Стробоскопический цифровой измеритель Советский патент 1984 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения парамет ров сигналов и цепей. Известен стробоскопический авто компенсационный измеритель, содержащий генератор стробирующих импульсов,стробируемый смеситель, сх измерения и регистрации, в кото рой для повышения точности испо зуются два канала измерения, а для расширения полосы пропускан стробируемый смеситель выполнен н туннельном диоде 1. Недостаток этого устройства низкая точность измерения. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является стробоскопический цифровой измеритель сигналов, содержащий стробоскопический блок со смесителем, усилителем-расширителем, формирова телем стробируемых импульсов, схемой сравнения, генератором быстрой пилообразной развертки, нуль-орган и два цифроаналоговых преобразователя, а также цифровой вычислитель ный блок отработки компенсационных напряжений, выполняющий функции отработки компенсационного напряже ния и выдачи кода для управления задержкой стробирующих импульсов, коммутации кодов двух разнесенных во времени каналов, вычисления раз ности кодов, отрабатываемых двумя каналами, усреднения результатов измерений 2 . Известный стробоскопический цифровой измеритель имеет ограниченный диапазон измерений и характеризуется недостаточно высокой точностью измерения, так как статическая характеристика преобразования реальных измерительных устройств такого типа в общем случае не может быть описанной с помощью линейного закона и изменяется во времени. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что стробоскопический цифровой измеритель, содержащий стробоскопический преобразователь, задаю щий генератор, связанный своим выходом с одним входом измерителя, вычислительный блок с блоком индик ции, преобразователь код-временной интервал и подключенный к нему формирователь строб-импульсов, первый выход которого подключен к стробирующему входу стробоскопического преобразователя и цифроаналоговый преобразователь, снабжен управляемым трехвкодов1)1м коммутатором, аттенюатором, образцовым цифроаналоговьм преобразователем, блоком связи, соединенным своим выходом и первым входом с вычислительным блоком, распределителем, кодовый вход которого соединен с блоком связл, второй вход которого подключен к выходу стробоскопического преобразователя, а синхронизирующий вход распределителя соединен с вторым выходом формирователя стробимпульсов, управляемым масштабным преобразователем, выход которого соединен с компенсационным вхрдом стробоскопического преобразователя, его аналоговьй вход соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а кодовьй - с первым выходом распределителя, второй выход которого подключен к управляющему входу цифроаналогового преобразователя,его третий выход - к кодовому входу преобразователя код-временной интервал, синхронизирующий вход которого соединен с выходом задающего генератора, четвертьм - к управляющему входу образцового цифроаналогового преобразователя, а пятый - к управляющему входу трехвходового коммутатора, выход которого через аттенюатор соединен с измерительным входом стробоскопического преобразователя, а его три входа подключены соответственно к выходам образцового цифроаналогового преобразователя, задающего генератора и к другому входу измерителя. На чертеже приведена структурная электрическая схема стробоскопического цифрового измерителя. Устройство состоит из задающего генератора 1, исследуемого объекта 2, коммутатора 3, аттенюатора 4, стробоскопического преобразователя 5, формирователя 6 стробирующих импульсов, преобразователя 7 код-временной интервал, распределителя 8, блока 9 связи, образцового цифроаналогового преобразователя 10, цифроаналогового преобразователя 11, управляемого масштабного преобразователя 12, вычислительного блока с блоком 13 индикации.

Стробоскопический цифровой измеритель работает следующим образом.

