Цифровое измерительное стробоскопическое устройство Советский патент 1980 года по МПК G01R13/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в системах ускоренного измерения параметров периодических, сигналов.

Известно стробоскопическое измерительное устройство с цифровым оточетом содержащее стробоскопический преобразователь, синхронизатор, генераторы пилообразного и ступенчатого напряжений и импульсов зон, компаратор, электроннолучевую трубку и . цифровой измеритель временных интервалов 1 .

Недостатками этого устройства являются низкие скорость и точность измерений.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является цифровое измерительное стробоскопическое устройство, содержащее синхронизатор, генератор пилообразного напряжения, генератор ступенчатого напряжения, компаратор, делитель числа сигналов, блок регистращии и ансшо го-цифровой преобразователь 2. i

Недостатком этого устройства является низкая скорость измерения параметров периодических сигналов, что

обусловлено появлением ; избыточных отсчетов при уменьшении верхней граничной частоты спектра и увеличе-ши

5 длительности .сигналов.

С целью повьвиения скорости измерения параметров периодических сигналов, цифровое измерительное стробоскопическое устройство, содержащее

10 синхронизатор, вход которого соединен с измерительным входом устройства, а выход - с входом генератора пилообразного напряжения, выходом подключенного к первому входу компаратора, второй вход которого связан

15 с первым генератора ступенчатого, напряжения, и делитель числа сигналов, вход которого соединен с выходом сигнала конца цикла блока 20 регистрации и обработки, снабжено линейным аналоговым ключевым элементом, элементом И-НЕ, регистром кода, измерительными компараторами, тремя элементами ИЛИу реверсивным генерато25 ром ступенчатого напряжения, делителем напряжения, включающим декады резисторов со ступенями от R до . . , распределителем сигналов, шунтовыми ключевыми элементами, бло-ком управления сжатием данных, формирователём сигнала, делителем , числа йигнгшов на два, двумя ключеьыми эле ментами, триггером, элементом И и счетчиком импульсов, выход которого соединен с вторым информационным вхо дом блока регистрации и обработки, счетный вход - с входом генератора ступенчатого напряжения и выходом первого ключевого элемента, а-вход{сброса - с выходом делителя числа сигналов, BTOpJM входом сброса блока управления сжатием данных, вторым вх дом элемента И и первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу делителя числа сигналов на дйа, а второй вход - к выходу формирователя сигнала и второму входу второго элемент,а ИЛИ, первый вход которого связан с выходом сигнсша конца цикла блока регистрации и обработки, а выход. с входом сброса регистра Кода, выход которого соединен с первым инфорМационным входом блока регистрации .и обработки, кодовые входы -.с выходами измерительных коМп ар авторов, пер-. вый кодовый вход - е первым входом элемента И-гНЕ, второй вход которого подключен к выходу, компаратора, второму входу делителя числа сигналов на два, входу стробирования блока управления сжатием данных, первому входу.второго ключевого элемента и второму в ходууправления линейного аналогового-ключевого элемента, первый, вход управления которого связан с выходом синхронизатора, вход - с измерительным входом устройства, выход - с первыми входами измерительных компараторов, а третий вход управления - с выходом триггера и третьим входом второго ключевого элемента, второй вход которого соединен с выходом сигнала отсчета блока управления сжатием данных и первым входом первого ключевого элемента, аВЫХОД - с входомсигнала приема кбда блока регистрации и обработки и первым 1ВХОДОМ триггера, вторым входом подключенного к выходу сигнали конца блока регистрации и обработки, вход сигнала концаизмере ний которогчэ связан с выходом элемен та И, а третий информационный вход с кйдовым выходом распределителя сиг налов, .вход запуска которого соедине .с выходом первого элемента ИЛИ, входом запуска реверсивного генерато ра ступенчатого напряжения и входом формировйтеля сигнала, первый вход реверса - с первым входом .