Преобразователь время-амплитуда импульсов Советский патент 1988 года по МПК H03M1/50 H03K9/06 

li фь

4)

;о

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в экспериментальной ядерной физике, оптике, радиолокации, дазерной дальнометрии при измерении временных интервалов с высокой точностью.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя время-амплитуда импульсов; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы для стоповых импульсов с различной формой фронта нарастания.

Преобразователь время - амплитуда импульсов (фиг.1) содержит входные шины 1 и 2, Старт-импульса и Стоп- им- пульса, дискриминаторы 3,4 и 5 уровня пять элементов 6-10 задержки, три преобразователя 11-13 время - ампли- туда, компаратор 14, элемент вычитания 15, источник 16 опорного напряжения, триггер 17, мультиплексоры 18 и 1.9, формирователь 20 импульсов, усилители 21 и 22, аналоговый сумматор 23 и выходную шину 24.

Устройство работает следующим образом.

Входной стартовый импульс (фиг.2а) задающий начало измеряемого интервала времени, поступает на шину 1 и с нее чернз элемент 10 задержки - на стартовый вход преобразователя 11 время - а|лш1итуда, запуская в нем процесс Преобразования (фиг.26). Входной стоповый сигнал (фиг.2в) по шине 2 поступает на вход дискриминатора .4 уровня и через элемент 6 задержки, с временем задержки приблизительно равным максимально возможной длительности фронта нарастания стоповых импульсов, на входы дискриминаторов 3 и 5 уровня (фиг, 2г). Уровень запуска Uj дискриминатора 4 уровня определяет минимальную амплитуду стоповых импульсов, которые могут регистрироваться устройством. Уровни запуска U и U дискриминаторов 3 и 5 уровня устанавливаются, исходя из соотношения:

и U2 Uj, и (и, + и, )./2.

В момент превышения входным.стоповым импульсом уровня напряжения U дискриминатор 4 уровня формирует стандартный импул1зс (фиг.2д) с длительностью несколько превьшающий длитель- ность фронта входного импульса. Этот импульс поступает через первый выход

дискриминатора 4 уровня на стартовый вх од преобразователя 12 время - амплитуда и запускает его. Со второго выхода дискриминатора 4 уровня импульс, поступает на управляющий вход нормально заблокированного дискриминатора 3 уровня и разблокирует последний. Дискриминаторы 3 и 5 уровня запускаются в моменты превьш1ения задержанным элементом 6 задержки стоповьш сигна- лЬм пороговых напряжений U, и U (фиг. 2е,ж) и формируют стандартные стоповые сигналы для преобразователей

11и 12 время - амплитуда. Преобразователь 11 время - ампли туда является основным и осуществляет собственно преобразование временных интервалов, заданных парой старт- и стоп-импульсов в сигнал, пропорциональный амплитуде. Преобразователь

12время - амплитуда совместно с усилителями 21 и 22 обеспечивает -формирование корректирующего сигнала (фиг.2н), который складывается с выходным сигналом основного преобразователя 11 время-амплитуда в сумматоре 23 (фиг.2о) и компенсирует таким образом, погрешности измерения временных интервалов, возникающие в дискриминаторе 3 за счет флуктуации амплитуды, длительности и формы нарастания стоповых импульсов.

Амплитуда корректирующего воздействия, формируемого на втором входе аналогового сумматора 23 (фиг.2н), устанавливается различной для сигналов, фронт которых описывается функциями с положительной и отрицательной второй производной таким образом, чтобы для обоих их типов без дойолнительной перестройки параметров схемы минимизировать связанные с изменениями входных стоповых импульсов разбросы амплитуды выходных сигналов сумматора. С этой целью используются два усилите- ля 21 и 22 с различающимися коэффициентами передачи, так, что величины соотношений v , где - отношение коэффициентов преобразования блока 11 и блока 12 для заданных сигналов, имеют значения, близкие к оптимальным Выбор величины у , необходимой для работы.с текущим стоповым импульсом, осуществляется при помощи мультиплексора 18,подключающего,в зависимости от формы фронта стопового импульса, ко второму входу аналогового сумма- iтора 23 один из усилителей 21 или 22.

Оценка формы фронта нарастания регистрируемого стопового импульса производится при помощи блока, содержащего дискриминатор 5 уровня, преобразователь 13 время-амплитуда, коэффициент передачи которого вдвое пре- вьшает коэффициент передачи преобразоателя 12 время-амплитуда,компаратор 14, элемент (5 вычитания и источник ю 16 опорного напряжения. Принцип работы этого блока основан на выделении и сравнении временных интервалов между моментами перехода стоповым импульимпульсов, на которой происходит переключение параметров канала компенсации погрешностей (величины у ).

Выходной сигнал U, (фиг.2и) элемента 15 вычитания сравнивается в компараторе 14 с выходным сигналом . преобразователя 13 время-амплитуда (фиг.2к), трансформирующего в амплитуду временной интервалГ,, зафиксированный дискриминаторами 3 и 5 уровня.

