Измеритель длительности фронтов импульсов Советский патент 1988 года по МПК G01R29/02 

Изобретение относится к измери- тельной технике и может быть использовано для измерения параметров импульсов в автоматике, вычислительной и контрольно-измерительной технике.

Цель изобретения - повышение точности измерения путем сравнения уровней изменения амплитуд каждого та импульса за выбранный промежуток времени и время формирования всего фронта.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого измерителя; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняю щие работу измерителя.

Измеритель длительности фронтов импульсов содержит нормализатор 1 импульса, первый 2, второй 3, третий 4 элементы задержки, первый 5, вто- рой 6 и третий 7 инверторы, первый 8 и второй 9 пиковые детекторы со сбросом, первый 10 и второй 11 сумматоры, выполненные, нап ример, на резисторах, первый 12, второй 13 и третий 14 электронные ключи,выполненные, например, в виде высокочастотных реле, первый 15 и второй 16 элементы ИЛИ, первый 17, второй 18 и третий 19 преобразователи напряже- ние - частота, первый 20 и второй 21 счетчики, первый 22 и второй 23 RS- триггеры, первьш 24 и второй 25 блоки дифференцирования, компаратор 26, выполненный, йапример, в виде триггера Шмитта,,регистратор 27, выполненный, например, в виде цифро- печатающего устройства, цифровой умножитель 28 и цифровой делитель 29, выполненные, например, на микросхеме, блок 30 памяти, выполненный, например, на микросхеме. При этом последовательно соединены нормализатор 1 импульсов, выход которого также подключен к входу первого элемента 2 задержки и первому входу компаратора 26 первый сумматор 10, первый инвертор 5, первый электронный ключ 12, пер- вьй элемент ИЛИ 15, второй вход которого соединен с выходом нормализато- ра 1 импульсов, второй электронный ключ 13, первый пиковый детектор В, первый преобразова тель 17 напряжение частота, первый счетчик 20, цифровой делитель 29, цифровой умножитель 28, второй информационный вход которого соединен с блока 30 памяти, и регистратор 27, последовательно соединены второй инвертор 6, вход которого подключен к выходу первого элемента 2 задержки к второму входу компаратора 26, второй пиковый детектор 9, выход которого также соединен с вторым входом первого сумматора 10, второй су1.-1матор 11, второй вход которого подключен к выходу первого элемента 2 задержки, третий инвертор 7, третий электронный ключ 14, второй элемент ИЛИ 16, второй вход которого соединен с выходом первого элемента 2 задержки, второй преобразователь 18 напряжение - частота, первый RS-триггер 22, прямой выход которого также подключен к управляемому входу второго электронноге ключа 13, первый блок 24 дифференцирования и второй элемент 3 задержки, первый ВЬЕХОД которого соединен с управляющим входом цифрового делителя 29, вход первого пикового детектора 8 подключен к выходу первого элемента ИЛИ 15, через второй ключ 13, вход которого соединен с входом третьего преобразователя 19 напряжен.е - частота, выход второго счетчика 21 соединен с вторым информационным входом цифрового делителя 29, последовательно соединены второй блок 25 дифференцирования, вход которого соединен с выходом компаратора 26, третий элемент 4 задержки и второй RS-триггер 23, выход которого подключен к управляемым входам первого 12 и третьего 14 электронных ключей, выход второго элемента 3 задержки соединен с управляющими входами первого 8 и второго 9 пиковых детекторов, первого 20 и второго 21 счетчиков, цифрового умножителя 28, регистратора 27, R- , входом первого RS-триггера 22 и S- входом второго RS-триггера 23.

Измеритель работает следующим образом.

Исследуемый импульсный сигнал поступает на вход нормализатора 1 импульсов. .На его выходе вырабатываются постоянные по амплитуде импульсы и, (фиг.2а), которые поступают на на первый вход компаратора 26, вход первого элемента 2 задержки и второй вход первого элемента ИЛИ 15, с выхода которого первый исследуемьй импульс подается на вход третьего преобразователя 19, который вырабатывает счетные импульсы, количество которых пропорционально амплитуде

U(, импульса и подсчитывается вторым счетчиком 21, с выхода которого их числовое значение в двоичном коде поступает на второй вход цифрового , делителя 29, а через второй электронный ключ 13 подается на первый пиковый детектор 8, который запоминает

