Цифровой измеритель длительности одиночных электрических импульсов Советский патент 1992 года по МПК G01R29/02 

выходом формирователя импульсов, выходы первого и второго элементов ИЛИ соеди- нены соответственно с установочным входом и входом сброса триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходами устройства сравнения и инвертора, а выходы - с первым вторым входами третьего эле- мента ИЛИ, вход блока анализа соединен б угфаШяющим входом устройства выборки и хранения, информационный вход которого подключен к первому входу вычитающего усилителя и является третьим вхо- дом блока анализа, второй вход блока анализа соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, а выход является выходом блока анализа, четвертый вход блока анализа соединен г. вторым входом вычитающего усилителя, выходы аттенюатора и формирователя модуля напряжения соединены соот- аетственно с входом опорного напряжения и информационным входом устройства сравнения, выход которого соединен с входом инвертора.

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового измерителя: на фиг. 2 - структурная схема блока анализа; на фиг. 3 - принцип разделения периода следования импульсов с генераторов пилообразного напряжения на зоны.

Цифровой измеритель длительности содержит формирователь стэрт-импульса 1, формирователь 2 стоп-импульса, формирователь 3 импульса стандартной длительности, элементы 4-6 ИЛИ соответственно с первого по третий, первый и второй генераторы 7 и 8 пилообразного напряжения, первый и второй нуль-органы 9 и 10, компаратор 11, формирователи 12-14 импульсов соответственно с первого по тре- тий, элемент 15 И, счетчик 16 импульсов, блок 17 анализа и четвертый элемент 18 ИЛИ. Выход 19 блока 2. выход 20 блока 3, выход 21 блока 7, выход 22 блока 8, выход 23 блока 13, выход 24 блока 14, выход 25 блока 12 соединены соответственно с входами блока анализа с первого по седьмой.

Блок 17 анализа (фиг. 2) содержит элементы 26-28 ИЛИ с первого по третий соот- ветственно, триггер 29, устройство выборки и хранения 30, аттенюатор 31, вычитающий усилитель 32, формирователь 33 модуля напряжения, устройство 34 сравнения, инвертор 35, формирователь 36 импульсов,

элементы 37-39 И с первого по третий соответственно.

Измеритель работает следующим образом.

Формирователи 1 и 2 старт- и стоп-импульсов вырабатывают короткие импульсы, соответствующие началу и концу измеряемого импульса на заданном уровне напряжения. Старт-импульс через элемент ИЛИ 4 поступает на первый вход генератора пилообразного напряжения (ГПН) 7, который запускается и вырабатывает линейно нарастающее напряжение. После поступления стоп-импульса через элемент ИЛИ 6 на второй вход генератора 7, он переключается на формирование линейно падающее напряжение. При достижении им нулевого значения, срабатывает нуль-орган 9 и импульс с формирователя 12 через элемент 4 вновь запускает ГПН 7 на формирование линейно нарастающего напряжения. Для ГПН 8 роль старт-импульса играет стоп-им- пульс, а роль стоп-импульса - импульс с выхода формирователя 12. Крутизна линей-- но нарастающих и линейно падающих напряжений у генераторов 7 и 8 одинакова, следовательно на их выходах образуются последовательности треугольных импульсов, сдвинутые друг относительно друга на половину периода следования, который в свою очередь равен удвоенной длительности измеряемого импульса. Эти последовательности поступают на входы компаратора 11, который срабатывает в моменты равенства этих значений. Таким образом, на выходах формирователей 12, 13 и 14 образуются последовательности импульсов, которые на выходе элемента ИЛИ 5 формируют последовательность импульсов с периодом следования, равным половине длительности измеряемого импульса.

Эта последовательность и импульс стандартной длительности с выхода формирователя 3, запускаемого в момент прихода измеряемого импульса, поступают на входы элемента И 15. В течение импульса стандартной длительности импульсы с элемента 5 проходят через элемент И 15 и подсчитываются счетчиком 16 импульсов. Измеряемая длительность определяется из выражения: Т D/N, где Т - длительность измеряемого импульса, N - число импульсов, зафиксированных счетчиком 16, D - длительность стандартного импульса.

Период следования треугольных импульсов с генераторов 7 и 8 разбивается (фиг. 3) на 8 зон равной длительности, причем зоны с нечетными номерами начинаются от момента формирования одного из импульсов на выходе элемента ИЛИ 5, а

зоны с четными номерами заканчиваются с приходом следующего импульса этой последовательности. Особенность работы измерителя заключается в добавлении к общему числу импульсов счетчика 16 добавочного импульса в том случае, когда момент окончания импульса стандартной длительности попадает в одну из четных зон. Для нечетных зон добавочный импульс не формируется.

Для достоверного определения номера зоны (четного или нечетного) в которой находится фаза сигналов с ГПН блоком 17 анализа (фиг. 2) анализируются следующие факторы; какой из блоков сработал послед- ним - 7, 8 или 11; соотношение разности между мгновенными значениями напряжений с генераторов 7 и 8 и максимального напряжения (по фиг. 2-е генератора 7). Зонам с первой по восьмую соответствуют следующие значения указанных параметров:

При этом |AUl (Unm - UrriH2 I, Umax/2 - половина максимального значения напряжение генератора 7.