первого ИЛИ, первымвходом реверса реверсивного генератора ступенчатого напряжения, выходом к-го измери-рельного компаратора, (к-1)-ым в ходом сигнала уровня отсчёта блока управл ния сжатием данных, второй вхсда реверса - с шлходом элемента И-НЕ, вторым входом первого элемента ИЛИ и вторым входом реверса реверсивного генератора ступенчатого напряжения, выход которого подключен ко второму входу к-го измерительного компаратора и выводу последней младшей декады резисторов со ступенью делителя напряжения, вывод первой старшей декады которого связан с общей шиной устройства, соединенные друг с другом выводы декад резисторов со ступенями Rr со вторыми входами измерительных компараторов, выводы декад резисторов со ступенями R-10 и Н - с выходами шунтовых.ключевых элементов, управляюпше входы кЪтортлх соединены с выходами управления распределителя сигналов, причем выход второго .измерительного компаратора подключен к первому входу сигнала уровня Отсчета блока сжатия данных, первый вход сброса которого связан с первым входом первого ключевого элемента, вторым входом соединенного с выходом делителя числа сигналов на два, а первый вход элемента И подключен ко второму выходу генератора ступенчатого напряжения, БЛОК .управления сжатием данных включает отдельный элемент ИЛИ, отдельный триггер и группы взаимосвяэанныгс элементов, каждая из которых содержит два элемента И, элементы НЕ и ИЛИ и триггер, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход - с выходом первого элемента И, а выход с BTOpbiM входом второго элемента И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, а первый вход к выходу элемента НЕ, вход которого связанс первым входом первого эле- , мента и и входом сигнала уровня отсчета данной группы, причем вторые входы первйХ элементов И и третьи входы вторых элементов И всех групп соединены с входом стробирования блока управления сжатием данных, вторые входы элементов ИЛИ всех групп пбдключень к первому входу сброса блока управления сжатием данных, а выходы вторых элементов И и триггеров всех групп связаны с входами отдельного элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом отдельного триггера, второй вход которого подключен ко второму входу сброса блока управления .ем данных, а выход к ылходу сигнала отсчета блока управления сжатием данных. Структурная электрическая схема устройства представлена на чертеже. Устройство состоит из измерительного входа 1, линейного аналогового ключевого, элемента 2, сИнхрониз-атора 3, генератора 4 пилообразного наг ряжения, компаратора 5, генератора б ступенчатого напряжения., элемента и-НЕ 7; регистракода 8, к-измерительных компараторов 9, первого элемента ИЛИ 10, реверсивного генератора 11 ступенчатого напряжения с входом 12 запуска, первым входом 13 реверса, вторым входом 14 реверса и выходом . делителя напряжения, включающего декады, резисторов 16, 17 18 со ступенями: R,,,, , и .;соответственно; распределителя 19 сигналов с входом 20 запус ка, первым входом 21 реверса, вторым входом 22 реверса, кодовым выходом 23 и выходами 24 управления; шунтовых ключевых элементов 25, блока 26 регистрации и обработки с информационными входами 27, входом 28 сигнала приема кода, выходом .29 сигнала конца цикла и входом 30 сигнала конца измерений, блока управления сжатием данных, включающего (к-1) групп взаимосвязанных элементов, каждая из которых содержит элемент НЕ 31, первый 32 и второй 33 элементы И,тригге 34, элемент ИЛИ 35, а также включающего отдельный элемент ИЛИ 36, отдел ный триггер 37, вход 38 стробирования, выход 39 сигнала отсчета, первый 40 и второй 41 входы сброса и .входы 42 сигналов уровней отсчета; формирователя 43 сигналов, второгоэлемента ИЛИ 44, делителя 45 числа сигналёв на два, первого ключевого элемента 46, делителя 47 числа сигна лов, третьего элемента ИЛИ 48, счет чика 49 импульсов, второго ключевого элемента 50, триггера 51 и элемента И 52.. ..., Устройство работает следующим образом, В исходном положении шунтовые клю чевые элементы 25 шунтируют декады резисторов 16, 17, 18, линейный аналоговый элемент 2 закрыт сигнашом синхронизатора 3, выходное напряжени реверсивного генератора 11 установле но на уровне первой ступени, первый. ключевой, элемент 46 открыт, а второй ключевой элеме.