Измеритель размаха периодического сигнала треугольной формы Советский патент 1991 года по МПК G01R19/04 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля быстродействующих аналоговых поисковых систем,

Целью изобретения является расширение диапазона уровней входного сигнала при уменьшении погрешности измерений за счет перехода при измерении размаха сигнала от сравнения входного напряжения с двумя постоянными напряжениями к сравнению с одним пилообрызным напряжением и, следовательно, ограничения снизу диапазона изменения длительностей импульсов, формируемых для определения по ним размаха входного сигнала.

На фиг.1 приведена структурная схема измерителя размаха периодического сигнала треугольной формы; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу измерителя.

Измеритель содержит амплитудный компаратор 1, инвертор 2, схему 3 совпадения, первый TV-триггер 4. первый измеритель 5 временных интервалов, второй TV-триггер б,

второй измеритель 7 временных интервалов, блок 8 управления, вычислительный блок 9 и генератор 10 пилообразного напряжения. Первый вход амплитудного компаратора 1 соединен со входной шиной, а выход соединен со входом инвертора 2, с первым входом схемы 3 совпадения и с первым входом первого TV-триггера 4, выход которого подключен к первому входу первого измерителя 5 временных интервалов, выход инвертора 2 соединен с первым входом второго TV-триггера 6, выход которого подключен к первому входу второго измерителя 7 временных интервалов и ко второму входу блока 8 управления, выход блока 8 управления соединен со вторыми входами первого TV-триггера 4, второго TV-триггера 6, первого измерителя 5 временных интервалов, второго измерителя 7 временных интервалов и с управляющим входом вычислительного блока 9, первый информационный вход которого подключен к выходу первого измерителя 5 временных интервалов, а второй информационный вход - к выходу второго

fe

О х| О О

xl

измерителя 7 временных интервалов, второй вход амплитудного компаратора 1 соединен с первым выходом генератора 10 пилообразного напряжения (ГПН), второй выход которого подключен к первому входу схемы 3 совпадения, выход которой соединен с первым входом блока 8 управления.

Измеритель размаха периодического сигнала треугольной формы работает следующим образом.

В исходном состоянии на первом входе амплитудного компаратора 1 сигнал отсутствует, а на второй вход поступает напряжение пилообразной формы, на выходе амплитудного компаратора 1 имеется уровень логичесокго нуля, который инвертируется инвертором 2, и на первый вход второго TV-триггера 6 поступает уровень логической единицы. Поскольку на первом входе схемы 3 совпадения имеется уровень логического нуля, то импульсы со второго выхода ГПН 10, соответствующие началу прямого хода пилообразного напряжения, не проходят через схему 3 совпадения, на выходе блока 8 управления имеется нулевой уровень напряжения, который поступает на вторые входы TV-триггеров 4 и 6 и.запрещает их срабатывание, на выходах измерителей 5, 7 временных интервалов коды равны нулю, вычислительный блок 9 находится в режиме ожидания.

Работа измерителя начинается с приходом исследуемого сигнала на первый вход амплитудного компаратора 1. В момент времени t1 (фиг.2а) напряжение на первом входе амлитудного компаратора 1 превысит напряжение на втором входе, на выходе амплитудного компаратора 1 (фиг.2,в) происходит перепад напряжения из нулевого состояния в единичное, на выходе инвертора 2 (фиг.2,г) происходит перепад напряжения из единичного состояния в нулевое. В момент времени t2 (фиг.2,а) начинается прямой ход пилообразного напряжения ГПН 10 (начало цикла измерения), со второго выхода ГПН 10 импульс поступает на второй вход схемы 3 совпадения. Поскольку на первый вход схемы 3 совпадения приходит напряжение единичного уровня, то импульс со второго выхода ГПН 10 проходит через схему 3 совпадения на первый вход (фиг.2,б) блока 8 управления. Блок 8 управления представляет собой триггер, на выходе которого происходит перепад напряжения из нулевого состояния в единичное по заднему фронту импульсоо с выхода схемы совпадения и перепад напряжения из единичного состояния в нулевое по заднему фронту импульсов с выхода второго TV-триггера б. На выходе блока 8 управления (фиг.2.ж) в момент времени t2 происходит перепад напряжения из нулевого состояния в единичное. В последующих циклах измерения по этому перепаду происходит обнуление измерител ей 5, 7 временных интервалов. Уровень логической единицы поступает с выхода блока 8 управления на вторые входы TV-триггеров 4, 6 и разрешает срабатывание этих устройств. Срабатывание TV-триг0 геров 4, 6 происходит при перепаде напряжения на его входе из единичного состояния в нулевое.

В момент времени t3 (фиг.2,а) напряжение на втором входе амплитудного компара5 тора 1 превысит напряжение на первом входе, поэтому на выходе амплитудного компаратора 1 происходит перепад напряжения из единичного состояния в нулевое, а на выходе инвертора 2 - из нулевого со0 стояния в единичное. По перепаду на выходе амплитудного компаратора 1 срабатывает первый TV-триггер 4, и на его выходе (фиг.2,д) появляется напряжение единичного уровня.

