Анализатор амплитудно-временных параметров случайных сигналов Советский патент 1992 года по МПК G01R23/00 

сл

00

Изобретение относится к измерительой технике и может быть использовано в стройствах скоростного амплитудно-вреенного анализа случайных сигналов и их бработки в цифровых вычислительных маинах.

Известен анализатор амплитудно-вреенных параметров случайных процессов.

Недостаток данного устройства заклюается в невысокой чувствительности анаиза в результате неучета широкого разброса электрофизических параметров приемно-детектирующих ячеек фотоприемной матрицы, а также изменения их параметров, обусловленных старением.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является анализатор амплитудно- временных параметров случайных процессов, выполненный на базе электронно-лучевого визуализатора регистрируемого сигнала и устройства съема и обработки сигнала с помощью фотодиодной матрицы.

Принцип работы данного анализатора основан на фотодетектировании световых сигналов Фс (t) фотоприемной матрицей (ФМ) с выхода визуализатора, считыванием выходных электрических сигналов ФМ Uc.i (где i - позиционный номер элементарной детектирующей ячейки (ФМ) и их последовательным преобразованием в бинарный цифровой код (О или 1) путем порогового сравнения интенсивности выходных сигналов каждого 1-го детектора ФМ Uc.i с интенсивностью шумовых сигналов детекторов ФМ Dm., зарегистрированных перед фотодетектированием процесса cl{t) . При этом для получения цифрового бинарного кода сигналов Uc.i каждого 1-го детектора ФМ необходимо осуществление следующей последовательности действий: считывание из первого v/ цифрового кода интенсивности шума i-rc детектора ФМ; преобразование цифроаналоговым преобразователем данного кода в электрический аналог Uiu.i; счи- тывание выходного сигнала Uc.i i-ro детектора ФМ; сравнение Uc.i и Uui.i на компараторе; запись в i-ю ячейку второго ЗУ 1 при Uc.i Uuj.i или О при Uc.i S Uiu.l. Данная многоэтапная процедура резко снижает скорость обработки информации ФМ, что является причиной ухудшения прочности анализа импульсных процессов с уменьшением их длительности, так как время собственного хранения электрического образа процесса в ФМ ограничено величиной порядка 200-500 мкс и зависит от их интенсивности и длительности. Представление информации входных процессов бинарным кодом ограничивает функциональные возможности анализатора, например, не позволяет анализировать процессы с экранов электрооптических преобразователей (ЭОП), в которых информация представляется двухмерным распределением интенсивности света.

Цель изобретения - расширение области использования анализатора путем обеспечения измерения ультракоротких

импульсных сигналов. Цель изобретения достигается путем введения вычитающего устройства и новой совокупности функциональных связей. На чертеже представлена структурная

схема анализатора.

Анализатор содержит блок 1 визуализации регистрируемого сигнала, фотоприемную матрицу (ФМ) 2, аналоговый коммутатор (АК)3, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, первое и второе запоминающие устройства (ЗУ) 5 и 6, блок 7 управления (БУ), счетчик 8, вычитающее устройство (ВУ) 9, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 10, видеоконтрольное

устройство (ВКУ) 11, входную шину 12 анализатора, шину 13 Пуск и выходные шины 14 и 15.

Блок 1 визуализации служит для преобразования входного анализируемого процесса U(t) короткой длительности в оптический образ данного процесса (ВД . В качестве блока визуализации могут быть использованы стандартные приборы: скоростные электронно-лучевые осциллографы, электрооптические преобразователи и др. Фотоприемная матрица 2 представляет собой многоэлементный матричный (координатный) фотодетектор (фотодиодная матрица, фотоматрицэ ПЭС и др.) и служит для

преобразования входного светового процесса E(t) блока 1 визуализации в электрический эквивалент напряжения (тока). АК 3 осуществляет последовательную коммутацию выходных сигналов Ui элементарных

фотодетекторов ФМ 2 на вход АЦП 4, который преобразует значения Ui в цифровые коды, поступающие затем на хранение в первое и второе цифровые ЗУ 5 и 6. ЗУ 5 служит для запоминания информации с геометрической неоднородности электрофизических параметров (интенсивности шума Um.О детектирующих ячеек ФМ 2, а ЗУ 6 - для запоминания цифрового образа процесса U(t). Счетчик 8 обеспечивает формирова5 ние диаграммы работы анализатора путем задания последовательности адресных кодов опроса ФМ 2, коммутации АК 3, записи и считывания информации в ЗУ 5 и 6. Вычитающее устройство ВУ 9 служит для компен

сации шумовой составляющей иш из результатов измерений сигнальной составляющей Uc.i путем вычитания кодов сигнальной и шумовой составляющей для каждого 1-го детектора ФМ 2, т. е. для получения разности кодов в виде

All, .i ,О)

где Uc.i - код интенсивности сигнала Uc.i 1-го детектора ФМ 2;

Uuj.i - код интенсивности шума 1-го де- тектора ФМ 2.

ЦАП 10 обеспечивает преобразование

кодов величин A Uc.i в аналог величин A Uc.i Uc.i - Uuj.i для их визуального отображения на ВКУ 11. Блок 7 управления служит для управления работой анализатора.

Анализатор работает следующим образом.

