Стробоскопическое измерительное устройство Советский патент 1988 года по МПК G01R13/02 

а

ilii. СО

10

15

20

Изобретение относится к технике измерений импульсных сигналов и может быть использовано в средствах Измерения энергии, в частности им- рульсного оптического излучения, ; Цель изобретения - расширение ункциональных возможностей устрой- |:тва.

i На чертеже изображена схема пр€1Д- агаемого устройства,

Устройство содержит измерительньй пход I, блок 2 выборки, синхрониза- i op 3, генератор 4 пилообразного ; напряжения (ГПН), первый компаратор fi, первый генератор 6 ступенчатого напряжения (fCH), формирователь 7 стробирующего импульса, второй ком- ар-атор 8, второй генератор 9 сту- генчатого напряжения (ГСН), первый 10,второй-П и третий 12 элементы И, перый 13 и второй 14 элементы ИЛИ, первый триггер 15, первый 16 и второй 17 лючи, делитель 18 числа сигналов, енератор 19 счетных импульсов (ГСИ),25 ретий генератор 20 ступенчатого апряжения (ГСН), четвертый элемент 21; сумматор 22 (суммирующий счет- ак), резистивньш делитель 23, второй триггер 24, третий компаратор 25, третий 26 и четвертый 27 элементы ИЛИ, пятый 28, шестой 29 и седьмой 30 элементы И, элемент НЕ 31, шину 32 сигнала конца измерения и шину 33 сигнала сброса,

I К входу блока выборки подсоединена в|содная шина и вход синхронизатора, в|)1ход которого через ГПН подсоединен к первому входу первого компаратора, Kj другому входу которого подключен первого ГСН, к входу которого подсоединен делитель числа сигналов, а выход первого компаратора через формирователь стробирующего импульса соединен с входом стробирования блоки выборки, выход которого ПОДКЛЮЧ€Ш

к входу второго компаратора, другим входом соединенного с выходом второго ген, вход которого через первый ключ соединен с генератором счетных импульсов, вход сброса сумматора соеца- нён с шиной сигнала сброса, с которой, соединены также соответствующими вхо- д4ми первый ген, а через четвертый и первый элементы ИЛИ - первый триг- выходом через второй элемент Е1|И соединенный с входами сброса вто- pciro ГСН и первого ключа, и непосред- ciiBeHHO - с входом делителя числа

30

40

45

50

55

5

0

5

0

0

5

0

5

сигналов, к шине сброса соответствующими входами подключен через третий элемент ИЛИ второй триггер, через четвертый элемент ИЛИ - делитель числа сигналов и третий ГСН, входом запуска через второй ключ соединенный с выходом первого ключа, с которым соединен также один из входов четвертого элемента И, второй вход которого соединен параллельно с выходами второго элемента ИЛИ и второго триггера, а выход - с входом сумматора, третий компаратор одним из входов подключен к выходу второго ГСН, вторым входом - к вьрсоду резистивного делителя, а выходом соединен с одним из входов пятого, шестого и седьмого элементов И, выход второго компаратора через первый элемент И и первый элемент ИЛИ, подключен к соответствующему входу первого триггера, оди из входов второго элемента И соединен с выходом первого компаратора, второй вход - с вторым входом первого элемента И, вторым входом второго ключа и выходом второго триггера, третий вход - с выходом первого триггера и входом третьего элемента И, а выход - с соответствующим входом первого триггера, второй вход третьего элемента И соединен с выходом де- лителя числа сигналов, а выход - с вторым входом второго триггера и че-;. рез шестой элемент И - с входом четвертого элемента ИЛИ, сигнальный выход первого ГСН соединен с вторым входом пятого элемента И, а через элемент НЕ - с вторым входом седьмого элемента И, выход которого подключен к шине сигнала конца измерения.

Устройство работает следующим образом.

Синхронизатор 3, ГПН 4, кбмпара- тор 5 и ген 6 образуют узел регулируемой временной задержки, а совместно с блоком 2 выборки они образуют известный стробоскопический измери- тельньй преобразователь временного масштаба повторяющихся сигналов. Синхронизатор представляет собой по- роговьй элемент, например компаратор, с опорным уровнем, соответствующим началу изменения измеряемого сигнала,

С появлением повторякщихся измеряемых сигналов начинается накопление первого из мгновенных значений этих сигналов с щагом по времени от их начала, обусловленным уровнем дис

31

кримикации синхронизатора 3, установ ленной ступенью напряжения ГСН 6 и крутизной напряжения ГПН 4, При этом известным образом по сигналам компаратора 5 формирователем 7 формируются стробирующие импульсы, которые в блоке 2 выборки считывают соответствующее мгновенное значение сигнала. Одновременно сигналом компаратора 5, переданным через элемент И П, переключается триггер 15. Появившийся при этом едщничный сигнал на одном из выходов этого триггера и переданный через элемент ИЛИ 14 дебло- кирует ГСН 9 и ключ .16, а нулевой сигнал с другого выхода триггера блокирует элемент ИМ, ГСН 9 и ключ

