Устройство для измерения пикового значения ударного импульса Советский патент 1984 года по МПК G01R19/04 G01R13/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначен для использования в цифровых измерительных системах при исследовании импульсов, обеспечивающих калибровку ударных стендов в процессе лабораторно-стендовых испытаний приборов. Известно устройство для измерения напряжения, содержащее преобразователь напряжение .- код, вход которого через первый переключатель соединен с клеммами для подключения источника исследуемого напряжения и с выходом лреобразователя код - напряжение, два регистра памяти, входы которых через второй переключатель подключены к выходу преобразователя напряжение - код, а выходы соединены с входами блока сравнения кодов, подключенного выходом к входу преобразователя код - напряжение f1 J . Недостаток известного устройства заключается в низком бшстродействии ограничивающим o6hacTb применения подобного измерителя лишь медленно меняющимися входными сигналами. Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения па раметров, н частности пикового значения ударного импульса, содержащее управляемый интегратор, выход которого соединен с первым входом первого нуль-органа и с одним из вход ных выводов делителя напряжения, дру гой входной вывод которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход - к первомз входу вто рого нуль-органа, последовательно включенные генератор опорной частоты первый элемент И-НЕ и счётчик импуЛьсон, последовательно включённые второй элемент И-НЕ, соединенный пер вым входом с выходом генератора опор ной частоты, третий элемент и второй счетчик импульсов, вспомогательные формирователи сигналов, вклю ченные между выходами соответствующих нуль-органов и вторыми входами первого и второго элементов Й-НЕ, цифро-аналоговый преобразователь, .входы которого подключены к выходам первого и второго счетчиков импульсов, а выход - к вторым входам обоих нуль-органов, инвертор, включенный между выходом первого счетчика импульсов и вторым входом третьего элемента Ti-HE, первый и второй элементы И, первые входы ко торого соеди нены с выходом третьего элемента IlНЕ, а выходы - соответственно с входами третьего и четвертого счетчиков импульсов, третий и четвертый элемен ты И, первые входы которых подключены к выходу первого элемента И-НЕ, а выходы - соответственно к входам пятого и шестого счетчиков импульсов, триггер управления, один из выходов которого соединен с вторыми входами первого и третьего элементов И,а другой выход-с вторыми входами второго и четвертого элементов И С2. Работа указанного устройства базируется на принципе сравнения входного напряжения и напряжения компенсации, вьфабатываемрго на выходе- цифро-аналогового преобразователя и пропорционального цифровому коду. При этом напряжение компенсации всегда догоняет входное напряжение, а в момент сравнения производится запись кода, по которому и воспроизводится искомое пиковое значение. В связи с тем, что пик исследуемого импульса не всегда совпадает с точкой замера за счет дискретности действия цифроаналогового преобразователя, имеет место существенная ошибка в результате измерения, причем ее величина тем больше, чем меньше длительность сигнала. Цель изобретения - повьшение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения пикового значения ударного импульса содержащее последовательно включенные генератор опорной частоты, первый элемент И-НЕ и счетчик импульсов, последовательно включенные первый цифртэ-аналоговый преобразователь, первый нуль-орган и второй элемент И-НЕ, второй нуль-орган, третий элемент И-НЕ, введены аналоговый коммутатор, аналого-цифровой преобразова-. тель, .оперативно-запоминающий узел, второй цифро-аналоговый преобразователь, третий нуль-орган, первый и второй ждущие мультивибраторы, блок считывания, и пиковый детектор, причем аналоговый коммутатор, аналогоцифровой преобразователь, оперативно-запоминающий узел и второй цифроаналоговый преобразователь включены последовательно, сигнальный вход аналогового коммутатора соединен с клеммами для подключения источника исследуемых сигналов, выход второго цифроаналогового преобразователя подключен к первому входу второго нуль-органа, третий нуль-орган, первый жду1Щ1й муль тивибратор, блок считывания и второй ждущий мультивибратор включены после. довательно, первый вход третьего нуль органа соединен с шиной нулевого потенциала, вторые входы всех нульорганов подключены к выходу аналогового -коммутатора, выход второго ждущего мультивибратора соединен с одним из входов третьего элемента И-НЕ, дру гой вход которого подключен к выходу второго элемента И-НЕ, а выход - к одному из входов оперативнозапоминающего узла, выход -второго нуль-органа соединен с одним из входов второго элемента И-НЕ, выход третьего нуль-органа подключен к одному из входов первого элемента И-НЕ, выход оперативно-запоминающего узла соединен с одним из входов блока считьтания, выход которого через пико,дый детектор подключен к управляющем входу аналогового коммутатора. На фиг. 1 представлена функционал ная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 (а-л) - временные диаграмм сигналов, иллюстрирующие его работу. Л Устройство содержит аналоговый коммутатор 1, аналого-цифровой преобразователь 2, цифро-аналоговые преобразователи 3 и 4, оперативно-запоминающий узел 5, нуль-органы 6-8, элементы 9-11 И-НЕ ,генератор 12 опорной частоты, счетчик 13 импульсов, ждущие мультивибраторы 14 и 15, блок 16 считывания, пиковый детектор 17. Генератор 12 опорной частоты, элемент t1 И-НЕ и счетчик 13 импульсов включены последовательно. Также последовательно в группах включены цифроаналоговый преобразователь 3, нульорган 6 и элемент 9 И-НЕ, аналоговый коммутатор 1, аналого-цифровой преобразователь 2 оперативно-запоминающий ;узел 5 и цифро-аналоговый преоб разователь 4 J нуль-ор ан 8, ждущий мультивибратор 14, блок 16 считьшания и ждущий мультивибратор 15. Сигнапьный вход аналогового коммутатора 1 соединен с клеммами для подключени источника исследуемых сигналов. Выход цифро-аналогового преобраз.