При отсутствии сигнала U(t) на шине 12 по сигналу Пуск (шина 13) анализатор ус- танавливается в режим записи темнового шума ФМ 2. При этом ЗУ 5 работает в режиме записи информации с АЦП 4, а ЗУ 6- в режиме считывания. С БУ 7 по шине проходят тактирующие импульсы на управляющий вход АЦП 4, а по шине поступают на счетный вход счетчика 8, который перед началом цикла записи темнового шума обнуляется по шине сигналом Пуск и в соответствии с тактовыми импульсами формирует адресные коды опроса ФМ 2, коммутации АК 3, записи в ЗУ 5 и считывания ЗУ 6. Импульсы переполнения счетчика 8 блокируются по шине, визуализация информации на ВКУ 11 блокируется по шине. Опрос элементов ФМ 2 и перебор адресов ЗУ 5 синхронизированы между собой. В этой связи интенсивность шума иш.1 каждой i-той ячейки ФМ 2 записывается по i-му адресу в ЗУ 5. В результате в ЗУ 5 формируется цифровой образ геометрической неоднородности темнового шума ФМ 2. Процесс записи темнового шума циклически повторяется с 1-го по n-ый адрес до момента появления на шине 12 входного сигнала U(t).

С момента появления сигнала U(t) анализатор автоматически переводится в режим записи сигнала U(t). При этом данный сигнал преобразуется в блоке визуализации 1 в световой эквивалент Ф(1) и затем осуществляется его съем и считывание с выходов ФМ 2. В данном режиме ЗУ 5 переводится в режим считывания и обнуля- ется счетчик 8 по шине. При этом ЗУ 6 пере- водится в режим записи, тактовые импульсы по шине поступают на вход адресного счетчика 8. В результате в ЗУ 6 записы

5

0

°

0

0

вается цифровой образ процесса U(t) по однократному циклу опроса всех элементов матрицы ФМ 2. Процесс записи сигнала U(t) прекращается по сигналу переполнения счетчика 8, который поступает в БУ 7 по шине.

С момента поступления сигнала переполнения анализатор автоматически переводится в режим вывода и индикации информации на ВКУ 11. При этом ЗУ 5 и ЗУ 6 находятся в режиме считывания, тактовые импульсы управления АЦП 4 блокированы, счетчик 8 формирует адресные сигналы считывания, сигналом по шине ВКУ 11 устанавливается в режим визуализации аналога

информации ALЈ.i Uc.i - U&.i .определяемой выражением (1) и преобразованной для наблюдения в аналоговую величину ЦАП 10. Процесс считывания информации ЗУ 5 и ЗУ 6 и визуализации разности AUC Uc.i - Uuj.i на экране ВКУ 11 многократно повторяется до момента прихода на шину 13 импульса Пуск.

На экране ВКУ 11 наблюдается входной быстропротекающий процесс, скомпенсированный на двухмерную,функцию темнового шума ФМ 2. С момента поступления импульса Пуск указанный алгоритм работы анализатора повторяется для регистрации очередного входного процесса U(t).

Таким образом, из алгоритма работы данного анализатора исключен ряд операций прототипа. Это позволило более чем вЗ раза повысить быстродействие анализатора. При этом быстродействие считывания информации с ФМ 2 также повышено в 3 раза, что позволило во столько же раз уменьшить и требуемое время хранения электрического образа используемого процесса в ФМ 2, а соответственно в 2-3 разз уменьшить погрешность анализа ультракоротких процессов вследствие уменьшения погрешности хранения ФМ 2, которая пропорциональна времени хранения. Одновременно анализатор позволяет получать цифровые образы не только осциллографи- ческих изображений, но также и двухмерных многоградационных полей, например, с экранов ЭОП, что существенно расширяет область использования анализатора для анализа ультразвуковых импульсных процессов.

Формула изобретения

Анализатор амплитудно-временных параметров случайных сигналов, содержащий блок визуализации регистрируемого сигнала, вход которого является входной шиной анализатора, фотоприемную матрицу, вход которой оптически связан с выходом блока

визуализации, э выход через последовательно соединенные аналоговый коммутатор и аналого-цифровой преобразователь подключен к информационным входам первого запоминающего блока, второй запоминающий блок, выход которого является первой выходной шиной анализатора, блок управления, первый вход которого подключен к входной шине анализатора, второй вход которого подключен к шине Пуск,а первый выход которого подключен к управляющему входу второго запоминающего блока, счетчик, информационный вход которого подключен к второму выходу блока управления, шина Сброс которого подключена к третьему выходу блока управления, шина переполнения которого подключена к третьему входу блока управления, а информационные выходы которого подключены к адресным шинам фотоприемной матрицы и второго запоминающего блока, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и видеоконтрольный блок, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования путем измерения ультракоротких импульсных сигналов, введен вычитающий блок, первая группа входов которого подключена к информационным выходам второго запоминающего блока, а выход соединен с входом цифроаналогового преобразователя, информационные выходы счетчика подключены к адресным шинам аналогового коммутатора и первого запоминающего блока, управляющий вход которого подключен к четвертому выходу блока управления, пятый выход которого подключен куправляющему входу аналого-цифрового преобразователя, а шестой выход соединен с управляющим входом видеоконтрольного блока, информационные входы второго запоминающего блока подключены к выходам

аналого-цифрового преобразователя, а информационные выходы первого запоминающего блока являются второй выходной шиной анализатора и соединены с второй группой входов вычитающего блока.

Использование: в устройствах скоростного амплитудно-временного анализа случайных сигналов и их обработки в цифровых вычислительных машинах. Сущность изобретения: содержит блок 1 визуализации, матрицу 2, коммутатор 3, АЦП 4, запо- минающие устройства 5, 6, блок 7 управления, счетчик 8, вычитающий блок 9, ЦАП 10, контрольный блок 11, входную шину 12 анализатора, шину Пуск и выходные шины 14,15. Особенностью изобретения является использование матрицы в сопряжении с вычитающим блоком и использование обратной связи в качестве вычитающего блока, что позволяет расширить область применения за счет измерения ультракоротких импульсных сигналов. 1 ил.