Цифровое измерительное стробоскопическое устройство Советский патент 1988 года по МПК G01R13/02 

ГотоВ

S

Изобретение относится к электроизмерительной технике н может быть использовано при разработке измерительной аппаратуры повьшенной точности для исследования быстропротекаю- щих процессов применительно к задачам обработки гидроакусторадиолока- ционных сигналов сложной формы. Цель

4 4 Ю

СО to

изобретения - повышение точности параметров быстропротекающих процессов На вход стробоскопического преобразователя 1 поступает периодическая последовательность коротких сигналов. Импульсом с выхода синхрониза-; тора 6 запускается генератор 7 пилообразного напряжения. Компаратор 8. формирует строб-импульс в момент равенства напряжений генераторов 7 , и 15 пилообразного и ступенчатого напряжений, и производится считывание точки исследуемого сигнала, которое поступает на аналоговый сумматор 2 и в блок 3 выборки и хранения, а затем на компаратор 11, гДё сравнивается с напряжением источника 12 опорного напряжения. Если напряжение источника опорного напряжения больше, то производится повторное считывание той же точки исследуемого сигнала.

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при разработке измерительной аппаратуры повышенной точности для исследования быстропротекаю- щих процессов применительно к задачам обработки гидроакусторадиолокаци- онных сигналов сложной формы.

Цель изобретения - повышение точности измерения параметров быстропротекающих процессов

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит стробоскопический преобразователь 1, аналоговьш сумматор 2, блок 3 выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, блок 5 деления, синхронизатор 6, генератор 7 пилообразного напряжения, первый компаратор 8, счетчик 9, блок 10 постоянной памяти, второй компаратор 11, источник 12 опорного напряжения, регистр 13 памя- .ти, -элемент ИЛИ 14 и генератор. 15 ступенчатого напряжения.

Входная клемма подключена к информационному входу стробоскопического преобразователя и че|)ез синхронизатор, генератор пилообразного

если меньше, то производится считыванием следующей точки исследуемого сигнала. Таким образом, введение в устройство аналогового сумматора 2, блока 10 постоянной памяти блока 3 выборки и хранения, регистра 13 памяти, блока 5 деления позволяет повысить точность измерения параметров коротких сигналов за счет применения усреднения с количеством накоплений, обратно пропорциональным отношению сигнал/шум. Для больших значений сигнала количество накоплений будет малым, для малых значений сигнала большим, то есть отношение сигнал/ /шум выходного сигнала будет значи тельно более равномерньм по периоду сигнала по сравнению с входным сигна- ,лом. На чертеже также показаны ана- лого-1.;ифровой преобразователь 4 счетчик 9, элемент ИЛИ 14, 1 ип.

5

O

5 0

5

напряжения, первый компаратор - к управляющим входам стробоскопического преобразователя; блока выборки и хранения и к входу счетчика, первьи вход второго коьтаратора подключен к информационног- у входу АЦП, выход элемента ИЛИ через генератор ступенчатого напряжения подключен к второму , входу первого компаратора, вькод ис точника опорного напряжения подключен к второму входу второго компаратора, выход узла деления является выходом устройства, а первый вход соединен с выходом АЦП, вход блока постоянной памяти подключен к первому выходу счетчика, а выход соединен с третьим входом второго компаратора, первый вход аналогового сумматора подключен к выходу стробоскопического преобразователя, а выход - к входу блока выборки и хранен1-1Я, выход которого соединен с вторым входом аналогового сумматора и информационным входом АЦП,.первый вход регистра памяти подключен к первому выходу счетчика, а выход соединен с вторым входом блока деления причем выход второго компаратора соединен с управляющим входом регистра памяти.

а также с входом элемента ИЛИ, вто- рой вход которого соединен с выходом переполнения счетчика, а выход подключен к входам установки в нулевое состояние блока выборки ,и хранения и |счетчика, второй выход АЦП подключен к выходу Готов устройства, а его управляющий вход соединен с выходом элемента ИЛИ, выход первого компаратора соединен с управляющим входом блока выборки и хранения и входом счетчика.

Устройство работает следующим образом.

На вход поступает последовательность быстроменяющихся сигналов, следующих с периодом Т, Быстроменяющимся является сигнал, мгновенные значения которого изменяются в большом динамическом диапазоне в течении одного периода. При исследовании тонкой структуры сигнала необходимо анализировать форму колебания5т .е.все особенности сигнала,в том числе и в области малых мгновенных значений.