овател 4 подключен к первому входу нуль-6ргана 7. Первый вход нуль-органа 8 соединен с щиной нулевого потенци;ала. Вторые входы нуль-органов 6-8 подключены к выходу аналогового коммутатора 1. Выход ждущего мультивибратора 15 соединен с одним из входов элемента 10 И-НЕ, другой вход о которого подключен к выходу элемента 9 И-НЕ., а выход - к одному из входов оперативно-запоминающего узла 5. Вьйод нуль-органа 7 соединен с одним из входов элемента 9 И-НЕ. Выход нуль-органа 8 подключен к одному из входов элемента 11 И-НЕ. Выход оперативно-запоминающего узла 5 соедиг нен с одним из входов блока 16 считывания, выход которого через пиковый детектор 17 подключен к управляющему входу аналогового коммутатора 1. Устройство работает, следующим образом. Входной измеряемый сигнал (//бх (фиг. 2а) поступает на сигнальный вход аналогового коммутатора 1, на .управляющем входе которого присутствует логический О. С выхода коммутатора 1 сигнал U-{ (фиг. 26) направляется на вход аналого-цифрового преобразователя 2 и Иа соответствующие входы нуль-органов 6-8, Аналого-цифровой преобразователь 2 преобразует поступающий сигнал в последовательность цифровых кодов, которые поступают на вход оператив но-запоминающего узла 5 и на вход цифро-аналогового преобразователя 3. С выхода цифро-аналогового преобразователя 3 аналоговый сигнал Ц (фиг. 26), пропорциональный цифровому коду, подводится к инверсному входу нуль-органа 6, где сравнивается с входным сигналом Uf , За счет того, что аналого-цифровой преобразователь 2 задерживает сигнал |на время преобразования, на выходе цифро-аналогового преобразователя 3 сигнал возникает с задержкой и на инверсном входе нуль-органа 6 происходит отставание сигнала от t/ Нуль-орган 6 включен так, что если сигнал на прямом входе, подключенном непосредственно к выходу коммутатора 1, больще, чем на инверсном на выходе нуль-органа 6 присутствует логическая 1, егли наоборот логический О. Поэтому за счет отставания сигнала на инверсном входе нуль-органа 6 при нарастании сигнала Ц в сигнале Ц на выходе нуль-органа 6 будет присутствовать логическая 1, а при спаде сигнала логический О (фиг. 2в). 51 Оперативно-запоминакнций узел 5 собран на основе D триггеров и запись в него осуществляется тогда, когда на входе записи возникает отри цательный перепад сигнала (задний фронт импульса)..Если же на входе записи присутствует логическая 1, цифровая информация без искажений проходит на выход оператирно-запоминающего узла 5 и поступает на вход цифро-аналогового преобразователя 4, с выхода которого сигнал поступает на инверсный вход нуль-органа 7, где сравнивается с входным сигналом t/g, . Выходной сигнал 1/ нуль-органа 7 изображен на фиг. 2г. При появлении на входе устройства нарастающего сигнала l/g на обоих входах элемента 9 И-НЕ возникают сигналы логической 1, а на его выходе сигнал логического О, который инвер тируется элементом 10 И-НЕ (фиг.2е). Логическая 1 с выхода- элемента 10 И-НЕ поступает на вход записи оперативно-запоминающего узла 5, поэтому информация, подводящая к входу опера тивно-запоминающего узла 5, направля ется на вход цифро-аналогового преоб разователя 4. Сигнал с выхода которо го поступает на инверсный вход нульоргана 7, где сравнивается с входным сигналом и&. На выходе нуль-органа 7 формируется логическая 1. При сп де сигнала, т.е. при переходе чере.з вершину пика, на выходах нуль-органов 6 и 7 возникают сигналы логического О и S оперативно-запоминающем узле 5 остается записанным цифровой код, пропорциональный напряжению мак симального пика. Если же теперь напряжение вновь начинает нарастать, то на выходе нуль-органа 6 вновь возник ет логическая 1, а на выходе нульоргана 7 будет присутствовать логический О ,запрещая прохождение логичес; кой 1 от выхода нуль 0ргана 6 к входу записи оперативно-запоминающего узла 5. Информация в оперативно-запоминающем узле 5 будет сохраняться до тех пор, пока напряжение i/gx на входе устройства не превысит аналоговый сигнал 1// (фиг. 2д), поступающий на инверсньй вход нуль-органа 7 с выхода цифро-аналогового преобразователя 4, преобразующего цифровой код оперативно-запоминающего узла 5. Как только напряжение ийкпревыснт. напряжение /„ , нуль-орган 7 сформи1 напряжение (фиг. 2к) спадает медленно за счет введения пикового детектора 17, и еще некоторое время коммутатор 1 находится в состоянии, когда вход устройства заземпен. Задний фронт сигнала с выхода блока 16 считывания запускает ждущий мультивибратор 15, формирующий сигнал лЬгического О (фиг. 2л). Этот сигнал поступает на один из входов элемента 10 И-НЕ, формируя сигнал логической 1 на входе записи оперативнозапоминающего узла 5. Поскольку в 41 рует на выходе логическую 1, раз решая прохождение через оперативнозапоминающий узел 5 цифровых кодов, пропорциональных входному аналоговому сигналу t/ xПри появлении аналогового сигнала, отличного от нуля, нуль-орган 8 переходит в состояние логической 1 (фиг. 2ж) , разрешая прохождение импульсов калиброванной частоты от генератора 12 опорной частоты через элемент 11 И-НЕ в счетчик 13 импульсов. Последний подсчитывает импульсы до тех пор, пока аналоговый входной сигнал Ц в первый раз не. сравняется с нулем, после чего на выходе нульоргана 8 возникает сигнал логического О, предотвращая поступление импульс ов от генератора 12 в счетчик 13. На счетчике 13 формируется цифровой код длительности импульса входного аналогового сигнала , которьш может быть индицирован на цифровом табло, либо введен в ЭВМ. Сигнал отрицательного перепада на выходе нуль-органа 8 (задний фронт) запускает ждущий мультивибратор 14, который формирует сигнал (/ (фиг.2з) запуска для блока 16 считывания информации, которым 1ожет быть либо ЭВМ, либо устройство преобразования двоичного кода в десятичное число с индикацией полученного значения величины амплитуды пика. Блок 16 начинает считывание информации из оперативно-запоминающего узла 5. При этом на его информационном выходе возникает сигнал логической 1 (фиг. 2и), переключающий входной аналоговый коммутатор 1, заземляя вход устройства (т.е. вход аналогоцифрового преобразователя 2 и нульорганов 6-8). По окончании считывания сигнал логической 1 пропадает. но на управляющем входе коммутатора