изменение текущего напряжения

и

J1

(.фиг. 26) переднего фронта исследу- JQ емого импульса U за время Т. С выхода первого элемента 2 задержанный за время г/,, импульс (фиг.2в) через второй элемент ИЛИ 16 поступает на второй вход компаратора 26 f5 и на вход второго преобразователя 18 напряжение - частота. В момент начала формирования переднего фронта задержанного импульса Uj (фиг. 2в, t t) на выходе первого преобразо- 20 вателя 17 напряжение - частота вырабатывается первый счетный импульс, который поступает на S-вход первого RS-триггера 22 и переводит его в положение логической I (фиг. 2г, 25 t ty} -На прямом выходе первого , RS-триггера 22 образуется напряжение логической 1, которое подается на вход первого блока 24 дифференцирования, и запирает второй электрон- зо ный ключ 13, оставляя напряжение на первом пиковом детектор 8 на уровне UHJX. (фиг. 26, t tj). С выхода первого пикового детектора 8 напряжение Uj jjt поступает на вход первого преобразователя 17 напряжение - частота, которьй вырабатывает счетные импульсы, количество которых проч порционально напряжению U, и под- считьгаается первым счетчиком 20, с JQ выхода которого значение счетных импульсов в двоичном коде поступает на первый вход цифрового делителя 29. Передний фронт импульса U первого RS-t pHrrepa 22 дифференцируется д первым блоком 24 дифференцирования, образуя положительный импульс U (фиг.2д), которым после задержки на времяТ вторым элементом 3 задержки результаты счета первого и вто- CQ рогр счетчиков передаются в цифровой делитель 29, где вычисляется отношение амплитуды и импульса к уров- . ню изменения переднего фронта импульса Utfin за время Результат де- ,- ления U;, передается вторично задержанньм на время 2(Фиг.2е) элементом 3 задержки импульсов в цифровой умножитель 28, на который с бло4221

,

JQ ) f520 25зоJQ дCQ,- 89

ка 30 памяти поступает значение задержки , и на регистратор 27.. На выходе цифрового умножителя 28 определяется длительность („ Пц «Т, переднего фронта исследу- емого импульса Uj , которая фиксируется регистратором 27.

При этом первый пиковый детектор 8, первый 20 и второй 21, счетчики и первый RS-триггер 22 возвращаются в ;ic- ходное состояние, а второй КЗ-триггер 23 принимает значение логической I (фиг. 2ж), и первый 12 и третий 14 электронные ключи открываются.

Одновременно с выхода первого элемента 2 задержки напряжение U, инвертируясь вторым инвертором 6, в виде напряжения Uj (фиг. 2з) подается на вход второго пикового детектора 9, который запоминает амплитуду и исследуемого импульса, поступающую в виде напряжения Uy (фиг. 2и) на второй вход первого сумматора 10, на вход которого с выхода нормализатора 1 импульсов подаётся напряжение Ц.

На выходе первого сумматора 10 образуется отрицательное напряжение U/ (фиг. 2к), которое, инвертируясь третьим инвертором (фиг. 2л), в виде напряжения U через первый электронный ключ 12, первьй элемент ИЛИ 15 и второй электронный ключ 13 поступает на первый пиковый детектор 8, на выходе которого осуществляется формирование изменения напряжения заднего фронта исследуемого импульса в течение времени ti , поступающего на вход первого преобразователя 17 напряжение - частота. При этом на первом и втором входах второго сумматора 11 формируются напряжения Uo (фиг.2и) и и (фиг.2в), которые на его выходе образуют oTpinia- тельное напряжение 11,2 (фиг. 2м), которое, инвертируясь третьим инверто- ром (фиг. 2н), через третий электронный ключ 14 и второй элемент ИЛИ 16 подается на вход второго преобразова- . теля 18 напряжение - частота.

- f

В момент формирования заднего фронта задержанного импульса U (фиг.2н, t t) на выходе первого преобразователя 17 напряжение - частота вновь вырабатывается первый счетный импульс, который поступает на S-вход первого КЗ-триггера 22 и переводит

5U

его в положение логической 1 (фиг. 2г, t tJ). На прямом выходе первого RS-триггера 22 опять образуется положительное напряжение которое подается на вход первого блока 24 дифференцирования и опять запирает второй электронный ключ 13, оставляя на первом пиковом детекторе 8 на уровне При этом первый 17 и третий 19 преобразователи вают счетные импульсы, количество которых пропорционально напряжениям и Un соответственно и подсчитывается первым 20 и вторым 21 счет- чиками, с выходов которых результаты счета в двоичном коде поступают на цифровой делитель 29.