Синхронизатор 6 предназначен для формирования стандартного по длительности и амплитуде импульса, синхронного- с каждым входным сигналом. Импульсом с выхода синхронизатора 6 запускается генератор 7 пилообразного напряжения. В начальный момент времени генератор 15 ступенчатого напряжения находится в нулевом состоянии, т.е. напряжение на его выходе равно нулю. Компаратор 8 формирует н своем выходе импульс в момент равенства напряжений генераторов 7 и 15 пилообразного ступенчатого напряжений. Поэтому в начальный момент времени строб-импульс на выходе компаратора 8 появляется практически в момент появления входного сигнала. Стрбоскопический преобразователь 1 под воздействием этого импульса производит выборку мгновенного значения входного сигнала. Блок 3 выборки и : хранения в исходном моменте времени iнаходится в нулевом состоянии, т.е. напряжение на его выходе равно нулю. Поэтому на выходе аналогового сумматора 2 после первого строб-импульса появляется напряжение, равное напряжению с выхода стробоскопического преобразователя 1. Тем же с троб-им пульсом суммарное напряжение пере- письшается в блок 3 выборки и хранения и хранится там до следующего

строб-импульса. С прихоДом следующего информационного сигнала генератор 7 пилообразного напряжения запускается снова, и поскольку состояние генератора 15 ступенчатого напряжения не изменяется, то это приводит к формированию строб-импульса, с помощью которого производится считывание той

0 же точки входного сигнала, что и в предыдущем периоде.

Таким образом до тех пор, пока состояние генератора 15 ступенчатого напряжения не изменится, будет счи5 тываться.одна одноименная точка по всех периодах входного сигнала, а на выходе блока 3 выборки и хранения будет формироваться суммарное значение напряжения всех этих отсчетов.

0 Каждьй запуск стробоскопического преобразователя 1 и блока 3 выборки и хранения фиксируется в счетчике 9

5

0

5

0

поэтому в каждьш момент времени содержимое счетчика 9 равно количеству накопленных периодов. Подсчет количества накопленных отсчетов необходим для завершения операи;ии усреднения путем деления напряжения с выхода блока 3 выборки и хранения на число накоплений, которое можно снять со счетчика 9.

Ограничение количества накоплений, производится следующим путем. Напряжение с выхода блока 3 выборки и хранения проверяется на превышение опорного напряжения во втором компараторе 11. Опорное напряжение снимается с источника 12 опорного напряжения и численно немного меньше половины максимального значения входного сигнала, или, что то же самое, половины размаха амплитудной характеристики АЦП 4. Для упрощения блока 5 деления проверка превышения напряжением с выхо- 5 да блока 3 выборки и хранения опорного напряжения производится только в периоды, номер которых принадлежит ряду чисел 2 , где Z 0,1,2...

Формирование сигнала, разрешающего проверку превышения, производится блоком 10 постоянной памяти. Этот блок содержит 2 ячеек постоянной памяти, где N - количество разрядов счетчика 9. В каждой ячейке этого блока записана 1 или О. Если считать, что разрешающим сигналом для второго компаратора 11 является 1, то во всех ячейках, адреса которых равны 2, где Z 0,1,2,...N

0

5

10

20

должна быть записана 1. В ячейках с другими адресами должны быть записаны О. Эта информация заносится в блок постоянной памяти до установки узла в прибор и должна сохраняться неизменной в течение всего времени эксплуатации изделия. Адресом для блока 10 постоянной памяти является число из счетчика 9, Если при некотором Z напряжение с выхода блока . 3 выборки и хранения не превысило опорное напряжение, то можно утверждать, что к следующему моменту проверки, т.е. к 2 периоду входного сигнала накопленное напряжение не превысит разрядную сетку АЦП 4, В случае, если превышение произошло, то процесс накопления следует прекратить, так как за следующие 2

периодов входного сигнала накопленное значение напряжения превысит разрядную сетку АЦП 4. В случае, если пре- вьт1ение произошло, на выходе второго компаратора 11 формируется импульс, который производит запуск АЦП 4, запись количества накопленных периодов со счетика 9 в регистр 13 памяти, сброс блока 3 выборки и хранения в исходное состояние, Тое. стирание накопленного напряжения, возврат в нулевое состояние счетчика 9 и переключение генератора 15 ступенчатого напряжения на очередную ступеньку. В блоке 5 деления будет произведена операция деления цифрового эквивалента накопленного напряжения на количество периодов, т,е„ закончена опе рация усреднения в текущей точке входного сигнала. Усредненное значение по сигналу Готов с второго выхода АЦП 4 может быть считано во внешнее устройство. Момент появления сигнала Готов должен учитывать время, необходимое для выполнения опера-

25

30

35

40

Очередной строб-импульс смешается по времени относительно своего предшест венника внутри периода входного сиг- ,нала. Величина смещения определяется скоростью нарастания напряжения генератора 7 пилообразного напряжения и требуемого количества точек, представляющих выходной сигнал.

