Способ измерения длительности импульсов Советский патент 1991 года по МПК G01R29/02 

1

(21)4644434/21

(22)30.01.89

(46)23.04.91. Бюл. N° 15

(72) В. Г. Чумаков, А. В. Белов и В. С, Гацев

(53)621.317.325(088.8)

(56)Патент США № 3553593, кл. 328-112, 1968.

Авторское свидетельство СССР № 922660, кл. G 01 R 29/02. 1982.

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ

(57)Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении длительности случайных одиночных импульсов произвольной формы, а также при измерении длительности импульсов случайных и

/

регулярных потоков. Цель изобретения - расширение области применения за счет моноимпульсного измерения длительности как одиночных, периодических, так и непериодических случайных сигналов произвольной длительности и амплитуды - достигается тем, что формируют масштабированную копию измеряемого импульса в моменты равенства мгновенных значений напряжения фронта измеряемого импульса начальному и всем последующим значениям порогового напряжения, формируют последующие значения порогового напряжения как мгновенные значения напряжения фронта масштабированной копии импульса, измеряют временной интервал. Между моментом равенства импульсного и порогового напряжений, непосредственно

ON

fe

g ю

0

Фиа.1

предшествующим моменту достижения максимума импульса, и моментом равенства напряжения спада масштабированной копии импульса значению максимума измеряемого импульса, определяют интервал поправки в зависимости от вида функции, апроксимирующей фронт импульса на уровне измерения длительности, а длительность

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении длительности случайных одиночных импульсов произвольной формы, а также при измерении дли- тельности импульсов случайных и регулярных потоков.

Цель изобретения - расширение области применения за счет моноимпульсного измерения длительности как одиночных, периодических, так и непериодических случайных произвольной длительности и амплитуды.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего способ измерения длительности; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу устройства, где I - измеряемый импульс, II - сигнал на выходе масштабного усилителя, III - сигнал на выходе блока определения максимума.

Устройство содержит вход 1, схему 2 сброса, схему 3 установки порогового уровня, масштабный усилитель 4, блок 5 определения максимума, блоки 6 и 7 сравнения, блок 8 регистрации и анализа результатов измерения, выход 9.

Способ реализуется следующим образом.

Входной сигнал с входа 1 (фиг. 1) поступает одновременно на схему 2 сброса, масштабный усилитель 4, блок 5 определения максимума и первый вход блока 6 сравнения. При превышении входным сигналом напряжения порога чувствительности Упч (фиг. 2а), на выходе схемы 2 сброса формируется импульс (фиг. 2г), передний фронт которого устанавливает в исходное состояние блок 5 определения максимума, схему 3 .установки порогового уровня и блок 8 регистрации и анализа результатов измерения, при этом на выходе схемы 3 устанавливается начальное значение порога Un.o., поступающее на второй вход блока 6 сравнения. В момент превышения на первом входе блока б сравнения уровнем входного сигнала порогового значения Un.o. блок 6 сравнения формирует в момент времени to на

импульса на заданном уровне определяют из математического выражения. Устройство для реализации способа содержит вход 1, схему 2 сброса, схему 3 установки порогового уровня, масштабный усилитель 4, блок 5 определения максимума, блоки 6 и 4 сравнения, блок 8 регистрации и анализа результатов измерения, выход 9. 1 з. п. ф-лы. 2 ил.

своем выходе короткий отсчетный импульс (фиг. 26), поступающий на второй вход схемы 3 и второй вход блока 8. Схема 3 при поступлении этого отсчетного импульса

обеспечивает установку на своем выходе нового значения порога сравнения, устанавливая его равным уровню входного сигнала, усиленного масштабным усилителем 4 в 1 /К раз, где К - уровень отсчета длительности входного импульса, и поступающего на третий вход схемы 3 в момент времени to, соответствующий переднему фронту отсчетного импульса. Таким образом, взаимодействие элементов устройства - блока 6,

схемы 3 и усилителя 4 с указанными связями, обеспечивает при каждом превышении входного сигнала уровня порога сравнения формирования схемой 3 нового значения порога сравнения.