Опять дифференцируется первым блоком 24 дифференцирования передний фронт импульса U первого RS-триггера 22 (фиг . 2г, t ) , которым после задержки на время Т, втор1ым элементом 3 задержки результаты счета первого 20 и второго 21 счетчи- ков передаются в цифровой делитель 29 где вычисляется отношение амплитуды импульса уровню изменения напряжения заднего фронта ис.следуемо- го импульса U за время TI . Резуль- тат деления и„ . передается вторично задержанным на время L элементом 2 задержки импульсов в цифровой умножитель 28, на который с блока 30 памяти поступает значение c j, и на ре гистратор 27. На выходе цифрового умножителя 28 вырабатьшается значение длительности Г(, U . Г - 1 заднего фронта исследуемого импульса UY ,которое фиксируется регистрато- ром 27. При этом первый 8 и второй 9 пиковые детекторы, первый 20 и 2 счечики и пе рвый КЗ-триггер 22 возвращаются в исходное ао.стояние.

В момент формирования заднего фронта исследуемого импульса Uу в результате превьпиения напряжением Uj напряжения и на выходе компаратора 26 вырабатывается импульс и/ (фиг. 20), задний фронт которого, дифференцируясь вторым блоком 25 дифференцирова ния (фиг. 2п), через третий элемент 4 задержки (фиг. 2р)поступает на R- вход второго RS-триггера 23, последний возвращается в исходное состояние, и процесс измерения длительности фронтов исследуемого импульса прекращается.

896

В случае необходимости определения статистических характеристик длительностей фронтов импульса число измерений определяют исходя из достоверности этих измерений.

Форму-ла изобретения

Измеритель длительности фронтов импульсов, содержащий последовательно соедине нные первый элемент задержки и компаратор, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два сумматора, три инвертора, три электронных ключа, два элемента ИЛИ, два преобразователя напряжение - частота счетчик, цифровой делитель, цифровой умножитель, регистратор, два пиковых детектора, два RS-триггера, два блока дифференцирования, блок памяти, нормализатор импульсов, вход которого является входом измерителя, а выход подключен к входу первого элемента задержки, другому входу первого элемента ИЛИ и второму входу компаратора и через последовательно соеди- денные первый сумматор первый инвертор, первый электронный ключ, первый элемент ИЛИ, второй электронный ключ, первый пиковый детектор, первый преобразователь напряжение - частота, первый счетчик, цифровой делитель, цифровой умножитель соединен с регистратором, выход первого элемента задержки через последовательно соединенные второй инвертор, второй пиковый детектор, второй сумматор, третий инвертор, третий электронный ключ, второй элемент ИЛИ, второй преобразователь напряжение - частота первый RS-триггер, первый блок дифференцирования и второй элемент задержки соединен с другим входом цифрового делителя, выход компаратора через последовательно соединенные втрой блок дифференцирования, третий элемент задержки и второй RS-триггер соединен с другими входами первого и третьего ключей, второй вход цифрового умножителя соединен с выходом блока памяти, второй вход цифрового делителя соединен с выходом второг о счетчика, первый вход которого через третий преобразователь напряжение - частота соединен с вьпсодом первого элемента ИЛИ, второй вход второго счетчика соединен с другими входами второго элемента задержки, цифрового умножителя, регистратора, R-входом первого RS-триг- гера, S-входом второго КЗ-триггера первого счетчика, первого и второго пиковьпс детекторов, выход первого счетчика соединен с другим входом

,/

цифрового делителя, друго й вход второго сумматора соединен с выходом первого элемента задержки и другим входом второго элемента ИЛИ, выход второго пикового детектора соединен с другим входом первого сумматора.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники. Цель - повьшение точности измерения- достигается путем сравнения уровней изменения амплитуд каждого фронта импульса за выбранный промежуток времени и время формирования всего фронта. Исследуемый сигнал поступает на вход нормализатора I, где вырабатываются постоянные по амплитуде импульсы, которые поступают на компаратор .26, вход первого элемента 2 задержки и второй вход первого элемента ИЛИ i5, с выхода которого исследуемый импульс подается на вход третьего преобразователя 19, вырабатывающего счетные импульсы, количество которых пропорционально амплитуде импульса и подсчитывается счетчиком 21. На выходе цифрового умножителя 28 определяется длительность переднего и заднего фронтов импульса, которая фиксируется регистратором 27. 2 ил.