Устройство для измерения затухания сигналов ультразвуковых линий задержки Советский патент 1991 года по МПК G01R27/28 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения затухания сигналов линии задержки.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерения уровней выходных сигналов ультразвуковой линии задержки в диапазоне значений измеряемых амплитуд как во всем рабочем диапазоне частот, так и в отдельных фиксированных частотных точках диапазона.

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - блок-схема блока обработки цифровых данных; на фиг.З - временные диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит управляемый генератор 1, испытуемую линию 2 задержки, измерительные каналы 3-1...3-п, формирователь А модулирующих импульсов, генератор 5 тактовых импульсов, блок 6 задания уставок, управляемый аттенюатор 7, коммутатор 8, усилитель 9, пиковый детектор 10, аналого-цифровой преобразователь 11 (т - число измеряемых параметров) измерители 12-1...12-т отношений амплитуд сигналов, распределитель 13 импульсов, блок 14 обработки цифровых данных, генератор 15 ступенчатого напряжения, формирователи 16-1...16-т опорного сигнала, цифровые компараторы 17-1...17-т, элементы И 18- 1...18-ГП, элементы И 19-1...19-т, регистрирующее устройство 20, переключатели 21-1...21-т.

Управляемый генератор 1, являющийся источником входного сигнала в виде радиоимпульсов для испытуемой линии задержки, подключен выходом к входным клеммам для подключения испытуемой линии 2 задержки и к первому входу измерительного канала 3-1.

Устройство содержит п измерительных каналов 3-1...3-п, которые предназначены для преобразования амплитудных значений радиоимпульсов, присутствующих на выхо де испытуемой линии задержки, в цифровой код. В каждый из каналов входит усилитель 9, пиковый детектор 10, аналого-цифровой преобразователь 11, а также коммутатор 8 и управляемый аттенюатор 7, обеспечивающий работу усилителя 9 в заданном диапазоне амплитуд входных сигналов, временную выборку которых обеспечивает коммутатор 8. При этом входы управляемого аттенюатора 7 являются соответственно входами измерительного канала 3, выход аттенюатора 7 соединен с первым входом коммутатора 8, второй вход которого является третьим входом измерительного канала. Выход коммутатора 8 соединен с входом

усилителя 9. выход которого соединен с первым входом пикового детектора 10, второй вход которого является четвертым входом измерительного канала. Выход пикового детектора 10 соединен с первым входом АЦП 11, второй вход которого является пятым входом измерительного канала, а выход АЦП 11 является выходом измерительного канала. К второму входу измерительных ка0 налов 3-1...3-п подключены соответственно выходы блока 6, предназначенного для установки внешним управлением значения затухания в аттенюаторе каждого из каналов.

5 К третьему входу измерительных каналов 3-1...3-п подключены соответственно третьи выходы распределителя 13 импульсов.

К четвертым и пятым входам всех изме0 рительных каналов 3-.1...3-П подключены соответственно четвертый и пятый выходы распределителя 13 импульсов. Первый вход измерительных каналов 3-2...3-п соединен с выходными клеммами для подключения

5 испытуемой линии 2 задержки.

Генератор 5 тактовых импульсов является источником входных сигналов для распределения 13 импульсов и своим выходом подключен к входу последнего, первый вы0 ход которого соединен с входом генератора 15 ступенчатого напряжения, первый выход которого соединен с первым входом управляемого генератора 1, а второй выход - с входом блока 14 обработки цифровых дан5 неых. Генератор 15 ступенчатого напряжения является преобразователем числа импульсов, поступивших на его вход, а напряжение управления частотой управляемого генератора 1.

0 Формирователь 4 модулирующих импульсов входом соединен с выходом 3-1 распределителя 13 импульсов и обеспечивает на своем выходе, соединенном с вторым входом управляемого генератора 1, импуль5 сный сигнал заданной длительности. Выход распределителя 13 импульсов соединен с входом блока 14 обработки цифровых данных, остальные входы которого соединены соответственно с выходами измерителей

0 12-1...12-т отношений амплитуд сигналов.

Первый вход измерителя 12-1 соединен

с выходом измерительного канала 3-1, а

второй вход - с входами измерителей 122...12-т отношений амплитуд сигналов и с

5 выходом измерительного канала 3-1. Вторые входы измерителей 12-2...12-т соединены соответственно с выходами измерительных каналов 3-3...3-п.

Блок 14 обработки цифровых данных содержит m формирователей 16 опорного сигнала, т цифровых компараторов 17, m переключателей 21, m трехвходовых элементов 18 И, m трехвходовых элементов 19 И, регистрирующее устройство, предназначенное для световой или другой регистрации нали- чия сигналов на соответствующих его входах.

