СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СИГНАЛОВ Советский патент 1971 года по МПК G06J3/00 

Изобретение относится к преобразованию и кодированию информации.

Известны стробоскопические цифровые измерители сигналов, содержащие строб-блок со смесителем, усилителем, расширителем, формирователем строб-импульсов, схемой сравнения, генератором быстрой пилообразной развертки и устройство управления строб-блоком.

Однако такие измерители недостаточно точны и быстродейственны.

Предложенный цифровой измеритель сигналов отличается от известных тем, что в нем устройство управления строб-блоком содержит блок отработки компенсационных напряжений на смесителе и схеме сдвига строб-импульсов, вход которого через нуль-орган соединен с выходом усилителя-расширителя, а выходы через два преобразователя дискретных величин в непрерывные подключены соответственно к смесителю и схеме сравнения, причем блок отработки компенсационных напряжений содержит функциональный сумматор с входными регистрами двух чисел, первый из которых подключен к рабочему регистру хранения результатов измерений мгновенных значений исследуемого сигнала и кодов отклонений этих значений от средних величин, к регистру усреднения и хранения средних величин, к регистру одного из преобразователей дискретных величин в непрерывные, к регистру хранения кода

текущего времени и к регистру кода числа измерений, а второй соединен со вторым рабочим регистром хранения результатов вычислений истинных значений текущих замеров, с накопительным регистром хранения суммы последовательных измерений одних и тех же величин, со сдвиговым регистром формирования компенсационных кодов и с тумблерными регистрами узла управления; накопительный регистр подключен через группу вентилей к регистру получения средних значений при различном числе замеров, регистр хранения кода текущего времени соединен с регистром второго преобразователя дискретных величин в непрерывные, а выход функционального сумматора подключен ко входам первого и второго рабочих регистров, регистра текущего значения времени, регистров преобразователей и накопительного регистра.

Это позволяет расширить функциональные возможности измерителя, повысить его быстродействие и точность.

На фиг. 1 дана блок-схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема вычислительыого блока отработки компенсационных напряжений.

Устройство состоит из стробоскопического блока /, цифрового вычислительного блока отработки компенсационных напряжений 2,

дискретных величин в ненрерывные 4 и 5 (см. фиг. 2). Синхронизация работы устройства осуществляется от внешнего генератора 6 импульсов, следующих с частотой не выше iO кгц.

В состав стробоскопического блока входят генератор быстрой пилообразной развертки 7, схема сравнения 8, формирователь строб-импульсов 9, смеситель 10 и усилитель-расширитель 11.

Блок огработки компенсационных напряжений 2 унравляет работой преобразователей 4 и 5, производит необходимую обработку цифровой информации, получаемой в процессе измерений, и осуществляет вывод результатов вычислений.

Преобразователи 4 н 5 имеют одинаковую конструкцию и управляются двоичными кодами от блока 2.

Напряжение с выхода преобразователя 5 поступает на схему сравнения S строб-блока 1, которая срабатывает и выдает сигнал на выходе в момент совпадения мгновенного значения пилообразного напряжения генератора 7 с постоянным нанряжением на выходе преобразователя 5. Передний фронт сигнала с выхода схемы сравнения 8 нроизводит запуск формирователя 9.

С выхода преобразователя 4 снимается компенсирующее напряжение смещения, которое подается на вход смесителя 10. В смесителе 10 это напряжение суммируется с напрял :ением измеряемого сигнала, поступающего от исследуемого объекта 12. Суммарное нанряжение определяет уровень отсечки строб-импульсов, поступающих в смеситель W из формирователя 9. Результирующий сигнал с выхода смесителя 10 усиливается и расширяется усилителем-расширителем П, с выхода которого поступает на вход нуль-органа 3. В зависимости от того, достигнет или нет величина сигнала с усилителя-расширителя 11 порога срабатывания нуль-органа 3, последний вырабатывает сигнал «больше или «меньше, который поступает в блок 2 и интерпретируется как сигнал со значениями 1 или 0. На основании значения сигнала нуль-органа 5 блок 2 производит соответствующие изменения двоичного кода, управляюшего преобразователем 4.

Если сигнал с выхода нуль-органа 3 имеет значение 1, то величина напрялсения смещения меньше мгновенного значения напряжения исследуемого сигнала в момент поступления строб-импульса в смеситель 10. Поэтому для полной компенсации следует увеличить напряжение смещения, что достигается прибавлением некоторого двоичного числа к коду, управляющему преобразователем 4. Если сигнал нуль-органа 5 имеет значение О, то производится обратная операция, т. е. вычитание.

Таким образом, в измерителе сигналов осуществляется отрицательная обратная связь, которая приводит к тому, что абсолютная величина напряжения на выходе преобразователя 4 стремится к величине напряжения измеряемого сигнала в момент появления стр импульса, а выходной сигнал усилителя-расширителя // стремится к нулевому уровню нуль-органа 3,

Для исключения влияния медленного дрейфа строб-блока 1 нрограмма работы блока 2 предусматривает поочередное измерение входного сигнала в момент /, и в момент t 0. Последний формирует два кода x(ti) и Хо, а затем вычисляется разность y(ti)x(ti)-Хо, которая принимается за истинное значение сигнала в момент t-ti. Значение сигнала в момент 0 принимается за «нулевой входной уровень.

Для повыщения точности измереннй, а именно для уменьщения случайных погрешностей, устройство проводит многократные измерения мгновенного значения сигнала в один и тот же момент времени, с последующим усреднением

результатов yi(ti) по 1, 16, 32, 64 и 128 замерам, т. е. вычисляет среднее значение у (/;) по формуле

y(ti}-j Uyj(f),

где Л - число замеров.