Блок 17 определяет зону, в которой находится напряжение ГПН 7 в момент окончания импульса стандартной длительности и в зависимости от ее номера (четного и нечетного) определяет необходимость до- бавления импульса в счетчик 16. Блок анализа работает следующим образом:

На информационный вход устройства 30 выборки и хранения поступает напряжение с выхода 21 ГПН 7. В момент прихода стоп-импульса с выхода 19 блока 2 мгновенное (максимальное) значение напряжения с генератора 7 запоминается в устройстве 30. Напряжение Umax с выхода устройства 30 делится аттенюатором 31 в два раза. На входы вычитающего усилителя 32 поступают сигналы с генераторов 7 и 8. На выходе блока 32 формируется напряжение, равное мгновенной разности входных напряжений, и поступает на вход формирователя модуля 33 напряжения, на выходе которого формируется сигнал I Д U I, Сигналы с выходов блоков 31 и 33 подаются соответственно на вход опорного напряжения и информационный вход устройства сравнения 34. на выхо- де которого формируется единичный сигнал при I AU / Umax/2 и нулевой при A U Umax/2, инвертирующийся на блоке 35.

При срабатывании формирователя 12 или 13 триггер 29 через элементы И 25 или 23 и элемент ИЛИ 26 устанавливается в .единичное состояние, а сигналом с формирователя 14 через элемент ИЛИ 27 - в нулевое, определяя последний сработавший блок-9, 10 или 11.

Сигналы с выходов блоков 29, 34 и 35 подаются на элементы И 37 и 38. На выходе элемента И 37 формируется единичный сигнал при нахождении сигнала с ГПН 7 во второй или шестой зонах, а с выхода элемента 38 формируется единичный сигнал при сигнале с ГПН 7, находящемся в четвертой или восьмой зонах (фиг. 3). На выходе элемента ИЛИ 28, таким образом, формируется единичный сигнал, при нахождении сигнала с ГПН 7 в четных зонах.

При окончании импульса стандартной длительности по его заднему фронту срабатывает формирователь 36 и формирует импульс опроса на элемент И 39, с выхода которого формируется сигнал при нахождении в этот момент сигнала с генератора 7 в четной зоне. Этот сигнал через элемент ИЛИ 18 добавляется в счетчик 16, а также устанавливает триггер 29 в исходное состояние, после чего устройство готово к обработке следующего измеряемого импульса.

Исходное состояние узлов измерителя: блоки 16, 29 - в нулевом состоянии, уровень сигналов с генераторов 7 и 8 - также нулевой,

Так как в течение первого треугольного импульса с генератора 7 сигнала с генератора 8 нет, во время первого треугольного импульса на срабатывает компаратор 11, что требует для обеспечения постоянной точности измерителя во всем диапазоне измерений установки счетчика 16 перед началом измерения в состояние с содержимым, равным единице.

Таким образом, погрешность заявляемого устройства максимально равна одной восьмой периода треугольного импульса с генератора 7, что в два раза ниже, чем абсолютная погрешность основного изобретения; точность данного изобретения в два раза выше, при том же быстродействии устройства.

Формула изобретения

1. Цифровой измеритель длительности одиночных электрических импульсов, содержащий формирователь старт-импульса, формирователь стоп-импульса, формирователь импульса стандартной длительности, три элемента ИЛИ, два генератора пилообразного напряжения, элемент И, счетчик, последовательно соединенные первый нуль-орган и первый формирователь импульсов, последовательно соединенные компаратор и третий формирователь импульсов, последовательно соединенные второй нуль-орган и второй формирователь импульсов, причем входы формирователей

старт-импульса, стол-импульса и импульса стандартной длительности подключены к входу измерителя, а выходы соединены соответственно с первыми входами первого и третьего элементов ИЛИ и с первым входом элемента И, выход первого элемента ИЛИ подключен к первым входам генераторов пилообразного напряжения и второго элемента ИЛИ, выход третьего элемента ИЛИ

-к вторым входам генераторов пилообраз- ного напряжения и второго элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, а выход

-с вторым входом элемента И, выход первого генератора пилообразного напряже- ния подключен к входу первого нуль-органа

и первому входу компаратора, выход второго генератора пилообразного напряжения - к входу второго нуль-органа и второму входу компаратора, выходы первого и второго формирователей импульсов соединены соответственно с вторыми входами первого и третьего элементов ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений при том же быстродействии, в него вве- дены блок анализа и четвертый элемент ИЛИ, причем выходы формирователей стоп- импульса и импульса стандартной длительности, генераторов пилообразного напряжения, формирователей импульсов соединены с соответствующими входами блока анализа, первый и второй входы четвертого элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами элемента И и блока анализа, выход четвертого элемента ИЛИ подключен к счетному входу счетчика импульсов.

2, Измеритель поп 1,отличающий- с я тем, что блок анализа содержит три элемента ИЛИ, три элемента И, триггер, после-

довательно соединенные устройство выбор- ки и хранения и аттенюатор, последовательно соединенные вычитающий усилитель и формирователь модуля напряжения, устройство сравнения, инвертор и формирователь импульсов, причем первый и второй входы первого элемента ИЛИ являются соответственно седьмым и пятым входами блока анализа, первый и второй входы второго элемента ИЛИ соединены соответственно с шестым входом блока анализа и выходом формирователя импульсов, выходы первого и второго элементов ИЛ И соединены соответственно с установочным входом и входом сброса триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первым входам первого и второго элемента И, вторые входы которых соединены соответственно с выходами устройства сравнения и инвертора, а выходы - с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ, первый вход блока анализа соединен с управляющим входом устройства выборки и хранения, информационный вход которого подключен к первому входу вычитающего усилителя и является третьим входом блока анализа, второй вход блока анализа соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, а выход является выходом блока анализа, четвертый вход блока анализа соединен с вторым входом вычитающего усилителя, выходы аттенюатора и формирователя модуля напряжения соединены соответственно с входом опорного напряжения и информационным входом устройства сравнения, выход которого соединен с входом инвертора

гз

Яш.8 / /

Вш.7

/

/

/Ч

/

/

/