Устройство для измерения мгновенных значений периодических сигналов Советский патент 1988 года по МПК G01R19/04 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании устройств, обеспечивающих цифровое измерение параметров периодических сигншшв, в частности в электронно лучевых осциллографах с встроенным блоком, .обеспечивающим цифровое измерение па

раметров .сигналов о

Целью изобретения является повьтение точности измерения за счет обеспечения более точного измерения экстремумов сигнала,

На чертеже представлена электрическая функциональная схема устройства.

Устройство для измерения мгновек- ных значений периодических сигналой содержит последовательно соединенные аттенюатор 1, буферный усилитель 2, усилитель 3 вертикального отключения, выход которого соединен с вертикально отклоняющими пластиками электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 4, к горизон тально отклоняющим пластинам которой подключен вькод усилителя5 горизон- .тального отклоненияJ вход которого соединен с первым выходом блока б развертки, второй выход которого соединен с компаратором 7J выход .которого через формиронатель 8 маркера подключен к входу усилителя 3 вертикального отклонения 5 второй вход коМ паратора 7 соединен с выходом регулируемого источника 9 постоянного напряжения э блок 10 управления, первьй выход которого соединен с входом циф- роан алогового преобразователя 11 Выходы буферного ycj-шителя 2 и цифро- аналогового преобразователя 11 соединены с соответствуюйщми входами компаратора 12j упраш1шощий вход которого подключен к выходу формирователя 13 строб-импульсов J вход формирователя 14 тшульсов подклачен к выходу коммутатора tS вкоды которого под«- ключены соответственно к выходам компаратора 7 и формирователя 16 импульсов, входы которого подключены соответственно к выходам блока 6 разверт ки и генератору 17 импульсов, выход триггера 8 соединен с входами форки- рователя 14 импульсов и элемента И 19 выкод которого подключен к первому входу элемента ШТЙ 20 j второй вкод которого подюиочен к вьвгоду ключа 21 второй, -гретМ и четвертый выходы бло ка 10 управление соединены соответст

0

5

5

0

5

5

0

5

венНо с управляющим входом коммутатора 15, С-входом триггера 18 и управ-, ляющим входом ключа 21, выход формирователя 14 импульсов соединен с входом формирователя 13 строб-импульсов и через одновибратор 22 с входом ключа 21 и с R-входом триггера 18, прямой и инверсный выходы компаратора 12 соединены соответственно с S-входами триггеров 23 и 24, установочные входы которых подключены к выходу элемента ИЛИ 20, выходы триггеров 23 и 24 соединены с Соответствующими входами блока 10 управления.

Устройство для измерения мгновен- ньпс значений периодических сигналов работает следуншщм образом.

Измеряемый сигнал поступает на вход аттенюатора 1, где осуществляется его нормирование и приведение к диaaмичecкo fy диапазону усилителей 2 и 3, которые осуществляют усиление сигнала для подачи на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ 4. Блок 6 развертки формирует из измеряемого сигнала синхроимпульсы, которые подаются на формирователь 16 импульсов, а также фop шpyeт линейно нарастакщее напряжение, которое после усиления усилителем 5 горизонтального отклонения подается на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ 4 и осуществляет временную развертку изображения сигнала на экране.

Устройство обеспечивает два режима измерения мгновенных значений сигналов: нестробируемый режим измерения пиковых значений сигнала и стробируе- глый режим измерения мгновенного значения сигнала в точке, задаваемой маркег ом на экране ЭЛТ. Управление режимами работы осуществляется блоком 10 управления. В нестробйруемем режиме измерения пиковьк значений сигналами с выходов блока 10 производится закрьшание ключа 21, а коьмутатор 15 переключается так, что пропускает на вход формирователя 14 импульсов сигнал с выхода формирователя 16 импульсов.

