Способ измерения неравномерности плотности распределения амплитуд потока сигналов Советский патент 1990 года по МПК G01T1/36 

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике, а именно к способам измерения неравномерности плотности распределения амплитуд импульсных генераторов, предназначенных для измерения дифференциальной нелинейности (ДНЛ) аппаратуры ядерного приборостроения.

Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение рабочего диапазона измеряемых сигналов.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ; .

на фиг.2 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.

Способ осуществляется следующим образом.

Суммируют измеряемый сигнал с сигналом источника постоянного напряжения, причем используют суммирование измеряемых сигналов со стабильным опорным напряжением противоположной полярности относительно полярности измеряемого сигнала, ограничивают постоянную составляющую суммарного сигнала, измеряют амплитуду суммарно 1

со

щее измерение производят при новом значении сигнала источника постоянного напряжения, производят вычисление неравномерности плотности распределения по известным методикам.

Устройство для реализации способа содержит источник 1 измеряемых амплитуд (исследуемый генератор), источник 2 постоянного напряжения, аналоговый сумматор 3, диодный ограничитель (либо ограничитель другого типа) 4, буферный повторитель 5, анализатор 6.

Сумматор 3 может быть реализован на базе операционного усилителя, включенного по известной схеме.

Номинал сопротивления R в диодном ограничителе 4 ограничен снизу величиной максимально допустимого тока через диод D. Сверху номинал ограничен условием - 100, где R - входКо

ное сопротивление повторителя. Последнее условие необходимо для обеспечения передачи сигнала с выхода сумматора 3 на вход анализатора 6 с коэффициентом передали, близким к 1.

Б случае применения серийного анализатора типа АМ-А-0201 диодный ограничитель может быть установлен между выходом линейно-пропускающего устройства (ЛПУ), выполненного на базе операционного усилителя на дискретных элементах, и входом запоминающего устройства (ЗУ). В этом случае ЛПУ можно использовать в качестве суммато ра, а ЗУ в качестве буферного повторителя, так как у последнего входной каскад выполнен на полевых транзисторах и имеет большое входное сопротивление.

Позициями 7-10 обозначены точки на блок- Схеме, для которых на фиг.2 приведены эпюры напряжений.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемый сигнал от источника 1 амплитудой AJ (эпюра 7) суммируется со стабильным напряжением Uст от источника 2 постоянного напряжения, напримерэ отрицательной полярности (эпюра 8) в сумматоре 3 (эпюра 9)« В результате измеряемый сигнал смещается относительно нулевого уровня на величину напряжения постоянного тока. В ограничителе 4 происходит

5

5

0

5

0

5

0

5

ограничение отрицательной постоянной составляющей суммарного сигнала на уровне иогр)(эпюра 10), много меньшем верхнего значения рабочего диапазона анализатора, с целью обеспечения измерения во всем рабочем диапазоне амплитуд импульсов измеряемого источника сигнала при одном и том же режиме работы по постоянному току входных аналоговых узлов анализатора. При отсутствии ограничителя режим работы анализатора по постоянному току существенно изменяется, что приводит к изменению его температурного режима при разных значениях опорного напряжения, т.е. к появлению дополнительной погрешности измерения дифференциальной нелинейности.

Следует отметить, что величина смещения на диоде и ее изменение в зависимости от величины постоянного напряжения смещения не влияет на точность измерения, так как анализатор измеряет амплитуду, равную разности между амплитудой измеряемого сигнала и величиной постоянного напряжения смещения, т.е. от нулевого уровня напряжения. На фиг.2 В; - величина, измеряемая анализатором:

В; А , - UCM,

где А- - амплитуда измеряемого сигнала;

напряжение смещения; уровень смещения на ограничителе .

После ограничения многоканальный амплитудный анализатор 6 измеряет плотность распределения амплитуд потока сигналов источника 1 в течение некоторого времени (время экспозиции или набора). В начале шкалы анализатора 6 выбирается группа каналов, в которые записываются различные участки амплитуд потока измеряемых сигналов. Время набора при серии измерений не должно меняться. Второе и последующие измерения производят при отрицательных значениях напряжения постоянного тока, лежащих в диапазоне от нулевого уровня до максимальной амплитуды измеряемого потока сигналов за вычетом амплитуды измеряемой анализатором 6, соответствующей началу регистрации выбранной группы каналов .

Рассмотрим частный случай измерения плотности распределения амплитуд импульсов генератора с поспедующей оцени, и

огр i

5

кой неравномерности плотности (дифференциальной нелинейности).

При первом измерении устанавливают амплитуду напряжения постоянного тока отрицательной полярности таким образом, чтобы на входе анализатора наблюдались смещенные относительно нулевого уровня с ограничением постоянной составляющей измеряемые импульсы генератора и регистрируемы в выбранном участке в начале шкалы анализатора. Измеряемая плотность распределения амплитуд потока сигналов генератора фиксируется в запоминающем устройстве анализатора.. Число каналов выбранного участка выбирается равным 100 Последовательно проводится серия измерений (не менее трех) при значениях напряжения постоянного тока, соответствующих регистрации в выбранном участке шкалы анализатора достаточного количества участков диапазона измеряемых амплитуд импульсов,

Время измерения должно быть достаточным для набора 106 импульсов в каждом канале анализатора. При втором и последующих измерениях экспозиция не должна меняться. Очевидно, что если максимальная амплитуда источника больше, чем измеряемая анализатором, то ее измерения осуществляются соответствующим увеличением напряжения постоянного тока отрицательной полярности. При необходимости для измерения плотности распределения амплитуд импульсов генератора, значения которых меньше амплитуд соответствующих началу

max (ВО k - (ВО С

где k, 1 - номера измерений.