нт 50 закрыт, С появлё . нием-измеряемого сигнала импульсом синхронизатора 3 открывается аналр.го вый ключевой элемент 2 и запускается генератор 4, В момент равенства пило образного напряжения генератора 4 и ступенчатого напряжения генератора б в компараторе 5 формируется стробимпульс, который вновь запирает аналоговый ключевой элемент 2, Дискретный максимальный уровень части измеряемого сигнала, прошедшей на выход ключевого элемента 2, фиксируеч-ся измерительными компараторами 9, кото рые представляют его единичным кодом При этом кодируется приращение измеряемой величины в пределах младией декады кода. Равномерная в пределах младшей декады шкала уровней квантования формируется Делителем напряжения, включающего декады резисторов 16 17, 18, Ступень приращения напряжения реверсивного генератора 11 ступенчатого напряжения равна младией декаде кода. При комтиутации ступеней резисторов 16,- 17 делителя напряжения.,величин а ттриращения напряжения на каждой ступени резисторов 18 относительно соседней остается всегда постоянной так как-пропорционсшьно изменению сопротивления делителя одновременно меняется и величина выходного напряжения генератора li, питающего делитель, но при .каждом переключении генератора 11 абсолютное значение напряжения на каждой ступени резисторов 18изменяется на величину, соответствующую мпадв ёй декаде кода, : Если текущее . значение измеряемого сигнала превышает установленный уровень выходного напряжения генератора 11, то генератор 11 переключается сигналом сравнения к-го компаратора через элемент ИЛИ 10. Одновременtwo распределитель.19 включает декаду резисторов 16 или 17, Сигнал сравнения также включает или подтверждает направление .реверса генератора И и распределителя 19, Если измеряемой сй-гнал становится по абсолютному значению меньше выходного напряжения генератора 11, то выходной сигнал первого измерительного компаратора 9 равен нулю и очередной стро.б-импуль с через элемент И-НЕ 7 переключает направление реверса генератора 11 и распределителя 19 и с задержкой в элементе ИЛИ 10 переводит генератор II и распределитель 19в новоесостояние, Задержка .строб-импульса, поступающего в цепь запуска генератора 6, делителем 45 Числа сигналов на лва исключает переключение генератора 6 в момент достижения измеряемам сигнал.ом уровня отсчета и., обеспечиваетпереключение устройства в р1ежйм накопления, соответствующий уровню отсчета. ф1я исключения избыточных дискретных отсчетов в блок 26 передают лишь те отсчеты, которые достигают ypoiSнейг, заданных по шкале квантов, образованной декадой резисторов 18, При достижении измеряемом сигналом одного из этих уровней блок уп. равления сжатием данных формирует Сигнал (выход 39), разрешающий отсчет. Блок управления сжатием данных работает следующим образом. Если/ величина измеряемого си,гнала. возрастает, то при достижении уровня отсчета на выходе , соответствующего измерительного компаратора 9 генерируется сигнал отсчета и с появлением очередного строб-импульса на входе ЗВ на Ёыходе первого элемэнта И 32 данной группы появляется сигнал, который переключает триггер 34,выходным сигналом которого черёз элемент ИЛИ 36 пёр«эклк чается триггер 37. Триггеры 34 запоминают временноеположени текущих отсчетов из меряемой величины .при ее аозрастаний. Тем самым исклю даётся повторное формирование сигий;лов о счёта на уже считанных уровня измеряемого сигнала при его повторе ййи в циклах стробирйвания, Отдельный триггер 37 запоминает временное положение строб-имплуьса . к моменту досфйжёния измеряемым сигналов соот вётс Ующе го уровня отсчета и при переключении через выход 39 сигнала отсчета cjBOHM выходным сигналом блокирует , клпочевой элемент 46 и деблокирует ключевой элемент 50, Тем самлм с фор мированием строб-импульса в очередном цикле стробирования все устройст во переходит в режим накопления дан,Нйх is йдной и той же точке сигнала по шкале времени в соответствии с ДОСтигйут ам УЕ)Овйёй отсчета. Теперь каждым йтроб-импульсом через открыты ключевой элемент 50 и через вход 28 сигнала приема кода блока 26 регистр ции и .