Для того чтобы иметь более полное представление об измеряемой величине, необходимо знать, кроме среднего значения, также

/среднее отклонение Аг/(/г). По величине среднего отклонения определить интервал доверительности при заданном числе усреднений (замеров). Среднее отклонение вычисляется по формуле

Л

Дг/(,-) Д y(ti}-yi(ti)Вычисление средних отклонений производится за два цикла замеров величин yi(ti) (, 2,..., N). За время одного цикла определяется

y{ti), за время второго вычисляется &,y(ti).

В ходе выполнения программ измерения

мгновенных значений исследуемого сигнала

блок 2 осуществляет носледовательный сдвиг

строб-импульсов в результате прибавления к

коду ti кода приращения А.

Значение следующего момента временн определяется по формуле

ti+i ti + M

, 2, 3, ..., т-, т), /1 0.

Измерения ведутся до определенного момента времени Т

tm-i T tmНаряду с измерением мгновенных значений исследуемого сигнала в устройстве предусмотрена возмол{ность измерения момента времени t(xo) для заданного уровня сигнала XQ. В этом режиме измерения в самом начале работы устройства на входе преобразователя 4 устанавливается код Хо, который не изменяется в процессе измерения, а на входе преобразоваследуемый сигнал возрастает (положительная первая производная по времени), то с выхода нуль-органа 3 в блок 2 поступает сигнал со значением «О. Это означает, что величина хо больше мгновенного значения в моменте . Поэтому для полной компенсации следует сдвинуть момент измерения по времени на некоторую величину. Это достигается прибавлением некоторого двоичного числа к коду, управляющему преобразователем 5. Если исследуемый сигнал убывает во времени (отрицательная первая производная по времени), то сигнал с выхода нуль-органа 3 изменяет свое значение на 1, которая интерпретируется так же, как необходимость сдвига момента измерения по времени. В состав блока отработки компенсационных напряжений (см. фиг. 2) входят функциональный сумматор 13, регистр 14 первого числа 14, регистр 15 второго числа 15, регистры 16 и 17 управления преобразователями 16 и 17, регистры для хранения результатов промежуточных вычислений 18-23, выходные регистры 24 и 25, тумблерные регистры пульта управления 26-30 и сдвиговый регистр 31. Все арифметические операции производятся 19-разрядным сумматором 13 с последовательными переносами, который работает в обратном коде. Операнды хранятся в 12-разрядном регистре 14 и 19-разрядном регистре 15. Старшие разряды сумматора 13 и регистров 14 и 15 интерпретируются как знаковые. Знак первого числа (12-й разряд регистра 14) передается на входы 12-19 разрядов сумматора 13. В ходе выполнения программы в регистр 14 передаются числа в прямом коде из регистров 17, 19, 21, 22 и 23, в регистр 15 передаются числа прямым кодом из регистров 18, 26, 27, 31 и код +1 (1 в младший разряд), и обратным кодом из регистров 20, 29 и 31. В блоке все триггеры регистров работают с предварительной установкой в «О (при передаче прямого кода) или в «1 (при передаче обратного кода). В последнем случае код поступает с единичных выходов передающего регистра на нулевые входы принимающего. 11-разрядный регистр 16 используется только для хранения кода, управляющего преобразователем 5, II-разрядный регистр 17 - для хранения кода, управляющего преобразователем 4, и в качестве дополнительного регистра для передачи промежуточного результата в регистр 14. Сдвиговый регистр 31 используется для хранения и преобразования кода приращения, прибавляемого и вычитаемого из кодов, управляющих преобразователями 4 и 5, в результате передач в регистр второго числа 15, функционального сумматора 13. Остальные регистры используются соответственно для хранения результатов промежуточных вычислений, в качестве входных или в качестве регистров управления. Предмет изобретения Стробоскопический цифровой измеритель сигналов, содержащий строб-блок со смесителем, усилителем-расширителем, формирователем строб-импульсов, схемой сравнения, генератором быстрой пилообразной развертки и устройство управления строб-блоком, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности и быстродействия, в нем устройство управления строб-блоком содержит блок отработки компенсационных напрялсений на смесителе и с.хеме сдвига строб-импульсов, вход которого через нуль-орган соединен с выходом усилителя-расширителя, а выходы через два преобразователя дискретных величин в непрерывные подключены соответственно к смесителю и схеме сравнения, причем блок отработки компенсационных напряжений содержит функциональный сумматор с входными регистрами двух чисел, первый из которых подключен к рабочему регистру хранения результатов измерений мгновенных значений исследуемого сигнала и кодов отклонений этих значений от средних величин, к регистру усреднения и хранения средних величин, к регистру одного из преобразователей дискретных величин в непрерывные, к регистру хранения кода текущего времени и к регистру кода числа измерений, а второй соединен со вторым рабочим регистром хранения результатов вычислений истинных значений текущих замеров, с накопительным регистром хранения суммы последовательных измерений одних и тех же величин, со сдвиговым регистром формирования компенсационных кодов и с тумблерными регистрами узла управления; накопительный регистр подключен через группу вентилей к регистру получения средних значений при различном числе замеров, регистр хранения кода текущего времени соединен с регистром второго преобразователя дискретных величин в непрерывные, а выход функционального сумматора подключен ко входам первого и второго рабочих регистров, регистра текущего значения времени, регистров преобразователей и накопительного регистра.