Стробоскопический измеритель временных интервалов Советский патент 1979 года по МПК G01R13/20 G04F10/02 

I

Изобретение относится к области приборостроения и измерительной техники и может быть использовано при измерении периодической последовательности наносекундных интервалов времени.

Известные стробоскопические измерители , содержащие два кварцевых генератора, имеют низкую точность и малое быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности является измеритель 2, содержащий детектор сигнала биений, включенный на выходе двух кварцевых генераторов, два стробоскопических смесителя, входами подключенные к входным клеммам измерителя и выходу формирователя стробимпульсов, 3 выходами подключенные к соответствующим усилителям, и блок управления.

Недостатками известного измерителя являются недостаточно высокое быстродействие и точность измерения.

Цель изобретения - повысить быстродействие и точность измерения.

Поставленная цель достигается тем, что измеритель снабжен двумя блоками измерения амплитуд, подключенными к выходу

блока управления, двумя коммутаторами, двумя блоками сравнения, двумя триггерами, блоком задержек, формирователем импульса запуска и блоком отсчета, при этом два входа первого коммутатора соединены, с двумя выходами усилителей, первый выход коммутатора соединен с первым входом первого измерителя амплитуды и с первым входом первого блока сравнения, второй выход коммутатора соединен с первым входом второго блока сравнения и с первым входом второго измерителя амплитуд, выходы первого и второго измерителя амплитуд соединены с вторыми входами соответствующих блоков сравнения, выходы которых соединены с входами первого триггера, блок задержек подключен к выходу первого кварцевого генератора и к входу формирователя импульса запуска, выходы блока задержек подключены к первому входу второго коммутатора, второй вход которого соединен с выходом второго кварцевого гене-ратора, выход детектора соединен с входом блока управления, выходы которого соединены с третьим входом второго коммутатора, с входами первого и второго триггеров, с первым входом блока отсчета, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, а выход второго триггера соединен с управляющими входами первого и второго кварцевых генераторов.

Структурная схема измерителя приведена на фиг. 1; на фиг. 2 (а, б, в, г, д, е, ж)- временные диаграммы работы.

Измеритель состоит из блока 1 управления детектора сигнала биений 2, блока отсчета 3, коммутатора 4, блока задержек 5, формирователя стробимпульсов 6, кварцевого генератора 7, стробоскопических смесителей 8 и 9, формирователя импульса запуска 10, усилителей 11 и 12, второго коммутатора 13, блоков 14 и 15измерения амплитуд, триггера 16, кварцевого генератора 17, триггера 18, блоков сравнения 19 и 20.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении импульса о конце снятия информации с внешних устройств (при внешнем запуске), либо импульса от электронного реле времени, установленного в блоке 1 управления, последний готов к началу измерения. С приходом импульса синхронизация от детектора сигнала биений 2, который опережает начало измеряемого интервала на определенную величину, на первом выходе блока 1 управления вырабатывается импульс, сбрасывающий показания блока 3 отсчета и подключающий коммутатор 4 к первому выходу блока 5 задержек. Блок 5 задержек позволяет установить четыре разных величины задержек сигнала, поступающего с кварцевого генератора 7, Сигналы с установленньгми задержками снимаются с соответствующих выходов. Сигнал с первого выхода блока задержек 5, пройдя коммутатор 4, поступает на формирователь стробимпульсов 6. Выходные короткие стробимпульсы формирователя стробимпульсов б подаются на стробоскопические смесители 8 и 9 (на фиг. 2а показан входной сигнал смесителя 8), на входы которых поступают сигналы от исследуемой схемы, запускаемой формирователем импульса запуска 10, вырабатывающим импульсы, синхронные сигналу кварцевого генератора 7. Таким образом, в стробоскопических смесителях 8 и 9 происходит стробирование сигнала в одной точке, определяемой установленной задержкой в блоке 5 задержек. При определенной величине задержки, соответствующей амплитуде исследуемого сигнала (установка амплитуды может контролироваться на экране низкочастотного осциллографа при помощи яркостной точки), выходной уровень стробоскопического смесителя 8 или 9 соответствует амплитуде исследуемого сигнала. Усиленный в усилителе 11 и прощедщий коммутатор 13 сигнал поступает на блок 14 измерения амплитуды. При помощи блока 1 управления в блоке 14 измерения амплитуды подключается (одновременно с включением первой за держки коммутатора 4) схема измерения и запоминания уровня сигнала. После определенного времени (фиг. 26), необходимо для измерения и запоминания этого уровня, блоком 1 управления производятся переключение коммутатора 4 к. второму выходу блока 5 задержек и подключение выходного уровня смесителя к второй схеме измерения и запоминания уровня в блоке 14 измерения амплитуд (импульс управления показан на фиг. 2в).