Вычисляется также максимальная разность средних значений из трех измерений:

D.t ESX-HNbl.lNh. -100. t W

За значение неравномерности плотности распределения амплитуд выходных импульсов принимается сумма максимальных значений отклонений.

K( + D + A w ,

где Aw - методическая погрешность измерений, учитывающая ограниченность статистики набора, ограниченность

10

/9

регистрации в выбранном участке шкалы, измеряемый сигнал суммируется с соответствующим значением напряжения постоянного тока положительной полярности.

Обработка результатов измерений проводится по следующим формулам.

Дпя каждого измерения производится суммирование по двум каналам )

N - Ј,,

15

где 1 - номер канала, затем сглаживание по 4

каналам:

Я

Nj (Ј -N))/4.

Эта обработка позволяет провести сглаживание спектра и устранить различие в ширине соседних каналов (чет - нечет).

Вычисляется среднее значение (N) для каждого измерения и отклонение сглаженных значений от среднего в процентах:

(N)v (

N)/100;

30

... (-ьвг--

35

40

J

45

0

5

где k - номер измерения, k 1, 2, Зг Далее производится алгебраическое вычитание значений В для каналов с одинаковыми номерами (одинаковое i) 1 для всех возможных комбинаций из трех серий измерений и выбирается максимальное значение:

, k,l 1,2,3; k 1 i 1 - 100,

числа анализируемых участков характеристики генератора и числа каналов. Исследования показали, что эта погрешность при регистрации в каждом канале 10 имульсов находится на уровне ±0,1%.

Предлагаемый способ имеет следующие технические преимущества.

Повышается точность измерений дифференциальной нелинейности импульсных генераторов, что обеспечивается исключением синхронизации анализатора с измеряемым сигналом, в отличие от известного объекта, но сравнению с которым уменьшается сиетематическая составляющая погрешности на 20-25% вследствие исключения неизбежных помех (наводок) но цепям синхронизации на измеряемый сигнал. Ограшгчизается также постоянная составляющая суммарного сигнала. Эго устраняет возможность появления погрешности измерения вследствие изменения температурного режима входных аналоговых каскадов амплитудного анализатора при изменении величин опорного напряжения при измерениях дифференциальной нелинейности генератора на различных участках его (генератора) шкапы. Количественно измерить величину этой составляющей погрешности не представ ляется возможным,

Кроме того, расширяется диапазс измеряемых амплитуд. В известном способе диапазон измеряемых амплитуд не может превышать рабочий диапазон используемого анализатора, так как па его вход подается сигнал, равный сумме измеряемого сигнала и сигнала источника постоянного напряжения. Согласно предлагаемому способу на вход анализатора подается сигнал, равный разности измеряемого сигнала и сигнала источника постоянного напряжения, так как осуществляется суммирование измеряемого сигнала со стабильным опорным напряжением про

5

Л

5

0

тивоположной полярности. В этом случае диапазон измеряемых амплитуд определяется диапазоном изменения опорного напряжения и может многократно превышать рабочий диапазон анализатора.

Формула изобретения

Способ измерения неравномерности плотности распределения амплитуд потока сигналов путем суммирования измеряемого сигнала с сигналом источника постоянного напряжения, измерения амплитуды суммарного сигнала, причем каждое последующее измерение производят при новом значении сигнала источника постоянного напряжения и производят вычисление неравномерности плотности распределения амплитуд потока сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения рабочего диапазона измеряемых сигналов, производят суммирование измеряемых сигналов со стабильным опорным напряжением противоположной полярности относительно.полярности измеряемого сигнала, причем измерения амплитуд проводят после предварительного ограничения постоянной составляющей суммарного сигнала без синхронизации анализатора от источника

35

измеряемых амплитуд.

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике, а именно к способам измерения неравномерности плотности распределения амплитуд импульсных генераторов, предназначенных для измерения дифференциальной нелинейности аппаратуры ядерного приборостроения. Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение рабочего диапазона измеряемых сигналов. Измеряемый сигнал суммируют с сигналом источника стабильного опорного напряжения противоположной полярности относительно полярности измеряемого сигнала, ограничивают постоянную составляющую суммарного сигнала, измеряют амплитуду суммарного сигнала, причем каждое последующее измерение проводят при новом значении сигнала источника постоянного напряжения, вычисляют неравномерности плотности распределения по известным методикам. Повышение точности достигается за счет исключения цепей синхронизации и температурной стабилизации входных цепей анализатора, который в каждом измерении регистрирует примерно одинаковый спектр амплитуд. Рабочий диапазон определяется не диапазоном анализатора, а диапазоном изменения опорного напряжения. 2 ил.