Первые входы цифровых компараторов 17-1...17-т являются соответственно входами блока 14 обработки цифровых данных, а к вторым входам компараторов подключены соответственно выходы формирователей 16-1,..16-т опорного сигнала.

Первые выходы цифровых компараторов 17-1...17-т подключены соответствен- но к первым входам элементов И 18-1.,.18-т, а вторые выходы - к входам элементов 1/1 19-1...19-т, вторые входы элементов И 18-1 и 19-1, 18-2 и 19-218-т

и 19-т соединены между собой и подклю- чены к клемме соответствующих переключателей 21-1...21-т, вторые клеммы которых соединены между собой и подключены к шине Лог.1. третьи клеммы соединены между собой и являются вторым входом блока 14 обработки цифровых данных, вход которого соединен с третьим входом всех элементов И 18-1...18-т и 19-1...19-т.

Выходы элементов И 18-1...18-т сое- динены с соответствующими входами регистрирующего устройства 20, с вторыми входами которого соединены выходы соответствующих элементов И 19-1...19-т.

Устройство работает следующим обра- зом.

После прихода импульса Ui (фиг.За) с выхода распределителя 13 импульсов на выходе генератора 15 ступенчатого напряжения устанавливается значение напряжения DZ (фиг.Зб), соответствующее настройке управляемого генератора 1 на начальную частоту рабочего диапазона ft. Количество ступеней напряжения, формируемого генератором 15, определяется требуемым чис- лом контролируемых точек, при этом длительность ступени должна быть больше времени измерений на время переходных процессов в устройстве.

На выходе распределителя 13 импуль- сов с задержкой относительно импульса на первом выходе на время установления частоты в генераторе 1 появляется импульсный сигнал Кз (фиг.Зв), в течение времени действия которого формирователем 4 модулиру- ющих импульсов вырабатывается импульс модуляции и на выходе управляемого генератора 1 появляется радиоимпульс IU (фиг.Зг).

С выхода высокочастотного генератора 1 радиоимпульс IU (фиг.Зг) поступает на входную клемму испытуемой линии 2 и на первый вход управляемого аттенюатора 7 измерительного канала 3-1. Сигналы Us, Ue и U на выходе испытуемой линии 2, задержанные относительно сигнала на входе на время номинальной задержки линии (т), тройное время номинальной задержки(3 г) и на время, не равное номинальному или тройному времени(п г)(фиг.3д), поступают на первые входы аттенюаторов 7 измерительных каналов 3-2...3-п.

Усилитель 9 сигналов каждого из каналов работает в диапазоне амплитуд сигналов, одинаковом для всех каналов.

Для измерения амплитуд сигналов, превышающих максимальную амплитуду данного диапазона, перед усилителем включен аттенюатор для приведения входных сигналов к значениям раЬочего амплитудного диапазона усилителя. Затухание аттенюаторов устанавливается с помощью внешних сигналов, поступающих от блока управления аттенюаторами.

В блоке 6 перед началом работы устройства для измерения затухания сигналов ультразвуковой линии задержки (УЛЗ) на каждом из его выходов с помощью любых кодирующих устройств (например, набора переключателей, входящих в блок 6) устанавливаются сигналы в виде цифрового кода для установки величины ослабления в соответствующем управляемом аттенюаторе. Значение ослабления А, вносимого аттенюатором, устанавливается для каждого канала в пределах значений:

их

От величины Амин -п ДО величии1макс

ны Амакс 1пЬ

где Ux - амплитуда сигналов, подлежащих измерению на выходе испытуемой УЛЗ, с различной временной задержкой относительно входного сигнала УЛЗ; значение величины этих сигналов заданы относительно величины входного сигнала УЛЗ - DBX, при ЭТОМ DBX Ухмакс;

итмакс, UIMHH - максимальное и минимальное значения амплитуды рабочего диапазона входных сигналов усилителя.

Таким образом, диапазон амплитуд сигналов d, измеряемых в каждом из каналов, равен итмакс АUIMMH А.

Для перекрытия всего диапазона амплитуд сигналов D, действующих на выходе УЛЗ, требуется число каналов

П - г

При использовании управляемых аттенюаторов с аналоговым управлением в блоке 6 на выходах (например, с помощью потенциометров, входящих в блок 6) устанавливаются сигналы в виде постоянных напряжений, значения которых обеспечивают требуемое ослабление в соответствующем аттенюаторе.

Коммутатор 8 каждого из каналов пропускает сигналы с выхода аттенюатора 7 на вход усилителя 9 в течение времени действия управляющих импульсов (фиг.3е,ж,з,и), поступающих с одного из выходов распределителя 13 импульсов на вход коммутатора 8 соответствующего измерительного канала (фиг.Зе). При этом импульс Us, в частности импульс Уз (фиг.Зе,в), на выходе распределителя 13 соответствует по времени действию сигнала на входе линии 2 и открывает коммутатор 8 канала 3-1 на время его изменения.