5В момент времени t4 напряжение на

первом входе амплитудного компаратора 1 превысит напряжение на втором входе, на выходе амплитудного компаратора 1 происходит перепад напряжения из нулевого со0 стояния в единичное, а на выходе инвертора 2 - из единичного состояния в нулевое. По этому перепаду срабатывает .второй TV- триггер 6, и на его выходе (фиг.2,е) появляется напряжение единичного уровня. В

5 момент времени tg напряжение на втором входе амплитудного компаратора 1 превысит напряжения на первом входе и на входе первого TV-триггера 4 появится нулевой уровень напряжения. По этому перепаду на0 пряжение на выходе первого TV-триггера 4 примает нулевое значение. Напряжение на выходе инвертора 2 примет единичное значение. В момент времени te напряжение на первом входе амплитудного компаратора 1

5 превысит напряжение на втором входе, и на входе инвертора 2 появится единичный уровень напряжения. По этому перепаду на выходе инвертора 2 сформируется перепад из единичного уровня напряжения в нуле0 вое, на выходе второго TV-триггера б напряжение примет нулевое значение. По перепаду из единичного уровня напряжения в нулевое на выходе второго TV-триггера 6 происходит перепад напряжения из

5 единичного состояния в нулевое на выходе блока 8 управления, и, таким образом, за- прещаетря срабатывание TV-триггеров 4, 6 в этом цикле работы. В каждом цикле работы на выходах первого TV-триггера 4 (фиг.2,д) и второго TV-триггера б (фиг.2,е)

формируются импульсы положительной полярности, длительность которых Ti и Т2 измеряется соответственно первым и вторым измерителями 5, 7 временных интервалов.

Обозначив амплитуду напряжения с пер- вого выхода ГПН 10 U0, время прямого хода напряжения ГПН 10 Т0, амплитуду измеряемого напряжения U, период измеряемого напряжения Т, из подобия треугольников (фиг.2,а) получаем следующие соотношения

U,-, (1)

.(2)

,(3)(4)

где

П + vi Т (5)

Подставляя (3) и (4) в (5). получаем выражение20

т (T -Ti) + Ui(T2-T) UrU2

Отсюда U

T-Ui-Uz

U2(T-T2) + Ui(T2-T) Подставляя (1) и (2) в (6), получаем т Uo-Ti Uo-T2

U

То

То

Uo-T2()(T2

То

Uo ТгТ2 То T2-Ti

То

Поскольку значение амплитуды напря- жения с первого выхода ГПН 10 Do и время прямого хода напряжение ГПН 10 Е0 известны, то для вычисления амлитуды измеряемого напряжения U необходимо измерить длительность импульсов TI и Т2, что и осу- ществляется в измерителях 5 и 7 временных интервалов. В момент времени te по заднему фронту импульса, формируемого на выходе блока 8 управления, вычислительный блок 9 сосчитывает значения измеренных длительностей импульсов Ti и Т2с выходов измерителей временных интервалов 5, 7 и производит вычисление амплитуды напряжения U по формуле (7).

5 0

5

0

5

0

5

п 5 0

Следующий цикл измерения начинается с приходом следующего импульса со второго выхода ГПН 10 на второй вход схемы 3 совпадения. Далее все процессы в измерителе повторяются.

Время прямого хода То напряжения с первого выхода ГПН 10 выбирается Т0 ЗТ.

За счет введения новых узлов и связей, позволяющих при обработке входного сигнала формировать измеряемые временные интервалы, длительность которых значительно не уменьшается при увеличении уровня входного сигнала, погрешность преобразования не увеличивается.

Формула изобретения Измеритель размаха периодического сигнала треугольной формы, содержащий первый и второй измерители временных интервалов, блок управления, вход которого соединен с управляющим входом вычислительного блока, и амлитудный компаратор. первый вход которого является входом устройства, отличающийся тем. что, с целью расширения диапазона уровней входного сигнала при уменьшении погрешности измерений, в него введены генератор пилообразного напряжения, инвертор, первый и второй TV-триггеры и схема совпаде- ния, при этом выход амплитудного компаратора соединен со входом инвертора, с первым входом схемы совпадения и с первым входом первого TV-триггера, выход которого подключен к первому входу первого измерителя временных интервалов, выход инвертора соединен с первым входом второго TV-триггера, выход которого подключен к первому входу второго измерителя временнных интервалов и ко второму входу блока управления, выход блока управления соединен со вторыми входами первого и второго TV-триггеров и вторыми входами первого и второго измерителей временных интервалов, первый выход генератора пилообразного напряжения подключен ко второму входу амплитудного компаратора, второй выход - ко второму входу схемы совпадения, выход схемы совпадения подключен к первому входу блока управления, а выходы первого и второго измерителей временных интервалов соединены с первым и вторым входами вычислительного блока соответственно.

Ш1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля быстродействующих аналоговых поисковых систем. Цель изобретения - расширение диапазона уровней входного сигнала при уменьшении погрешности измерений - достигается введением инвертора 2, схемы 3 совпадения, TV-триггеров 4, 6 и генератора 10 пилообразного напряжения. Измеритель также содержит амплитудный компаратор 1, измерители 5, 7 временных интервалов, блок 8 управления и вычислительный блок 9. 2 ил.

(риг.2