Блок 5 определения максимума запоминает максимальное значение напряжения входного сигнала и выдает его на первый вход блока 7 сравнения и третий вход блока 8.

Усиленный в 1/К раз входной сигнал с

выхода масштабного усилителя 4 поступает на второй вход блока 7 сравнения, где на спаде входного сигнала в момент равенства уровней на первом и втором входах блока 7

сравнения формируется в момент времени IN последний отсчетный импульс (фиг. 2в), поступающий на четвертый вход блока 8.

В блоке 8 измеряется интервал времени At (фиг. 2) между последними двумя отсчетными импульсами, сформированными блоком 6 сравнения за время нарастания уровня входного сигнала и поступающими на его второй вход. Кроме того, блок 8 измеряет также интервал времени Д (фиг. 2)

между последним отсчетным импульсом, сформированным блоком 6 сравнения, и последним отсчетным импульсом сформированным блоком 7 сравнения, предшествующим заднему фронту сигнала

5 с выхода схемы 2 сброса.

По значениям этих интервалов времени, а также по значениям последнего установленного порогового уровня Un(N-1) (фиг. 2а), поступающего на пятый вход блока 8 с блока 3, и максимальному значению сигнала, поступающему на третий вход блока 8 с блока 5, блок 8 вычисляет поправку ДД и окончательное значение длительности Д:

Д Д + ДД.

Для линейной апроксимации поправка имеет следующее значение: AU

Un(N-1)-/Wc Un(N-1)-U,(N-1)-K

. , (2)

1

At,

Un(N-1) (1-K) где Амакс максимальное значение сигнала;

К - относительный уровень отсчета длительности сигнала;

Un(N-1) - последнее значение напряжения порогового уровня на выходе блока 3.

При измерении длительности сигнала на уровне 0,5 значение длительности сигнала определяется следующим образом:

Д Д + 2 AtПравильный выбор апроксимирующей функции позволяет значительно уменьшить, а для определенных классов сигналов полностью исключить ошибку в определении длительности импульса на заданном относительном уровне. Так при линейной апроксимации для сигналов с линейным фронтом на уровне относительного отсчета длительности трапецеидальных, треугольных, прямоугольных импульсов сам способ не дает погрешности, а при использовании в качестве апроксимирующей функции полинома 2-й, 3-й и т. п. степени значительно уменьшает ошибку и для других форм импульса синусоидальной, колоколообразной и т. п.

Формула изобретения 1. Способ измерения длительности импульсов, заключающийся в том, что определяют максимальное значение импульсного напряжения, сравнивают мгновенные значения импульсного напряжения с пороговым уровнем напряжения, изменяемым по заданному закону, и регистрируют результаты измерений, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, формируют масштабированную с коэф- фициентом 1/К копию измеряемого импульса, где К - уровень отсчета длительности импульса, в моменты равенства мгновенных значений напряжения фронта измеряемого импульса начальному и всем последующим значениям порогового напряжения формируют последующие значения порогового напряжения как мгновенные значения напряжения фронта

масштабированной копии импульса, измеряют временной интервал Д1 между моментом равенства импульсного и порогового напряжений, непосредственно предшествующим моменту достижения максимума

импульса, и моментом равенства напряжения спада масштабированной копии импульса значению максимума измеряемого импульса, определяют интервал поправки АД в зависимости от вида функции, апроксимирующей фронт импульса на уровне измерения длительности, а длительность Д импульса на заданном уровне определяют в соответствии с выражением Д Д1 + Д Д.

тем, что при линейной функции, аппроксимирующей фронт измеряемого импульса, измеряют интервал времени At между двумя моментами равенства импульсного и порогового напряжений, непосредственно предшествующих моменту достижения максимума импульса, запоминают значение порогового уровня ип(М-1), формированное непосредственно перед максимумом измеряемого импульса, а интервал поправки АД определяют в соответствии с выражением

Д дUn (n - 1) Амакс

Un(N- 1)-Un(N- 1) К

At,

где Амакс - максимальное значение импульсного напряжения.

Фиг. 2