Сигнал с основного выхода задающего генератора 1 поступает на первый вход коммутатора 3 и на вход исследуемого объекта 2, а с синхронизирующего выхода - на синхронизирующий вход преобразователя кодвременной- интервал 7. С выхода коммутатора через аттенюатор 4 сигнал поступает на вход стробоскопического преобразователя 5, вьшолненного, например, на основе туннельного диода, работающего в триггерном режиме. В момент прихода стробирующих импульсов с выхода формирователя 6, формирующего после- довательность парных коротких импульсов, временной сдвиг между которыми определяется кодом числа, поступающего из вычислительного блока 13, представляющего собой, например, мини-ЭВМ с введенной программой измерения, через устройство СВЯЗИ 9 в распределитель 8. В вычислительном блоке в соответствии с программой измерения формируется код, в соответствии с которым распределитель, представляющий собой- набор дешифраторов и управляемый ими муль-. типлексор, передает код, характеризующий момент преобразователя, на вход преобразователя код-временной интервал. При этом стробоскопический преобразователь производит сравнение сигнала на его сигнальном входе с сигналом на компенсирующем входе, поступающим с выхода цифроаналогового преобразователя 11 через управляемый масштабный преобразователь 12. Преобразователь кодвременной интервал вырабатывает последовательность парных импульсов, временной сдвиг между которыми задается кодом на его входе. Эти импульсы подаются на формирователь стробирующих импульсов, с помощью которых в стробоскопическом преобразователе происходит стробирование мгновенных значений исследуемого сигнала. Причем мгновенное значение сигнала, определяемое моментом прихода нечетных стробирующих импульсов, принимается за осмгновенное значение сигновное X,

т

нала, определяемое моментом прихода четных стробирующих импульсов принимается за нулевое х.

С выхода стробоскопического преобразователя на вход вычислительного блока через устройство связи поступает сигнал логического О или 1 в зависимости от того, больше или меньше порогового уровня дискретного элемента стробоскопического преобразователя сумма сигналов на его компенсирующем измерительном и стробирующем входе. В запоминающем устройстве отводится регистр Iff-N к содержимому которого прибавляется или вычитается единица при приходе сигнала нуля или единицы соответственно с выхода стробоскопического преобразователя в момент прихода нечетных стробирующих импульсов в регистр с содержимым которого производится та же операция в момент прихода четных стробирующих импульсов. Измененное содержимое этих регистров через устройст- . во связио поступает поочередно на вход распределителя, откуда согласно признаку, помещенному в их код, передается на вход цифроаналогового преобразователя, причем код содержимого PpN поступает в момент прихода нечетных стробирующих импульсов, а код содержимого PpN - в момент прихода четных стробирующих импульсов, что осуществляется синхронизацией распределителя с преобразователем код-временной интервал. В результате перечисленных операций в упомянутых регистрах вычислительного блока, т.е. на входе-цифроаналогового преобразователя, происходит изменение кода, что приводит к изменению сигнала компенсации на входе стробоскопического преобвразователя до тех пор, пока не закончится процесс компенсации и сигнал на его компенсирующем входе не станет пропорционален мгновенному значению х в момент прихода нечетных стробирующих импульсов, и мгновенному значению х - в момент прихода четных стробирующих импульсов. Момент окончания компенсации опредеЛяется процессором вычислительного блока путем вычисления соотношений

55 2:(.,,,-ip,N(,.). 1;

(1) (+).)