Величина второй задержки блока 5 задержек соответствует нулевому уровню исследуемого сигнала. После измерения второго уровня в блоке 14 измерения амплитуд производятся определение амплитуды исследуемого сигнала (разности измеренных уровней) и выставление соответствующего уровня начала отсчета интервала. Его величина выставляется оператором при помощи переключателя. Так как сигналы в первом и втором каналах могут быть задержаны относительно друг друга, то и задержки сигнала кварцевого генератора 7, устанавливаемые в блоке 5 задержек для измерения уровней нуля и амплитуды, будут различными. Измерение амплитуды и установка уровня конца измерения амплитуды аналогичны измерению амплитуды и установке уровня начала измерения. Таким образом, выходной сигнал стробоскопического смесителя 9 усиливается усилителем 12 и через коммутатор 13 подается на блок 15 измерения амплитуды. Блоком 1 управления коммутатор 4 подключается к третьему и четвертому выходам блока 5 задержек и включаются соответствующие ячейки измерения уровней в блоке 15 измерени-я амплитуд.

На втором выходе блока 1 управления вырабатывается импульс, опережающий начало измеряемого интервала на время, боль-. щее времени переходных процессов перестройки и кварцевых генераторов. Этим импульсом включается, триггер 18, переключающий частоты кварцевых генераторов 7 и 17.

После окончания цикла измерения амплитуд блок 1 управления переключает коммутатор . 4 (импульс управления показан на фиг. 2г), на формирователь стробимпульсов б поступает сигнал кварцевого генератора 17 (фиг. 2д). Кроме того, блок 1 управления снимает запрет включения триггера 18. При этом кварцевый генератор 7 служит для запуска последуемой схемы (определяет частоту повторения исследуемых сигналов), а кварцевый генератор 17 - для формирования стробимпульсоБ. На фиг. 2е показаны короткие стробимпульсы. Из-за отличия этих частот происходит последовательное стробирование исследуемого сигнала (преобразование его временного масштаба) . Коэффициент трансформации временного масштаба равен fr-fir где fr и fir - частоты кварцевых генераторов 7 и 17 соответственно. Преобразованные сигналы усиливаются усилителями 11 и 12 и поступают на коммутатор 13. Коммутатор 13 позволяет направлять сигналы первого и второго каналов на любой блок измерения амплитуд 14 и 15 и на соответствуюшую схему сравнения 19 и 20 по выбору оператора. Коммутатор 13 позволяет измерять как временйые интервалы между двумя сигналами, так и временные параметры импульса (в этом случае оба блока измерения амплитуд 14 и 15 и обе схемы сравнения 19 и 20 подается сигнал одного канала). На фиг. 2 показан преобразованный сигнал для случая измерения длительности импульса. При сравнении уровня сигнала, подаваемого на блок 19 сравнения, с постоянным уровнем, выработанным блоком 14 измерения амплитуд, блоком сравнения 19 вырабатывается импульс, переворачиваюш.ий триггер 16. При сравнении уровня сигнала, подаваемого на блок 20 сравнения, с уровнем, выработанным блоком 15 измерения амплитуд, блоком 20 сравнения вырабатывается импульс, возвращаюший триггер 16 в исходное положение. Выходной импульс триггера 16, по длительности равный длительности измеряемого временного интервала, подается на блок 3 отсчета, где заполняется счетными импульсами и счить1вается счетчиком. На табло отсчитывается длительность измеряемого временного интервала. Кроме того, импульс блока 20 сравнения поступает на блок 1 управления, где вырабатывается напряжение запрета повторного включения триггера 16, и переключает триггер 18. Переключением триггера 18 осуществляется перестройка частот кварцевых генераторов 7 и 17. При перестройке частот кварцевых генераторов 7 и 17 разность их частот резко возрастает, а коэффициент трансформации и период преобразованного сигнала значительно уменьшаются. После прихода следуюшего импульса запуска цикл измерения повторяется.

