Стробоскопический преобразователь периодических электрических сигналов Советский патент 1980 года по МПК G01R13/22 

Изобретение относится к электроизмеритель ной технике и может быть, исгюльзовано в стробоскопических осциллографах. Известен стробоскопический преобразовател содержаицш смеситель, формирователь стробимпульсов, генераторы быстрого и ступенчатого пилообразных напряжений, блок сравнения, усилитель-расширитель и блок индикации 1 . Недостатком этого устройства является низ кая точность преобразования, обусловленная влиянием аддитивных шумов н временных нестабильностей. Наиболее близким к данному изобретениюпо технической сущности является стробоскопический преобразователь, содержащий стробоскопический смеситель, формирователь стробимпульсов, генераторы быстрого и ступенчатого пилообразных напряжений, блок управления, накопительный фильтр и решающее устро ство 2. Недостатком этого устройства, осуществляющего многократное стробированне в одной точке, является низкая точность преобразования. Цель изобретения - повьшение точности преобразования. Цель достигается тем, что стробоскопический преобразователь периодических электрических сигналов, содержащий стробоскопический смеситель, первый вход которого соединен с шиной исследуемого сигнала, выход - с входом усилителя-расширителя, а второй вход с выходом формирователя стробимпупьсов, вход которого подключен к выходу блока сравнения, первый вход которого связан с выходом генератора быстрого пилообразного напряжения, а второй вход - с первым выходом генератора ступенчатого пилообразного напряжения, второй выход которого соединен с первым входом блока индикации, и блок синхронизации, вход которого подключен к шине исследуемого сигнала, а выход - к входу генератора быстрого пилообразного напряжения, снабжен коммутатором, M-t-1 элементами памяти, двумя кольцевыми сдвиговыми регистрами, одноразрядным сдвиговым регистром, блоком И, элементом задерж.кй, триггером, сумматором, масштабным усилителем, блоком сброса и формирователем

374

импульсов запуска, вход которого соедт ен с выходом блока сравнения, а выход - с первым входом блока И и входом первого кольцевого сдвигового регистра, вход сброса которого подключен к первому выходу блока сброса, а выходы - ко входам коммутатора, вход которого связан с выходом усилителя-расширителя, а выходы - с входами записи элементов памяти входы сброса которых соединены с вторым выходом блока сброса, входы стирания - с выходами второго кольцевого сдвигового регистра а выхеды - с входами сумматора, выход которого подключен к входу масштабного усилителя, а вход управления - к выходу элемента задержки, вход которого связан с выходом

блока И и входом одноразрядного сдвигового регистра, выходом соединенного свходом второго кольцевого сдвигового регистра, а входом сброса с третьим выходом блока сброса, четвертый выход которого подключен к входу сброса второго кольцевого сдвигового регистра вход - ко второму выходу генератора ступенчатого пилообразного напряжения, а пятый выход - к первому входу триггера, второй вход которого связан с (М-1)-ым выходом первого кольцевого сдвигового регистра, а выход - со вторым входом блока И, причем шестой выход блока сброса соединен со входом сбро са масштабного усилителя, выход которого подключен ко второму входу блока индикации Кроме того, первый и второй кольцевые сдвиговые регистры могзт быть выполнены с управляемой разрядностью, а масштабный усилитель- с дискретно перестраиваемым коэффициентом передачи.

Структурная электрическая схема устройства йредставлёна на чертеже.

Устройство состоит из стробоскопического смесителя 1, усилителя-ра сширителя 2, форййрователя 3 стробимпульсов, блока 4 синхронизащш. Генератора 5 быстрого пилообразного напряжения, блока 6 сравнения, генератора 7 ступенчатого пилообразного напряжения, коммутатора 8, М+1 элементов 9 памяти, первого и второго кольцевых сдвиговых регистров 10 и И (в каждом регистре М+1 разрядов), одноразрядного сдвигового регистра 12, блока И 13, элемента 14 задержки, триггера 15, сумматора 16, масштабного усилителя 17 (с коэффициентом передачи, равным f/М). блока 18 сброса, формирователя 19 импульсов запуска и блока 20 индикации.

Устройство работает следующим образом. В моменты равенства быстрого и ступенчатого пилообразных напряжшин генераторов 5 и 7 формируются импульсы запуска формирователя 3 стробимпульсов. Строимпульсы, поЬтупающие в смеситель 1, последовательно сдвигаются вдоль исследуемого отрезка сигнала и

считывают его мпговенные значения. Эти мгновенные значения запоминаются усилителем-расширителем 2 и поступают на вход коммутатора 8. Импульс, запускающий формирователь стробимпульсов, подается на вход формирователя 19, выходной импульс которого поступает на вход первого сдвигового регистра 10. Выходные импульсы первого сдвигового регистра 10 управляют коммутатором 8, который распределяет выборки по элементам 9 памяти: при появлении импульса на первом выходе регистра 10 производится запись первой выборки в первый элемент 9 памяти, при появлении импульса на втором выходе регистра 10 производится запись выборки во второй элемент 9 памяти ..., при появлении импульса на (M-l)-OM выходе регистра 10 производится запись выборки в (М-1)-ый элемент 9 памяти и одновременно перевод триггера 15 в состояние, разрешаюшее прохождение импульсов через блок И 13. М-ый выходной импульс формирователя 19, который Bbi3biBaet появлений импульса на М-ом выходе регистра 10 вследствие чего очередная выборка записьгвается в М-ый элемент 9 памяти, поступает через блок И 13 на вход одноразрядного сдвигового регистра 12 и через элемент 14 задержки - на вход управления сумматора 16, разрешая суммирование записанных в элементах 9 памяти выборок исследуемого сигнала. Сумма М выборок с выхода сумматора 16 подается через масштабный усилитель 17 на сигнальный вход блока 20 индикации.