16совместно с ген 19 и компаратором

8 образуют известный преобразователь выходного напряжения блока выборки в последовательное число импульсов - код (пик). По мере поступления импульсов геи через ключ 16 формируется изменяющееся единичными ступенями (уменьщающееся от максимального значения, либо возрастающее от нулевого) напряжение на выходе ГСН 9. В момент уравновешивания напряжений блок выборки и ГСН 9 компаратор 8 формирует сигнал, которым вновь переключается триггер 15. При этом триггер 15 соответствующими сигналами деблокирует элемент И 11, блокирует ключ 16 и переключает ГСН 9 в исходное состояние. С появлением очередного сигнала на измерительном выходе устройства описанный процесс стробирования одного и того же мгновенного значения этого сигнала и кодирование этого значения эквивалентным числом импульсов повторяется. Числа импульсов выделяются на выходе ключа 16 между моментами начала коди рования и конца уравновешивания. Эти KMIJyльcы через деблокированный ключ

17поступают на вход ГСН 20 в соот- ветствии с количеством п циклов коди рования одного и того же дискретного значения входного сигнала (при одной и той же ступени выходного напряжения ГСН 6), накапливаются в счетчике ГСН 20 и их сумма преобразуется в эквивалентное напряжение, которое резистивным делителем 23 делится в

п раз (п - целое число). Число п задают делителем 18, который в п раз уменьшает число сигналов на его входе, поступающих с триггера 15, т.е.

5

0

0

5

0

5

0

5

задает число п циклов кодирсь 1ния одного и то же мгновенного значения входных сигналов. Резистивньй делитель 23 выдает среднее значение накот ленных в ГСН 20 п мгновенных значений входного сигнала. Такое накопление и усреднение уменьшает случайную погрешность измерений. Естественно, что емкость счетчика ГСН 20 и его диапазон выходного напряжения не менее, чем в п раз, должны превьппать аналогичные параметры ГСН 9.С поступлением на вход делителя 18 п-го сигнала сигнал на его выходе изменяется на единичный, что вызывает переключение ГСН 6 и -увеличение его выходного напряжения на одну ступень. Тем самым устройство подготавливается к кодированию и накоплению очередного текущего мгновенного значения входного измеряемого сигнала.. Одновременно появившимся единичным , сигналом на выходе делителя 18 де,бло кируется элемент И 12,

С завершением кодирования п-го отсчета данного мгновенного значения измеряемого сигнала переключается триггер 15 и с появлением на его втором выходе единичного сигнала этот сигнал передается через предварительно деблокированный элемент И 12 и переключает триггер 24, Изменившимся на нулевой сигналом с первого выхода этого триггера блокируются элементы И 10 и И 11 и ключ 17, а единичным,сигналом со второго выхода, переданным через элемент ИЛИ 14,де-. блокируются ГСН 9 (по входу сброса), ключ 16 и элемент И 21,

Единичным сигналом элемента И 12 одновременно деблокируется по соответствующему входу элемент И 29.

С деблокированием ГСН 9 и ключа 16 начинается кодирование выходного напряжения резистивного делителя 23, т.е. средней величины мгновенного значения сигнала. Импульсы ГСИ 19 в этом случае с выхода ключа 16 передаются не в ГСН 20, а через деблокированный элемент И 21 в сумматор 22, Момент уравновешивания выходных напряжений делителя 23 и ГСН 9 фиксирует компаратор 25, выходной сигнал которого через деблокированные элементы И 29 и И 28 передается на вход сброса ГСН 20 и вход триггера 24 соответственйо. Передача выходного компаратора 8 и компаратора

51

5 через элементы И 10 и И II в этом цикле кодирования средней величины мгновенного значения измеряемого сигнала блокирована.

Триггер 24, переключаясь в момент уравновешивания по сигналу компарато ;ра 25 в исходное состояние, своими соответствующими сигналами вновь де- I блокирует элементы И 10 и И 11 и ключ 17 и блокирует элемент И 21 и |ключ 16, переключая при этом ГСН 9 в исходное состояние. Одновременно сигналом компаратора 25 в исходные состояния переключаются делитель 18 и ГСН 20 и подтверждается исходное состояние триггера 15. С блокированием элемента И 21 в сумматоре оказывается .записанным код средней величины текущего мгновенного значения измеряемого сигнала.

Таким образом, устройство оказалось подготовленным к очередному циклу работы - считыванию, кодированию, накоплению и усреднению с последую- ней записью полученного кода в сумматоре 22 очередного текущего мгновенного значения измеряемого сигнала I Далее устройство работает аналогично .

I Благодаря блокированию элемента l|. 1 1 с началом каждого цикла кодиро- ания реализуется асинхронный режим работы устройства, что делает неза- в|исимым быстродействие кодирующей и 1 егистрирующей частей устройства от ч|астоты входных сигналов.

I Параллельно с кодированием осу- Щ|вствляется накопление мгновенных значений входного сигнала в блоке выборки, что дополнительно снижает случайную погрешность измерений.