Импульс ЦЈ (фиг.Зж) на выходе распределителя 13 задержан относительно импульса на первом выходе на время тзад и соответствует по времени выходному сигналу Ue (фиг.Зд) линии 2, задержанному на основное время задержки линии.

Импульс Uю (фиг.Зз) на одном выходе распределителя 13 задержан относительно импульса на другом выходе на время Зги соответствует по времени выходному сигналу Ue (фиг.Зд) линии 2, задержанному на тройное время основной задержки 3 т .

Импульс Un (фиг.Зи) на выходе распределителя 13 задержан относительно импульса на первом выходе на время, не равное т г, не совпадает с ними и соответствует сигналу Uy (фиг.Зл), задержанному на время п Т.

Сигналы с выхода коммутатора 8 соответствующего канала усиливаются усилителем 9, затем преобразуются в постоянное напряжение, пропорциональное максимальному значению напряжения сигнала за время открытого состояния коммутатора 8.

По окончании действия импульса на выходе распределителя 13 на его выходе, соединенном с АЦП формируется импульс Uiz Пуск (фиг.Зк), поступающий на вход АЦП измерительных каналов 3-1...3-п.

Сформированный импульс поступает второй вход АЦП 11 каждого из каналов и обеспечивает их работу для преобразования постоянного напряжения, поступающего с выхода типового детектора 10 на первый вход АЦП 11, а цифровой код. Затем через время, равное максимальному времени преобразования АЦП 11 каждого из каналов, на выходе распределителя 13

формируется импульс 1Нз Сброс (фиг.Зл), поступающий на вход 4 измерительных каналов для воздействия на второй вход пиковых детекторов 10 и обнуляющий их элемент

памяти.

На этом заканчивается процесс измерения входного и выходного сигналов УЛЗ 2 в одной частотной точке при воздействии на входе линии одиночного радиоимпульса.

При этом действие амплитуд сигналов происходит в уменьшенном динамическом диапазоне отдельных измерительных каналов. Попарно сравниваемые сигналы с выходов АЦП 11 соответствующих каналов 31...3-П поступают на входы делимого и делителя цифровых измерителей 12-1...12- m отношений. При этом на входах измерителя 12 отношений амплитуд сигналов после импульса 1Из (фиг.З) присутствуют измеряемые сигналы, поступающие с АЦП 11 в виде цифрового кода, сохраняющиеся неизменными до появления импульса Ui2.

Цифровой измеритель 12-1 отношений измеряет отношение сигнала с выхода канала 3-1 к сигналу с выхода канала 3-2.

Измерители 12-2...12-т отношений измеряют отношение сигнала с выхода канала 3-2 к сигналам с выходов каналов 3- З...З-n соответственно. Результаты измерений отношений с выходов измерителей отношений 12-1...12-т поступают на входы блока 14 обработки цифровых данных.

В блоке 14 обработки цифровых данных (фиг.2) сигналы, поступающие на его входы,

поступают на первый вход цифровых компараторов 17-1...17-т, на второй вход которых поступают сигналы с выходов формирователей 16-1...16-т опорного сигнала, значение которого устанавливается в

соответствии с заданным пороговым значением отношений амплитуд сигналов попарно сравниваемых каналов.

Значение N опорного сигнала в блоке 16 определяется нормами на значение N отношений амплитуд измеряемых сигналов в попарно сравниваемых каналах с учетом установленного затухания в аттенюаторах 7 сравниваемых каналов:

N

AI А2

N

N1 Ui

где Ai, Aa величина ослабления аттенюаторов соответствующих каналов;

Ui, Uz - величины сравниваемых сигна- лов, действующих на первых входах соответствующих каналов.

Результат сравнения с соответствующих выходов компараторов 17-1..17-т поступает на первые входы соответствующих

элементов И 18-1... 18-m для сигнала с первого выхода и на первые входы соответствующих элементов И 19- 1... для сигнала с второго выхода.

При измерении параметров выходных сигналов во всем рабочем диапазоне частот переключатели 21-1...21-т устанавливаются в положение замыкания контактов 1,2 и на вторые входы всех элементов И 18- 1 ...18-т и 19-1.,.19-т поступает сигнал лог. 1.

За время действия импульса Ui4 (фиг.Зм), поступающего на третий вход всех элементов И с второго выхода распределителя 13, происходит регистрация результа- тов измерений. Импульс Ui4 (фиг.Зм) на втором выходе распределителя (фиг.1) задержан относительно импульса Сброс на четвертом выходе распределителя 13 на время переходных процессов в измерите- лях 12 отношения амплитуд сигналов и цифровых компараторов.