обработки выполняется отсчет i кода дискретного значения измеряемой величины в ОДНОЙ и той же I . Количествсэ такихотсчетов оп редел яёГтей коэ ффицйёнтом пересчет а делителя 47 числа ЪиГНалов, На время каждого- считывания кода три|гер 51 блокирует п ерёДaW стррб-ИмггульСов в блок 26 регистрации и обработки, которые могут появиться из-за отсутствий в общем случаесинхронизации между источником изШряё1йй5с и блоком 26. ОднбврШёМно сйгн айом триггер а 51 блокируётся ан а логоБый ключевой.элемент 2, чтобы исключить кодирование входной ШЯйчины и переключение ячеек регистра 8 йо время считывания и передачи . кода, сигналом с выхода 29 конца цикла регистрации кода блока 26 вновь переключается триггер 51, разрешая прохождение Одного строб-ййпульса ключевой элейёйт 50 и Очерёдной прием кода данного дискрет ного значения измеряемой величины. Однов1рёменно с передачей кода. Мла|зр)ей декадал из регистра 8 в блок 26 передается код состояниярас преде . лйтеЛя 19 сяигналОй, т.е. крД всех старших декад считанного дискретного значГёййя измеряемой величины. После каждого приема кода .текущегр дрЬёретнргР Значения и/змеряемргр . сигнала блок 26 посылает сигнал c6jp са такЯсе и в регистр 8. Этим же сиг налом через триггер 51 ключевой эле кент 2 подготёшливаёттся к прйё си нШгГсинхрюяйзатора 3, с появлением кбторогд )йв 1ётс:я й епЬгЩ измеряемргр сигнала на измерительные компараторы 9. Д|элитель 47 числа сигналов осуществляет пересчет числа импульсов сброса, благодаря чему реализуется режим на1ЙбпЛёния цифровых данных и 3 мере ни я к аждого т е куще го ди скре тмого значения измеряемого процесса. С появлением сигнала на выходе . . делителя 47 цикл накопления данных в соответствии с достигнутым уровнем от счет а з aft анчивается.Этим си гн ал ом делитель 45 сбрасывается в исходное состбяние и одновременно переключается триггер 37, выходным сигналом которого вновь деблокируется ключевой элемент 46 и блокируется ключевой элемент 50. Выходным сигналом делителя 47 сбрасывается в исходное состояние также и счетчик 49, который подсчитывает чисзло строб-импульсрв между соседними отсчетами измеряемой величины. Число йтроб-импульсов, зафикси рованноё счетчиком 49, соответствует времени нарастания измеряемой величины между соседними уровнями отсчета. Код со счётчика 49 пёреяа; тся в блок 26.„ : С завершением цикла накопления цикли стробиро&ания повторяютсЯ аналогично описанHOWV и в случае нарастания изменяемой величины продолжаются до момента достижения этой величиной следующего уровня отсчета. Если измеряемая величина;не достигнув следующего уровня отсчета, начнет . уменьшаться, то после того, как она станет меньше ранее достигнутого уровня отсчета, соответствующий измерительный компаратор изменит свой единичный сигнал на нулевой. Нулевой сигнал компаратора инвертируется элементом НЕ 31, подключенЗ|ымк этому ,комПс1рат6ру и с появлением текущего строб-импульса на выходе элемента . И 33 в цепи элемента НЕ 31 появляется еДй йичньлй сигнал, так как на третьем входе элемента И 33 присутствует единичный сигнал триггера 34, который переключился в предыдущем цикле стробирования, когда изме зяемая величина возрастала С появлением единичного сигнала элемента И 33 этот сигнал через элемент HJDf 35 данной группы элементов переключает связанный с ним триггер 34, а через элемент ИЛИ 36 этот же сигнал переключает отдельный триггер 37, после чего устройство вновь переходит в режим накоплений данных анало ично описанному. Время формирования сигналакомпаратором 9 при достижении измеряемрй величиной соответствующего уровня отсчета и врегет появления ближайшего строб-импульса в сЛУ.