Сдвиг до времени между стробирую- импульсами, формируемыми узлом регулируемой временной задержки на выходе компаратора 5, т.е. шаг jt дискретизации измеряемого сигнала по времени, является равномерным. Поэтому сумма кодов всех мгновенных: значений X , измеряемого сигнала эквивалентна интегралу функции, описы- вающей этот сигнал, т.е. в частном

случае энергии Е этого сигнала:

т Е X J - л t .

i:: 1

Число m суммируемых мгновенных значений задают емкостью счетчика ген 6. С появлением последней га-й ступени напряжения на аналоговсэм вы-

064906

ходе ГСН 6, на другом его выходе, под ключенном к элементам И 28 и НЕ 31, исходный единичный сигнал изменяет-

с ся на нулевой и тем самым блокируется элемент И 28 и деблокируется элемент И 30. Это происходит в первом из п циклов определения последнего мгно-; венного значения измеряемого сигнала.

10 С поя влением в п-ом цикле сигнала компаратора 25 этот сигнал будет передан через элемент И 30 на шину 32 устройства в качестве признака окончания измерения текущего значения

15 энергии. По единичному сигналу на шине 32 выполняется считывание кода из сумматора 22 во внешнюю память, после чего устройство может быть подготовлено к новому измерению очередным

20 внешним сигналом сброса.

Таким образом, функции стробоскопического и змерительного устройства расширены за счет определения интегралов сигналов, причем с их накопле25 нием и усреднением, что уменьшает случайную погрешность измерений.

формула изобретения

30 Стробоскопическое измерительное устройство, содержащее блок выборки, к входу которого подсоединены входная шина и вход синхронизатора, выход которого через генератор пилооб-

25 разного напряжения подсоединен к первому входу первого компаратора, к другому входу которого подключен выход первого генератора ступенчатого напряжения, к входу которого подсое40 динен делитель числа сигналов, а выход первого компаратора через формирователь стробирующего импульса соединен с входом стробирования блока выборки, выход которого подключен

45 к входу второго компаратора, другим входом соединенного с выходом второго генератора ступенчатого напряжения, вход которого через первьй ключ соединен с генератором счетных им5Q пульсов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в устройство введены семь элементов И, четыре элемента ИЛИ, два триггера, третий

55 компаратор, второй ключ, третий генератор ступенчатого напряжения с выходным резистивным делителем, элемент НЕ и сумматор, входом сброса соединенный с щиной сигнала сброса.

714064908

с которой соединены также соответст-теля, а выходом соединен с одними из вующими входами первый генератор сту-входов пятого, шестого и седьмого пенчатого напряжения, через четвер-элементов И, выход второго компарато- тый и первый элементы ИЛИ - первыйра через первый элемент И и первый триггер, выходом через второй эле-элемент ИЛИ подключен к соответствую- мент ИЛИ, соединенный с входами сбро-щему входу первого триггера, один из са второго генератрра ступенчатоговходов второго элемента И соединен напряжения и первого ключа и непо-с выходом первого компаратора, вто- средственно - с входом делителя чис- юРОЙ вход - с вторым входом первого ла сигналов, к шине сброса соответст-элемента И, вторым входом второго вующими входами подключены через тре-ключа и выходом второго триггера, тий элемент ИЛИ второй триггер, че-третий вход - с выходом первого триг- рез четвертый элемент ИЛИ - делительгера и входом третьего элемента И, -числа сигналов и третий генератор 15а выход - с соответствукщим входом ступенчатого напряжения, входом за-первого триггера, второй вход третье- пуска через второй ключ соединенныйго элемента И соединен с выходом де- с выходом первого ключа, с которымлителя числа сигналов, а выход - с соединен также один из входов четвер-вторым входом второго триггера и че- того элемента И, второй вход которо- 20рез шестой элемент И - с входом чет- го соединен параллельно с выходамиверто.го элемента ИЛИ, сигнальный вы- второго элемента ИЛИ и второго триг-ход первого генератора ступенчатого гера, а выход - с входом сумматора,напряжения соединен с вторым входом третий компаратор одним из входовпятого элемента И, а через элемент подключен к выходу второго генерато- 25НЕ - с вторьм входом седьмого элемен- ра ступенчатого напряжения, вторымта. И, выход которого подключен к входом - к выходу резистивного дели-шине сигнала конца измерения.

Изобретение может быть использовано в средствах измерения энергии импульсного оптического излучения. Стробоскопическое измерительное устройство (ССИУ) содержит блок 2 выборки, входную -шину, синхронизатор 3, генератор 4 пилообразного напряженин, компараторы 5, 8, 25, генераторы 6, 9, 20 ступенчатого напряжения, делитель 18 числа сигналов, формирователь. 7 стробирующего импульса, ключи 16, 17, генератор 19 счетных импульсов, элементы И 10-12, 21, 28- 30, элементы ИЛIi 13, 14, 26, 27, - триггеры 15, 24, элемент НЕ 31, сумматор 22,-шины 32 и 33 сигнала конца измерения и сигнала сброса соответственно, измерительный вход 1, резис- тивный делитель 23. ССИУ имеет расширенные функциональные возможности за счет измерения энергии сигналов, причем с их накоплением и усре днени- ем, что позволяет уменьшить случайную погрешность измерений. 1 ил. с с