При измерении параметров выходных сигналов на заданной частоте переключатели 21-1...21-т устанавливаются в положе- ние замыкания контактов 1.3. При этом вторые входы всех элементов 1/1 подключены к второму входу блока 14 обработки цифровых данных, на который поступает сигнал лог. 1 с второго выхода генератора 15 сту- пенчатого напряжения при значении напряжения, соответствующего заданной частоте на входе измеряемой линии 2.

При измерении части параметров во всей рабочей полосе частот переключатели соответствующих измерительных каналов устанавливаются в положении замыкания контактов 1,2.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения затухания сигналов ультразвуковых линий задержки, содержащее управляемый генератор, выход которого соединен с входными клеммами для подключения линий задержки, измеритель отношений амплитуд сигналов, выход которого соединен с первым входом блока обработки цифровых данных, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений, в Hefo введены генератор тактовых импуль- сов, распределитель импульсов, блок задания уставок, генератор ступенчатого напряжения, формирователь модулирующих импульсов, дополнительные измерители отношений амплитуд сигналов, а также п измерительных каналов, выполненных в виде последовательно соединенных управляемого аттенюатора, коммутатора, усилителя, пикового детектора и аналого- цифрового преобразователя, причем первый вход управляемого аттенюатора измерительного канала соединен с входными клеммами для подключения линий задержки, первые входы всех измерительных каналов, начиная с второго, соединены с выходными клеммами для подключения линий задержки, вторые входы управляемых аттенюаторов измерительных каналов соединены с соответствующими выходами блока задания уставок, вход распределителя импульсов соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а его первый выход - с входом генератора ступенчатого напряжения, первый выход которого соединен с первым входом управляемого генератора, а второй выход - с вторым входом блока обработки цифровых данных, третий вход которого соединен с вторым выходом распределителя импульсов, третий выход которого соединен с управляющим входом коммутатора первого измерительного канала и через формирователь модулирующих импульсов - с вторым входом управляемого генератора, четвертый выход распределителя импульсов соединен с управляющими входами пиковых детекторов всех измерительных каналов, управляющие входы аналого-цифровых преобразователей всех измерительных каналов соединены с пятым выходом распределителя импульсов, а управляющие входы коммутатора измерительных каналов, начиная с второго, соединены с соответствующими остальными выходами распределителя импульсов, выход аналого- цифрового преобразователя первого измерительного канала соединен с первым входом первого измерителя отношений амплитуд сигналов, второй вход которого сое- динен с выходом аналого-цифрового преобразователя второго измерительного канала и с первыми входами всех измерителей отношений амплитуд сигналов, начиная с второго, вторые входы измерителей отношений амплитуд сигналов, начиная с второго, соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей соответствующих измерительных каналов, начиная с третьего, выход второго и выходы каждого из последующих измерителей отношений амплитуд сигналов соединены с соответствующими остальными входами блока обработки цифровых данных.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что блок обработки цифровых данных содержит формирователи опорного сигнала, цифровые компараторы, две группы элементов И, переключатели и регистрирующий прибор, причем выход каждого формирователя опорного сигнала соединен с первым входом соответствующего цифрового компаратора, его первый выход соединен с первым входом соответствующего элемента И первой группы, а второй выход - с первым входом соответствующего элемента И второй группы, вторые входы элементов И первой и второй групп подключены к первому контакту соответствующего переключателя, вторые контакты которых соединены с шиной логической единицы, второй вход первого цифрового компаратора соединен с первым входом блока обработки цифровых данных, второй вход блока

0

обработки цифровых данных соединен с третьими контактами всех переключателей, а третий вход блока обработки цифровых данных соединен с третьими входами всех элементов И первой и второй групп, выход каждого из них соединен с соответствующим входом регистрирующего устройства, вторые входы цифровых компараторов, начиная с второго, являются соответствующими остальными входами блока обработки цифровых данных.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения затухания сигналов линии задержки. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерения уровней выходных сигналов ультразвуковой линии задержки в диапазоне значений измеряемых амплитуд как во всем рабочем диапазоне частот, так и в отдельных фиксированных частотных точках диапазона - достигается введением генератора 5 тактовых импульсов, распределителя 13 импульсов, блока 6 задания установок, генератора 15 ступенчатого напряжения, формирователя 4 модулирующих импульсов, дополнительных измерителей отношений амплитуд сигналов, измерительных каналов 3.1 - 3N, содержащих управляемый аттенюатор 7, коммутатор 8, усилитель 9, пиковый детектор 10 и аналого-цифровой преобразователь 11. Блок 14 обработки цифровых данных содержит формирователи опорного сигнала, цифровые компараторы, две группы элементов И, переключатели и регистрирующий прибор. Устройство также содержит управляемый генератор 1, испытуемую линию задержки 2, основные измерители отношения амплитуд сигналов. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Фиг. 2

Фиг.З