве возможно увеличение точности измерений в К раз, где k - коэффициент усиленияусилителя 2.

В обоих случаях устройство позволяет получить распределение мгно. венных,значений шумового напряжения на выходе источника шума (фотоприемника) . При, этом (в отличие от режима накопления) из блока 6 .управления на источник шума, например фотопри-.

емник, подается постоянное смещение (в .фотодиодном режиме) или не подает смещение (в ,вентильном режиме). Блок 4 статистической обработки ,с максимальным быстродействием считает количество срабатываний блока 3 сравнения при заданном из цифроаналогового преобразователя 5 опорном напряжении Ц в одном цикле измере.ний. В этом случае-за 1-5 с может быть получен большой объем выборок (, т.е. рассч.итЬ|1ваемые далее статистические параметры .распределений получаются с точностью более высокой, чем в режиме накопления.

Предлагаемое устройство в отличие от прототипа имеет более высоко быстродействие измерений, (при малых временах накопления) и обладает более широкой областью,применения, так как измеряет не только отношение сигнал/шум, но и абсолютную величину значений дисперсии, шума и амплитуд сигнала с выхода фотоприемника и излучателя.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ШУМОВ, содержащее блок сравнения,, подключенныйчереэ усилитель к. источнику шума, и блок управления, один из выходов которого подключен к управляющему входу источника шума, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения шумов, в него , введены блок статистической обработки, один из входов которого подключен к выходу блока сравнения, а второй - к одному из выходов блока управления, и цифроаналоговый . преобра-.зователь, управляющие входы которого подключены к выходам блока управления, а выход - к опорному входу блока сравнения, а управляющий выход блока статистической обработки подключен к управляющему выходу блока управления. .i. 2. Устройство по п. 1, о т л. и i чающеесЯ тем, что блок статистической обработки состоит из (Л микромалой электронной вы 1ислительной машины с блоком вывода результатов измерений. о 4 Ю СО 01