Еще один важный случай - когда на пряжение в блоке 3 выборки и хранени rfe достигло порогового значения не только к половине максимально возмож ного количества периодов, но и к моменту полного заполнения счетчика 9. Это возможно, когда значение информа 1ДИОННОГО сигнала близко к нулю, а спектральная мощность luyMa невелика. Для того, чтобы работа устройства не остановилась, введен элемент ИЛИ 14. Импульс с выхода переполнения счетчика 9, проходя через элемент 14 ИЛИ, сбросит на нуль-блок 3 выборки и хранения, подтвердит установ ку в нуль счетчик 9, установит генератор ступенчатого напряжения в сле- дуюшую ступеньку и запустит АЦП 4, .Так как значение кода с выхода АЦП 4 равно нулю, то на выход устройства та же будет выставлено нулевое значение

Таким образом, устройство позволя ет повысить точность измерения пара- метров быстропротекающгос процессов за счет применения усреднения с колц чеством накоплений, обратно пропорциональным отношению сигнал/шум. Для больших значений информационного сигнала количество накоплений будет малым. Для малых мгновенных значений информационного сигнала отноше ние сигнал/шум будет мало, а усреднение будет производиться с существенно большим количеством накоплений Таким образом, отношение сигнал/шум вьрсодного сигнала будет значительно более р авномерным по периоду сигнала по сравнению с входным сигналом.

151и деления в блоке 5,

Операцией деления заканчивается процесс усреднения мгновенныхзначения отсчетов входного сигналав одной Формула изобретения .точке.

Поскольку счетчик 9 и блок3 выборки и хранения приведены висход50

Цифровое измерительное стробоскопическое устройство, содержащее последовательно включенные синхронизатор, генератор пилообразного напряжения, первый компаратор, стробо- скопический преобразователь, информационный вход которого является входом устройства и соединен с входом синхронизатора, а также счетшш,

ное состояние, т.е. устройство готово для накопления отсчетов в следующей точке для получения следующего усредненного значения выходного сигнала, напряжение с выхода генератора 15 ступенчатого напряжения принимает значение следующей ступеньки.

0

0

5

0

5

0

Очередной строб-импульс смешается по времени относительно своего предшественника внутри периода входного сиг- ,нала. Величина смещения определяется скоростью нарастания напряжения генератора 7 пилообразного напряжения и требуемого количества точек, представляющих выходной сигнал.

Еще один важный случай - когда напряжение в блоке 3 выборки и хранения rfe достигло порогового значения не только к половине максимально возможного количества периодов, но и к моменту полного заполнения счетчика 9. Это возможно, когда значение информа- 1ДИОННОГО сигнала близко к нулю, а спектральная мощность luyMa невелика. Для того, чтобы работа устройства не остановилась, введен элемент ИЛИ . 14. Импульс с выхода переполнения счетчика 9, проходя через элемент 14 ИЛИ, сбросит на нуль-блок 3 выборки и хранения, подтвердит установку в нуль счетчик 9, установит генератор ступенчатого напряжения в сле- дуюшую ступеньку и запустит АЦП 4, .Так как значение кода с выхода АЦП 4, равно нулю, то на выход устройства также будет выставлено нулевое значение.

Таким образом, устройство позволяет повысить точность измерения пара- метров быстропротекающгос процессов за счет применения усреднения с колц чеством накоплений, обратно пропорциональным отношению сигнал/шум. Для больших значений информационного сигнала количество накоплений будет малым. Для малых мгновенных значений информационного сигнала отношение сигнал/шум будет мало, а усреднение будет производиться с существенно большим количеством накоплений. Таким образом, отношение сигнал/шум вьрсодного сигнала будет значительно более р авномерным по периоду сигнала по сравнению с входным сигналом.

Формула изобретения

Формула изобретения

Цифровое измерительное стробоскопическое устройство, содержащее последовательно включенные синхронизатор, генератор пилообразного напряжения, первый компаратор, стробо- скопический преобразователь, информационный вход которого является входом устройства и соединен с входом синхронизатора, а также счетшш,

второй компаратор, вход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, элемент ИЛИ, выход ко- торого соединен с входом.генератора ступенчатого напряжения, выход которого подключен к второму входу первого компаратора, источник опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу второго компара- тора, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности измерения, в него введены блок постоянной памяти, аналрговый сумматор, блок выборки и хранения, регистр па- мятй, блок деления, выход которого является выходом устройства, а первый вход соединен с выходом аналого- цифрового преобразователя, вход блока постоянной памяти подключен к пер-20 тов устройства, а его управляющий

вому выходу счетчика, а выход соединен с третьим входом второго компаратора, первый вход аналогового сумматора подключен к выходу стробоскопического преобразователя, а выход подключен к входу блока выборки и хранения, выход которого соединен с вторым входом аналогового сумматора и информационным входом аналого-цифрового преобразователя, первый вход регистра памяти подключен к первому выходу счетчика, а выход соединен с вторым входом блока деления, причем выход второго компаратора соединен с управляющрш входом регистра памяти и с входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом переполнения счетчика, а выход подключен к входам установки в нулевое состояние блока выборки и хранения и счетчика, второй выход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу Говход соединен с выходом элемента ИЛИ, выход первого компаратора соединен с управляющим входом узла выборки и хранения и входом счетчика.