В нестробируемом режиме измерения пиковых значений устройство поочередно осуществляет измерение вначале максимального, а затем минимального значений сигнала. Алгоритм функционирования и работа блоков устройства при измерении максимального и минимального значений отличаются тем, что

при и;.мераии макси ;а.пьно1-о .;-;аче;: :я использ етсй ифоупадки г рьг ода rpis I epa 23, пo,ч,.i llценного к прк-чому в;- - ходу компаратора 12, а при измерении минимального значения используется иггформация с инверсного выхода триггера 24, подключенного к инверсному выходу компаратора 12.

На вход формирователя 16 импульсов поступает сигнал с выхода блока 6 развертки, имеющий вид коротких синхро- импульсов положительной полярности. Формирователь 16 импульсов формирует прямоугольные импульсы, синхронизированные с измеряемым сигналом, частота повторения которых не превьвпает частоты сигнала генератора 17, выбранной из расчета быстродействия элементов схемы,

При частоте измеряемого сигнала ниже частоты генератора 17 на выходе формирователя 16 импульсов формируется прямоугольный сигнал с частотой повторения в два раза ниже, чем час- тота измеряемого сигнала, длительность которого при любой частоте измеряемого сигнала составляет не менее одного периода повторения измеряемого сигнала, т.е. в указанный импульс обязательно попадает максимум и минимум измеряемого периодического сигнала а частота повторения сигнала на выходе формирователя 16 импульсов никогда не превышает частоты генератора 17 импульсов, при этом период сигнала генератора 17 выбирается таким, чтобы он в несколько раз превьшал время установления напряжения на выходе цифроаналогового преобразовате- ля 11.

Блок 10 управления формирует на третьем выходе сигнал запуска в виде логического импульса, чем устанавли- вает на выходе триггера 18 уровень логической единицы, разрешающий работу формирователя 14. Одновременно сигнал логической единицы с выхода триггера 18 поступает на вход элемента И 19, на втором входе которого присутствует уровень логической единицы с выхода формирователя 14 импульсов. В результате совпадения сигналов на выходе элемента И 19 формируется логический импульс, который через элемент ИЛИ 20 поступает на входы триггеров 23 и 24, приводя их в первоначальное состояние.

, г;., .:-а:5Р :;г-дг.;.к

тр.,:

ЬСОЬ

sbvx.:- ipOBJ i: ; Г; ; ЧМ

;p.,.o.. j Hj:,.T вьш,;-ленне п-ерво,

Q s0

5 О Q

г

5

0

5

го целого импульса из пропускаемой коммутатором 15 последовательности импульсов с выхода формирователя 16 импульсов. Сформированный таким об- рлзом импульс через формирователь 13 строб-импульса разблокирует по стро- бирующему входу компаратор 12, который осуществляет сравнение в течение длительности строб-импульса исследуемого сигнала, поступающего с выхода буферного усилителя 2, с нагфяжением постоянного тока, поступающим на второй вход KOMriapaTopa 12 с выхода цифроаналогового преобразователя 11,

Включенные на выходе компаратора 12 триггеры 23 и 24 осуществляют запоминание результатов сравнения пиковых значений измеряемого сигнала с напряжением постоянного тока, при этом триггер 23 несет информацию о состоянии максимального, а триггер 24 - минимального значения измеряемого сигнала и напряжения постоянного тока.

Запирание компаратора 12 и, следовательно, окончание единичного цикла сравнения сигнала с напряжением по- ст.оянного тока Щ1оизводится спадом стрсбирующего импульса с выхода ф.отэ- мирователя 13 строб-импульса. Одновременно спад импульса с выхода формирователя 14 импульсов запускает од- новибратор 22, который формирует короткий импульс, возвращающий триггер 18 в исходное состояние и заканчивающий цикл сравнения. После окончания цикла сравнения блок 10 управления производит анализ состояния триггеров 23 и 24.

По результатам сравнения блок 10 управления изменяет соответствующим образом цифровой код, поступакядяй с первого выхода на вход цифроаналогового преобразователя 11, изменяя тем самым постоянное напряжение на входе компаратора. После этого процедура сравнения повторяется до тех пор, пока напряжение на выходе цифро-. аналогового преобразователя 11 не станет равным измеряемому пиковому значению исследуемого сигнала с точностью до величины младшего разряда.