чае не совпадают. Поэтому Каждое стробйрование измеряемой величины и ее дискретный отсчет в ре жиме накопления данных сйещёнйпо уровню и во времени относительно точ ки отсчета, определяемой соответству щим опорные уровнем. Количество измерительных компараторов выбирают, исходя иэ требуемого шага квантования измеряемой величины по уровню, из этих компарато- ров одновременно используется и для задания шага дискретизации измеряймой величины по времени с учетом минимального шага дискретизаций, определяемого Строб-импульсами, и априор ных прикидовных оценок спектральных и временных параметров сигналов. Для того, ЧТО&1 положение элементов блок управления сжатием данных и регистрж 8 соответствовало изменившимся с пер . ключе ни ем Генератора 11 сигналам KOMJ параторов 9, с появлением сигнала за пуска генератора 11 в формирователе 43 формируется сигнал сброса. Этот сигнал передается в цеписброса регистра 8, блока сжатия данных, делителя 45 числа сигналов на два и одновременно блокирует возможную net eдачу строб-импульсов через ключевой злемент 46 на время переключения этих блоков. Измерения заканчиваются регистрацией последнего дискретного. значения измеряемой величины после, завершения цикла накопления. Об этом блоку 26 сигнализирует злемент И 52 по совпадению сигналов последней Ступени генератора б и делителя 47, После регистрации совокупности дискретных значений начинается режим обработки данных и восстановления исходной измеряемой величины, Изобретение позволит повысить скорость измерений параметров периодичес ких сигналов с иэменяюцимися в широком диапазоне формой, длительностью И уровнем благодаря переходу от равно мерного к HepaBHoMejJHOMy шагу дискрет зации,. Формула изобретен11я 1. Цифровое измерительное стробоскопическое устройство, содержащее синхронизатор, вход которого соединен, с .измерительным входом устройства, а выход - с входом генератора пилообразного напряжения, выходом подключенного к первому входу компаратора, второй вход которого связан с первь1м выходом генератора ступенчатого напря жения/ и делитель числа сигналов, вход которого соединен с выходом сигнала конца цикла блока регистрации и обработки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения скорости измерения параметров периодических сигналов, оно снабжено линейнымi аналоговым ключевым элементом, элементом И-НЕ,, регистром кода,измерительными компараторами, тремя элементами ИЛИ, реверсивным генератором ступенчатого напряжения, делителем напряжения, включающим декады резисторов со ступенями от R до R-10 распред1елителем сигналов, шунтовыми ключевыми элементами, блоком управления сжатием данных, фop иpOвaтeлeм сигнала, делителем числа сигналов на два, двумя ключевыми элементами, триггером, элементом И и счетчиком импуль сов, выход которого соёдийен с вторым информационным входом блока регистрации и обработки, четный вхОдс входом генератора ступенчатого капряжения и выходом первого ключевого элемента, а вход сброса - с выходом делителя числасигналов, вторымвходом сброса блока управления сжатием данных, вторым входом элемента И и первым входом третьего эйейента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу делителя числа сигналов на два, а второй вход - к выходу формирователя сигнала и второму входу второго элемента ИЛИ, первый вход которого связан с выходом сигнала конца цикла блока регистрации и обработки, а выход - с входом сброса регистра кода, выход которого соединен с первым информационным входом блока регистрации и обработки,кодовые входа - с выходами измерительны: компараторов, первый кодовый вход - с первым вхо;.ом элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу компаратора, второму входу делителя числа сигналов Два, вхОду стробирования блока управления сжатием данных, первому входу второго ключевого элемента и второму входу управления линейного аналогового ключевого з;.емента, первый вход управления которого связан с выходом синхронизатора, ;вход - с измерительным входом у стройства, выход - с первыми входами измерительных компараторов, а третий вход управления - с выходом триггера и третьим входом второго ключевого элемента, второй вход которого соединен с выходом сигнала отсчета блока управления сжатием данных и первым входом первого ключевого элёмёнта, а вйхёд с входом сигнала приема кода блока регистрации и обработки и первым входом триггера, йторым входом подключенного к выходу сигнала конца цикла блока регистрации и обработки, вход сигнала конца измерений которого связан с выходом элемента И, а третий информационный вход - с кодовым выходом распределителя сигналов, вхОд запуска которого соединен с выходом первого элемента.ИЛИ, входом запуска реверсивного генератора ступенчатого напряжения и входом формирователя сигнала, первый