71

это время на входе аналого-цифрового преобразователя 2 сигнал равен нулю, -на его выходе также формируются логические О, которые и записываются в оперативно-запоминающий узел 5. Последний обнуляется и устройство подготавливается к приему и обработке следующего пикового сигнала.

Ударные импульсы, как правило, име ют затухающий характер, поэтому для предотвращения воздействия затухающих пиков на запуск устройства и считывания ложной информации о величине пиков, следующих за первым (основным), емкость пикового детектора 17, управляющего переключением аналогового коммутатора 1, подобрана такой.

2418,

чтобы входы аналого-цифрового преобразователя 2 и нуль-органов 6, 7 и особенно 8 были закорочены все время, пока длится .затухающий процесс (ориентировочно ,1 с), после чего устройство вновь подключается к измерительной линии, а выход коммутатора 1 к входу аналого-цифрового преобразо- вателя 2,

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять амплитуды сигнала с повышенной точностью за счет того, что запись максимального значения, всегда происходит тогда, когда знак градиента изменяется с положительного на отрицательный, т.е. в самой вершине пика.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПИКОВОГО ЗНАЧЕНИЯ УДАРНОГО ИМПУЛЬСА, содержащее последовательно включен- . ные генератор опорной частоты, первый элемент И-НЕ и счетчик импульсов, последовательно включенные первый цифро-аналоговый преобразователь, первый нуль-орган и второй элемент И-НЕ, второй нуль-орган, третий элемент И-НЕ, отличаюцееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены аналоговый коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, оперативно-запоминающий узел, второй цифро-аналрговый преобразова.тель, третий нуль-орган, первый и второй ждущие мультивибраторы, блок считывания и пиковый детектор, причем аналоговый коммутатор, аналогоцифровой преобразователь, оперативно-запоминающий узел и второй цифроаналоговый преобразователь включены последовательно, сигнальный вход аналогового коммутатора соединен с клеммами для подключения источника исследуемых сигналов, выход второго цифро-аналогового преобразователя подключен к первому,входу второго нуль-органа, третий нуль-орган, первый ждущий мультивибратор, блок считывания и второй ждущий мультивибратор включены последовательно, вход третьего нуль-органа саеди нен с шиной нулевого потенциала, вторые входы всех нуль-органов подключены к выходу аналогового коммутатора, выход второго ждущего мультивибратора соединен с одним из вхо(Л дов третьего элемента И-НЕ, другой вход которого подключен к выходу второго элемента И-НЕ, а выход - к одному из входов оперативно-запоминающего узла, выход второго нуль-органа соединен с одним из входов второго элемента И-НЕ, выход третьего нуль- со ю ю органа подключен к одному из входов первого элемента И-НЕ, выход оперативногзапоминающего узла соединен 4i с одним из входов блока считывания, выход которого через пиковый детектор подключен к управляющему входу аналогового коммутатора.