Задержка элемента 14 компенсирует время, необходимое для перезаписи информации в элементах 9 памяти. Вследствие того, что регистр 11 запускается выходным импульсом одноразрядного сдвигового регистра 12, он срабатывает относительно регистра 10 с запаздыванием на один импульс.

(М+1)-ый импульс запуска вызывает появление импульса на (М+1)-ом выходе рег1ястра 10, вследствие чего производится запись в (М+1)-ы элемент памяти, и обушговливает появление импульса запуска регистра 11. На первом выходе регистра Ц возникает импульс, который стирает информацию, записанную в первом элементе 9 памяти. Записанные в остальных элементах 9 памяти выборки суммируются в сумматоре 16, в результате чего на выходе масштабного усилителя 17 формируется сигнал, равный среднему значению М выборок, начиная со сторой. При появлении следующего за (М+1)-ым импульсом запуска импульс возникает на втором выходе регистра 11 и осуществляется стирание информации, записанной во втором элементе 9 памяти. Записанные во всех элементах 9 памяти, кроме второго, выборки суммируются в сумматоре 16, и на выходе масштабного усилителя 17 формируется сигна равный среднему значению М выборок. Далее процессы повторяются аналогично в течение цикла преобразования исследуемого сигнала, определяемого длительностью ступенчатого пилообразного напряжения- В момент окончания цикла преобразования генератор 7 формирует импульс, поступающий на вход бло ка 18 сброса. Выходные импульсы бло;ка 18 сброса устанавливают регистры 10 - 12 и триг гер 15 в исходное состояние и стирают инфор цию, записанную в ячейках 9 памяти, после че го, с началом следующего цикла преобразования, процессы последовательной регистрации выборок исследуемого сигнала повторяются. Чтобы уменьшить искажения сигнала при усреднении групп последовательных отсчетов сигнала из-за сглаживания высокочастотных составляющих спектра сигнала, используются сдвиговые регистры 10 и 11 с управляемой разрядностью и, соответственно, масштабный усилитель 17 с дискретно перестраиваемым коэффициентом передачи, что позволяет умень шить количество усредняемых выборок при большом отношении сигнал/шум на выходе усилителя-расширителя 2. Изобретение позволяет уменьшить влияние шумов, повысить точность обработки сигналов и минимизировать суммарную ступень искажений сигнала. Формула изобретения 1. Стробоскопический преобразователь периодических электрических сигналов, содержащий стробоскопический смеситель, первый вход которого соединен с шиной исследуемого сигнала, выход - с входом усилителя-расширителя, а второй вход - с выходом формирователя стробимпульсов, вход которого подключен к выходу блока сравнения, первый вход которого связан с выходом генератора быстротх) пилообразного напряжения, а второй вход - с первым Твыходом генератора ступенчатого пилообразного напряжения, второй выход которого соединен с первым входом блок индикации, и блок синхронизации, вход которого подключен к шине исследуемого сигнала, а выход - к входу генератора быстрого пилообразного напряжения, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности преобразования, он снабжен коммутатором, М+1 элементами памяти, двумя кольцевыми сдвиговыми регистрами, одноразрядньп с сдвиговым регистром, блоком И, элементом задержки, триггером, сумматором, масштабным усилителем, блоком сброса и формирователем импульсов запуска, вход которого соединен с вь1Ходом блока сравнения, а выход - с первым входом блока И и входом первого кольцевого сдвигового регистра, вход сброса которого подключен к пербому выходу блока сброса, а выходь - к входам коммутатора, вход которого связан с выходом усилителярасширителя, а выходы - с входами записи элементов памяти, входы сброса которых соединены с вторым выходом блока сброса, входы стирания - с выходами второго кольцевого сдвигового регистра, а выходы - с входами сумматора, выход которого подключен к входу масштабного усилителя, а вход управления к выходу элемента задержки, вход которого связан с выходом блока И и входом одноразрядного сдвигового регистра, выходом соединенного с входом второго кольцевого сдвигового регистра, а входом сброса- с третьим выходом блока сброса, четвертый выход которого подключен к входу сброса второго кольцевого сдвигового регистра вход - ко второму выхоДу генератора ступенчатого пилообразного напряжения, а пытый выход - к первому входу триггера, второй вход которого связан с (М-1)ым выходом первого кольцевого сдвигового регистра, а выход - со вторьш входом блока И, причем шестой выход блока сброса соединен со входом сброса масштабного усилителя, выход которого подключен ко второму входу блока индикации. 2. Стробоскопический преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй кольцевые сдвиговые регистры вьшолншы с управляемой разрядностью, а масштабный усилитель- с дискретно перест-, раиваемым коэффициентом передачи. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Рябинин Ю. А. Стробоскопическое осщшлографированне сигналов наносекундной длителыюсти. М., Советское радио, 1968, с.9. 2. Авторское свидетельство СССР М 392413, кл. G 01 R 13/30, 1973 (прототип).