Преобразователь 13 время-амплитуда имеет коэффициент передачи в два раза

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в экспериментальной ядерной физике, оптике, радиолoKaipra, лазерной дальнометрии при измерении временных интервалов с высокой точностью. Изобретение позволяет повысить точность преобразования временных интервалов в амплитуду импульсов и расширить область применения путем возможности приема импульсов с различной формой фронта нарастания-стоп- импульсов за счет того, что в устройство, содержащее три дискриминатора уровня, три преобразователя время - амплитуда, аналоговый сумматор, два элемента задержки, введены три элемен та задержки, два усилителя, два мультиплексора, источник опорного напряжения, элемент вычитания, компаратор, формирователь импульсов и триггер. Введение этих блоков позволило оценивать форму фронта стоповых сигналов и автоматически перестраивать параметры устройства таким образом, чтобы уменьшить дополнительную погрешность, измерений, обусловленную изменениями формы фронта .стоповых импульсов и ее отклонения от линейной. 2 ил. (Л с

сом трех равномерно размещенных поро-15 превьшающий значение К так, что при

говых напряжений.

Очевидно, для случая линейно на- рас.тай)щего фронта при выполнении ус- . ловия , Uj-U временной интервал ij между моментами перехода сигналом 20 уровней и, и Uj равен половине временного интервала ,3 между моментами перехода сигналом уровней Ui и U-,

регистрации стоповых импульсов с фронтом, описываемьм функцией с положительной второй производной (d 70), амплитуда его выходного сигнала U, превышает выходной уровень напряжения элемента 15 вычитания, и на выходе компаратора 14 формируется уровень логической единицы. При регистрадии

Для сигналов, фронт нарастания которых описывается функцией с отрицательной второй производной, гГ,0,5,1, (2 tj.,j), а для сигналов противоположной кривизныtj cJjO,5(2C ,7t:jj) , Очевидно также, что временной интервал

Т,5 можно вьфазить через временной ин-30 криминатора 5 уровня (фиг.2з), задер- тервал At, между моментами запуска дискриминаторов 3 и 4 уровня (фиг,2в.т). следующим образом

стоповых импульсов с противоположной 25 кривизной фронта u U,j, и на выходе компаратора 14 появляется потен- циал логического нуля. Полученная таким образом информация фиксируется в триггере 17 (фиг,2л) импульсом дисжанНым при помощи элемента 7 задерж- .. ки на время переходных процессов в преобразователях 12 и 13 время - амплитуда, элементе 15 вычитания, компараторе 14, и используется далее для управления мультиплексорами .18 и 19, При наличии единичного состояния, триггера 17 мультиплексор 18 подключает ко второму входу сумматора 23 выход усилителя 21, который имеет, коэффициент передачи больший, чем усилитель 22 и соответствующий оптимальному значению J для сигналов с фронтом, описывающимся функцией с положительной второй производной,Если триггер 17 выходным сигналом элемента 7 задержки устанавливается в нулевое состояние, то ко второму входу сумматора 23 подключается выход лителя 22 с меньшим значением коэф- фит иента передачи, соответствующим оптимальному значению J для сигналов с противоположной кривизной фронта. Стробируется мультифтексор 1В выходным сигналом элемента 7 задержки, сформированным формирователем 20 имг пульсов, таким образом, чтобы его. . длительность соответствовала длительностям полок выходных сигналов преоб Iткуда

и

Г, - fit,

}

, - и

ПВА

г

где .К - козффициент передачи преобразователя 12 время - амплитуда;

задержка сигналов в элементе 6 задержки;

амплитуда, выходного сигнала преобразователя 12 время- - амплитуда, пропорциональная временному интервалу t

-3

ПВА

Формирование величины осуществляется при помощи элемента 15 вычитания, на суммирующий вход которой с источника 16 опорного напряжения по- дается опорный уровень Ц, , а на вычитающий вход - выходной сигнал преобразователя 12 время - амплитуда, Льедестал Ugустанавливается в процессе настройки устройства таким образом чтобы выбрать оптимальную с точки зрения минимизации погрешности измег рений промежуточную форму стоповых

регистрации стоповых импульсов с фронтом, описываемьм функцией с положительной второй производной (d 70), амплитуда его выходного сигнала U, превышает выходной уровень напряжения элемента 15 вычитания, и на выходе компаратора 14 формируется уровень логической единицы. При регистрадии

стоповых импульсов с противоположной 25 кривизной фронта u U,j, и на выходе компаратора 14 появляется потен- циал логического нуля. Полученная таким образом информация фиксируется в триггере 17 (фиг,2л) импульсом дис0 криминатора 5 уровня (фиг.2з), задер-

5

0

5

жанНым при помощи элемента 7 задерж- .. ки на время переходных процессов в преобразователях 12 и 13 время - амплитуда, элементе 15 вычитания, компараторе 14, и используется далее для управления мультиплексорами .18 и 19, При наличии единичного состояния, триггера 17 мультиплексор 18 подключает ко второму входу сумматора 23 выход усилителя 21, который имеет, коэффициент передачи больший, чем усилитель 22 и соответствующий оптимальному значению J для сигналов с фронтом, описывающимся функцией с положительной второй производной,Если триггер 17 выходным сигналом элемента 7 задержки устанавливается в нулевое состояние, то ко второму входу сумматора 23 подключается выход лителя 22 с меньшим значением коэф- фит иента передачи, соответствующим оптимальному значению J для сигналов с противоположной кривизной фронта. Стробируется мультифтексор 1В выходным сигналом элемента 7 задержки, сформированным формирователем 20 имг пульсов, таким образом, чтобы его. . длительность соответствовала длительностям полок выходных сигналов преоб51444949

разоватеЛей 11 и 12 время - амплитуда (фиг.2м).