Перевод устройства в стробируемый режим измерения мгновенных значений сигнала производится блоком 10 управ514308996

ленйй путем установки на четвертомгера 18, в результате чего единичный

выходе сигнала, открывающего ключ 21,уровень с выхода триггера 18 снимаи переключением коммутатора 15 в сое-ет блокировку формирователя 14 имтояние, при котором на вход формиро-пульсов. Последний осуществляет вывателя 14 импульсов поступает сигналделение первого целого импульса, слес выхода компаратора 7, время появле-дующего после момента срабатывания

ния которого соответствует временитриггера 18, из последовательности

формирования маркера,импульсов, формируемых компаратором.

Для формирования маркера служит дУказанный импульс, пройдя через форсигнал, поступающий на второй входмирователь 13 строб-импульса, разблоусилителя 3 вертикального отклонениякирует компаратор 12, который осущес выхода формирователя 8 маркера. Ком-ствляет сравнение сигнала с выхода

паратор 7 осуществляет сравнение ли-усилителя 2 с выходным напряжением

нейно нарастающего напряжения с выхо-15цнфроаналогового преобразователя 11.

да блока 6 развертки с выходным на-Спад стробирующего импульса запирает

пряжением регулируемого источника 9компаратор 12. Это происходит в мопостоянного тока. В момент равенствамент времени, совпадающий с моментом

указанных напряжений на выходе компа-формирования маркера на экране ЭЛТ 4i

ратора 7 формируется перепад напря- 20Таким образом, после запирания компажений, который далее формирователем 8ратора 12 на входах триггеров 23 и 24

маркера приводится к динамическомусодержится информация о соотношении

диапазону усипителя 3 вертикальногозначений сигнала и напряжения на выотклонения, через который и осуще-ходе цифроаналогового преобразоватествляется формирование маркера сов- 25ля 11, которая сформулирована в течеместно с изображением исследуемогоние строб-импульса. Импульс, сформисигнала на экране ЭЛТ 4. Изменяя вы-рованный одновибратором 22 по спаду

ходное напряжение регулируемого ис-стробирующего импульса, проходит четочника 9, можно изменять местоположе-рез открытый, в режиме измерения мгноние маркера на экране ЭЛТ, совмещая зовенных значений ключ 21 и производит

его с любой интересующей оператораперепись информации с выходов заблоточкой на изображении сигнала,кированного компаратора 12 на выходы

На выходе компаратора 7 формируют-триггеров 23 и 24,

ся периодически повторяющиеся логичес- Таким образом,выходные сигналы кие импульсы, спад которых совпадаеттриггеров 23 и 24 после окончания с моментом равенства пилообразногоцикла сравнения несут информацию о напряжения развертки с блока 6 и на-соотношении мгновенного значения сиг- пряжения на выходе регулируемого ис-нала в,момент стробирования и посто- точника 9 постоянного тока. Указан-янного напряжения на выходе цифроана- ные импульсы через открытый коммута- о- огового преобразователя 11, тор 15 поступают на вход формировате- Код, являющийся результатом изме- ля 14 импульсов,рения мгновенного значения сигнала,

Алгоритм работы устройства вс выхода блока 10 управления постустробируемом режиме измерения мгно-пает на внешний регистратор или ЭВМ,

венных значений сигнала аналогичен „Последовательно перемещая метку по

алгоритму работы в нестробируемом ре- горизонтали вдоль всего экрана, можжиме измерения пиковых значений и за-но организовать поточечное считываключается в последовательном проведе-ние на внешнюю ЭВМ всего кадра исслении ряда циклов сравнения мгновенно-дуемого сигнала, отображенного на экго значения сигнала с напряжением .... ране ЭЛТ.