. 1, S где V mti+i число, содержащеес в регистре Р N на ()-OM шаге компенсации; РГ.Щ, ЧИСЛО, содержащееся в регистре на i-ом шаге компенсации;I PJ. N. ,. Л - число, содержащеес в регистре на (i+1)-oM шаге компенсации; Рг«а.- в регистре на i-ом шаге комп сации; число шагов анализ окончания компенса ции. Приведенные соотношения означаю что если компенсация произошла, то в среднем за h шагов анализа (вычитаний предыдущего результата измерения из данного) число, пропор циональное мгновенному значению, не изменится более чем на единицу. После окончания компенсации мгновенных значений исследуемого сигнала (в Р„М„ содержится L. в (в содержится Lg, L) из вычислительного блор м ка через устройство связи поступае код команды, который через распределитель проходит на управляюгций вход коммутатора, в результате чег на вход аттенюатора поступает сигнал с выхода образцового цифроаналогового преобразователя и начинается процесс компенсации калиб ровочных значений. На вход образцового цифроаналогового преобразователя Поочередно через время, кра ное периоду повторения исследуемог сигнала, поступают коды чисел LQ (пр и Ь„ из регистров , чем ход из проходит синхронн с нечетными, а код из четны ми стробируюпщми импульсами), в которые после окончания компенсаци мгновенныхзначений исследуемого сигнала заносится информация из PpNp и Рр N f соответственно. Компен сация калибровочных значений произ дится аналогично компенсации мгновенных значений исследуемого сигна добавлением результата сравнения стробоскопического преобразователя в регистре и , с поочеред ной передачей их содержимого на вх цифроаналогового преобразователя 2 до тех пор, пока не станет выполняться соотношение (1). В регистре при этом содержится число М, а в регистре число М. Процессор вычислительного блока вычисляет соотношение lLo-Mo| e |Ln, Если соотношения (2) выполняются, то это означает, что статический коэффициент преобразования измерителя равен номинальному значению, тогда в качестве результата измерения текущего мгновенного значения применяется вычисляемая процессором разность N ,, Значение N индицируется входя цим в вычислительный блок блоком индикации, а на вход преобразователя код-временной интервал поступает код следующего временного сдвига, и начинается новый цикл измерения мгновенного значения исследуемого сигнала. Если соотношения (2) не выполняются, то в зависимости от знака разностей (L(5- MO) MjB регистры Р|.Пр и РгПр, добавляется - 1, если разность больше нуля, и +1, если разность меньше нуля. Код числа, содержащегося в , подается на управляющий вход управляемого масштабного преобразователя синхронно с четными стробирующими импульсами, а код числа, содержащегося в РрП, подается на управляющий вход управляемого масштабного преобразователя синхронно с нечетными, стробируюш 1ми импульсами. Коммутатор в соответствии с программой измерений по команде из вычислительного блока подключает через аттенюатор, используемый для улучшения условий согласования измерительного тракта, расширения динамического диапазона стробоскопического цифрового измерителя и уменьшения его влияния на исследуемый объект, выход задающего генератора на измерительный вход стробоскопического преобразователя. При этом начинается компенсация мгновенных значений х и х,с измененным коэффициентом преобразования. Результаты компенсации (1, Чти подаются на вход образцового цифроаналогового преобразователя, выход которого по команде из вычислительного блока после окончания компенсации подключается коммутатором ко входу аттенюатора. Начинается процесс компенсации калибровочных значений М.и , после которого вычисляются разности (2), изменяются содержимые Р,Пр и , весь цикл повторяетея снова до тех пор,пока не ста нут выполняться соотношения (2) .

При определении свойств исследуемого объекта, например четырехполюсника, с помощью стробоскопического цифрового измерителя в запоминающее устройство вычислительного блока вводятся массивы мгновенных значений сигналов на его входе и выходе, измеренные в соответствии с изложенным, затем по программе обработки определяются

его метрологические характеристики.

СТРОБОСКОПОТЕСКИЙ ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ, содержащий стробоскопический преобразователь, задающий генератор, связанный своим выходом с одним входом измерителя, вычислительный блок с блоком индикации, преобразователь код-временной интервал и подключенный к нему формирователь строб-импульсов,первый выход которого подключен к стробирующему входу стробоскопического преобразователя, и цифроаналоговый преобразователь, отл и. чающий с я тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен трехвходовым коммутатором, аттенюатором, образцовым цифроаналоговым преобразователем, блоком связи, соединенным своим выходом и первым .входом с вычислительным блоком, распределителем, кодовый вход которого соединен с блоком связи, второй вход которого подключен к выходу стробоскопического преобразоват теля, а синхронизирующий вход распределителя соединен с вторым выходом формирователя стробиьшульсов, управляемым масштабным превбразоватепем, выход которого соединен с компенсационным входом стробоскопического преобразователя, его аналоговый вход соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а кодовый - с первым выходом распределителя, второй выход которого i подключен к управляющему входу цифроаналогового преобразователя, «Л его третий выход - к кодовому входу преобразователя код-временной интервал, синхронизирующий вход которого соединен с выходом задающего генератора, четвёртый - к управляющему входу образцового цифроаналогового преобразователя, а пятый ас к управляющему входу трехвходового О) коммутатора, выход которого через аттенюатор соединен с измеоо со ьо рительным входом стробоскопического преобразователя, а его три входа подключены соответственно к выходам образцового цифроаналогового преобразователя, задающего генератора и к другому входу измерителя .