Триггер 17 управляет также мультиплексором 19 импульсов, который g совместно с элементом 9 задержки используется для коррекции пьедеста- ла, возникающего в выходном сигнале устройства при переключении параметров канала компенсации погрешности ю (изменении у ). При переходе от сигналов с положительной второй производной функций фронта нарастания к сигналам, фронты нарастания которых описываются функцией с отрицательной второй производной, амплитуда выходного сигнала устройства уменьшается. Поэтому при регистрации стопового импульса второго вида выходной импульс дискриминатора 3 дополнительно задерживается при помощи элемента 8 задержки, подключаемого через мультиплексор 19 к стоповому входу преобразователя 11 время - амвого дискриминатора уровня подключен к первому входу второго преобразователя время - амплитуда, второй вход которого объединен с входом второго . элемента задержки и подключен к выходу второго дискриминатора уровня, первый вход третьего преобразователя время - амплитуда соединен с первым выходом третьего дискриминатора уровня, о тличающ и,и с я тем.

чТо, с целью повышения точности преобразования и расширения области применения за счет возможности приема им15 пульсов с различной формой фронта нарастания стоп-импульсов, введены первый и второй усилители, первый и второй мультиплексоры, комЛаратор, триггер, фор шр9ватель импульсов, третий,

20 четвертый и пятый элементы задержки, источник опорного напряжения и элемент вычитания, первый вход которого подколочен к выходу источника опорного напряжения, второй вход подключен к шштуда. Величина этой задержки выби- 25 выходу третьего преобразователя вре- раемой равной- ли/КJ, . . мя амплитуда, а выход - к йервому

входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу второго преобразователя время - амплитуда, а выЗО хрд - к информационному входу триггера, тактовый вход которого объединен с входом формирователя импульсов и подключен к выходу второго элемента задержки, выход формирователя под-g клюЧен к стробирующему входу первого

- мультиплексора, к первому и второму информационным входам которого подключены соответственно выходы первого и второго усилителей, входы которых держки, в свою очередь, компенсирует Q объединены и подключены к выходу тре- пьедестал в амдлитуде выходного сигна- тьего преобразователя врейя - ампли- ла устройства, возникающий из-за эле- туда, второй вход которого соединен

с первым выходом первого дискриминатора уровня, второй вход которого

45 соединен с вторым выходом третьего

дискриминатора уровня, вход которого

где К - коэффициент передачи преобразователя 11 время - амплитуда;ди - изменение среднего уровня

выходного сигнала устройства при переходе от одной формы стоповых импульсов к другой.

Включенный на втором выходе дис- криМинатора 3 элемент 9 задержки служит для компенсации времени подготовки сигнала управления мультиплексором 19 в элементах 5,7,17. Элемент 10 заментов 9 и 6 задержки. Формула изо бретения

Преобразователь время - амплитуда i импу льсов, содержащий первый, второй и третий дискриминаторы уровня, пер- вый второй и третий преобразователи время - амплитуда, первый и второй элементы задержки и аналоговый сумматор, выход которого является выходной шиной, а первый вход подключен к выходу первого преобразователя время амплитуда, первый вход первого дискриминатора уровня объединен с. входом второго дискриминатора уровня и через первый элемент задержки подключен к входной стоп-шине, первый выход пер50

является шиной стоп-импульса, а второй выход первого дискриминатора уровня через третий и четвертый последовательно соединенные элементы задержки подключен к первому информационному входу второго мультиплексора, к второму информационному входу кото- рого подкрочен выход третьего элемен- j. та задержки, управляющие входы первого и второго мультиплексоров объединены и подключены к выходу триггера, выход первого мультиплексора соединен с вторым входом аналогового сум-

вого дискриминатора уровня подключен к первому входу второго преобразователя время - амплитуда, второй вход которого объединен с входом второго . элемента задержки и подключен к выходу второго дискриминатора уровня, первый вход третьего преобразователя время - амплитуда соединен с первым выходом третьего дискриминатора уровня, о тличающ и,и с я тем.

50

является шиной стоп-импульса, а второй выход первого дискриминатора уровня через третий и четвертый последовательно соединенные элементы задержки подключен к первому информационному входу второго мультиплексора, к второму информационному входу кото- рого подкрочен выход третьего элемен- j. та задержки, управляющие входы первого и второго мультиплексоров объединены и подключены к выходу триггера, выход первого мультиплексора соединен с вторым входом аналогового сум-

|

Ш I

в в f «3

а, к

X

,

Н

Фае 1

,29-4