ЬО

постоянного тока с выхода цифроаналогового преобразователя 11, в резуль- Формула изобретения тате чего указанное постоянное напряжение приближается с точностью до Устройство для измерения мгновен- единицы мпадшего разряда к величине ных значений периодических сигналов, значения в момент стробирования. содержащее блок развертки, первый вы- Цикл сравнения также инициализиру- ход которого через усилитель горизон- ется блоком 10 управления путем пода- тального отклонения соединен с гори- чи импульсного сигнала на вход триг- зонтально отклоняющими пластинами

7. 14

электронно-лучевой трубки, вход устройства через последовательно соеди- неуные аттенюатор, буферный усилитель усилитель вертикального отклонения соединен с вертикально отключаюпщми пластинами электронно-лучевой трубки, выход буферного усилителя также соединен с первым входом первого компаратора, управляющий вход которого подключен к выходу формирователя строб-импульсов, вход синхронизации блока развертки подключен ко второму выходу усилителя вертикального отклонения, а второй выход - к первому входу второго компаратора, второй вход которого подключен к регулируемому источнику напряжения, выход второго компаратора подключен к входу формирователя маркера, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьвпе- ния точности измерения, в него введены блок управления, цифроаналоговый преобразователь, три триггера, одно- вибратор, ключ, элемент И, элемент ИЛИ, коммутатор, два формирователя импульсов, генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом первого формирователя импульсов, второй вход которого соединен с третьим выходом блока развертки, а выход - с первым входом коммутатора, первый выход блока управления соединен с входом цифроаналогового преобразователя.

0

899

- 0

5

0

8

выход которого соединен со вторым входом первого компаратора, прямой и инверсный выходы которого соединены с S-входами первого и второго триггеров соответственно, установочные входы которых объединены и подключены к выходу элемента ИЛИ, выходы первого и второго триггеров соединены соот- ветственно с первым и вторым входами хблока.управления, второй,третий и четвертый выходы которого соединены ответственно с управлянщ им входом коммутатора, С-входом третьего триггера и i управляюпщм входом ключа, выход второго компаратора соединен с вторым входом коммутатора, выход которого сЬедкнен с первым входом второго формировате- -Ля импульсов, первый выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с первым рхо- дом элемента ШШ, второй выход второго фор|дарователя шшульсов соединен с входом формирователя строб-импульсов и через одновибратор с К-вхо- дом третьего триггера и входом ключа, выход которого соединен ; с вторым входом элемента ШШ, выход формирователя маркера соединен с вторым входом усилителя вертикального отклонения, выход третьего триггера соединен с вторыми входами эдемента И и второго формирователя импульсов .

Изобретение может быть использовано при создании устройств для измерения параметров периодических сигналов. Целью изобретения является повышение точности измерения. С помощью усилителя 3 вертикального отклонения, блока 6 развертки и формирователя 16 импульсов на экране электронной трубки формируется изображение исследуемого периодического сигнала и маркера, положение которого определяется величиной выходного напряжения, регулируемого источника 9 постоянного напряжения. С помощью компаратора 12, триггеров 23, 24, блока 40 управления и цифроаналогового преобразователя 11 производится выборка и оцифровывание мгновенного значения исследуемого периодического сигнала. При наличии острых пиков на исследуемом сигнале одновибратор 22, ключ 21, триггер 18 формируют стробирующий импульс, выделяющий один полный импульс исследуемого сигнала, а компаратор 12 поочередно сравнивает выходной сигнал цифроаналогового преобразователя 11 с максимальным и мини- мальньм значениями исследуемого импульса, при этом блок 10 управления формирует цифровой код этих значений. Введение блока 10 управления цифро- аналогового преобразователя 11, триггеров 18, 23, 24, одновибратора 22, ключа 14 позволяет одновременно измерять экстремальное значение сигнала, выделяемого стробирующим импульсом, что обеспечивает повьшение точности измерения параметров периодических сигналов при наличии острых пиков. i (Л С 4 00 О СХ) СО со Ю