Применение новых элементов: схем сравнения, схемы синхронизации, блоков измерения амплитуд, двух коммутаторов, блока задержек, двух триггеров и схемы цифрового отсчета позволяет увеличить точность и уменьшить время измерения временных интервалов. Так, в прототипе переключение шага считывания управляется линией запервого и второго измерителя амплитуд соединены с вторыми входами соответствующих блоков сравнения, выходы которых соединены с входами первого триггера, блок задержек подключен к выходу первого кварцевого генератора и к входу формирователя импульса запуска, выходы блока задержек подключены к первому входу второго коммудержки и таким образом длительность линии задержки должна быть больше, чем наибольшая возможная длительность преобразованного интервала. Таким образом,, при измерениях коротких интервалов происходит потеря времени по сравнению с предлагаемым изобретением, где управление производится концом измеряемого интервала. Кроме того, в предлагаемом измерителе большой шаг считывания поддерживается до прихода импульса синхронизации, следуюшего после импульса конца снятия информации, что исключает потери времени измерения, имеюшие место в прототипе, когда импульс снятия информации вырабатывается сразу после начала преобразования временного интервала, и возможна потеря до одного периода преобразованного сигнала (так как и в прототипе переключение шага считывания определяется только исследуемым сигналом и не синхронизовано со схемой отсчета. В прототипе для измерения уровней сигналов расходуется в лучшем случае один период преобразованного сигнала, а в то время как в предлагаемом измерителе при помоши блока регулируемых задержек и стробирования в одной точке за время обратной перестройки шага считывания производится измерение этих уровней. Формула изобретения Стробоскопический измеритель временных интервалов, содержаший детектор сигнала биений, включенный на выходе двух кварцевых генераторов, два стробоскопических смесителя, входами подключенных к входным клеммам измерителя и выходу формирователя стробимпульсов, а выходами подключенных К- соответствующим усилителям, и блок управления, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости и точности измерения, он снабжен двумя блоками измерения амплитуд, подключенными к выхоДУ блока управления, двумя коммутаторами, двумя блоками сравнения, двумя Tpiirге.рами блоком задержек, формирователем импульса запуска и блоком отсчета, при этом два входа первого коммутатора соединены с двумя выходами усилителей, первый выход коммутатора соединен с первым входом первого измерителя амплитуды и с первым входом первого блока сравнения, второй выход коммутатора соединен с первым в.хоДОМ второго блока сравнения и с первым входом второго измерителя амплитуд, выходы

татора, второй вход которого соединен с выходом второго кварцевого генератора, выход детектора соединен с входом блока управления, выходы которого соединены с третьим входом второго коммутатора, с входами первого и второго триггеров, с первым входом блока отсчета, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, а выход второго триггера соединен с управляющими входами первого и второго кварцевых генераторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 418804, кл. G 01 R 13/20, 1974,

2.Авторское свидетельство № 464823, кл. G 01 R 13/20, 1975 (прототип).

ЛЛЛЛтЧАЛАДАЛЛЛЛЛА

w