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

довательно включенные синхронизатор, генератор пилообразного напряжения и первый компаратор, генератор ступенчатого напряжения, подключенный к первому компаратору, строб-преобразователь, один вход которого и вход синхронизатора подсоединены ко входу устройства, другой вход строб-преобразователя подключен к выходу первого компаратора, а выход к измерительному входу аналогоцифрового компаратора, а выход - к измерительному входу аналогоцифрового преобразователя, кодовый выход которого соединен с соответствугацим входом блока регистрации и обработки, а также делитель числа сигналов, введены второй компаратор, последовательно соединенные источник опорного напряжения, дифференциальный элемент третий компаратор, а также счетчик, три ключа, три элемента ИЛИ, элемент И-НЕ, два элемента И,элемент НЕ, два триггера, формирователь задержанного сигнала, реверсивный генератор ступенчатого напряжения, делитель числа импульсов на два-, причем один из входов первого ключа соединен с одним входом аналого-цифрового преразователя, другой вход - со входом делителя числа импульсов на два, второго триггера и строб-преобразователя , треоий вход - с одним из входов счетчика, другим входом делителя числа импульсов на два, второго и третьего ключей, второго элемента И, первого триггера и реверсивного генератора ступенчатого напряжения, выход делителя числа сигналов соединен с одним из входов первого элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом третьего ключа, а выход с входом генератора ступенчатого напряжения, третий вход третьего ключа соединен с выходом делителя числа импульсов на два, один вход которого соединен с выходом первого компаратора и с одним из входов четвертого ключа, другой вход которого соединен с выходом блока регистрации и обработ ни, а выход - с одним из входов третьего элемента ИЛИ и входом делителя числа сигналов, выход генератора ступенчатого напряжения соединен через второй элемент И с одним из входов блока регистрации и обработки и другим входом второго триггера, выход которого соединен с другим входом третьего элемента ИЛИ и с одним входом элемента И-«Е, другой вход которого соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ, выходом второго компаратора и другим входом реверсивного генератора ступенчатого напряжения, третий вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход -С одним входом второго компаратора и другим входом дифференцирукляего элемента, выход элемента И-НЕ соединен

с одним входом второго элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом первого элемента И и с четвертым входом третьего элемента ИЛИ, один вход первого элемента И через первый элемент НЕ соединен с выходом третьего компаратора и с другим входом первого триггера, выход которого соединен с другим входом первого элемента И, выход строб-преобразователя соединен с одним входом второго и третьего компараторов и аналогоцифрового преобразователя,другой вхо которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, а выходы - с входами формирователя задержанного сигнала, второго ключа и блока регистрации и обработки, выход формирователя задержанного сигнала через второй ключ соединен с третьим входом блока регистрации и обработки, четвертый вход которого соединен с выходом счетчика.

Схема устройства представлена на чертеже.

Устройство имеет вход 1 и содержи строб-преобразователь 2, синхронизатор 3, генератор пилообразного напряжения 4, первый ключ 5, счетчик б, первый компаратор 7, генератор ступечатого напряжения 8, первый элемент ИЛИ 9, делитель числа сигналов 10, первый элемент и 11, первый элемент НЕ 12, первый триггер 13, второй элемент ИЛИ 14, второй компаратор 15, третий компаратор 16, дифференцирующий элемент 17, источник опорного напряжения 18, элемент И-НЕ 19, аналогцифровой преобразователь (АЦП) 20 с одним входом 21, другим входом 22 и выходами 23 и 24, третий элемент ИЛИ 25, второй триггер 26, формирователь 27 задержанного сигнала, второй ключ 28, делитель 29 числа импульсов на два, третий ключ 30, реверсивный генератор ступенчатого напряжения 31 с входами 32 и 33, и 34, второй элемент И 35, блок регистрации и обработки 26, четвертый ключ 37.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчик 6 сброшен в нулевое положение, выходной сигнал триггера 13 равен нулю, выходные напряжения генератора ступенчатого напряжения (ГСН) 8 и реверсивного (ген) 31 равны нулю, все ключи 5, 28 и 30 открыты. С появле нием измеряемого сигнала на входе 1 в компараторе 7 известным образом формируется строб-импульс, в соответствии с котором на выходе стробпреобразовйтеля 2 выделяется текущее дискретно-преобразованное значение измеряемого сигнала. Выходное напряжение строб-преобразователя 2 сравнивается в компараторе 15 с напряжением реверсивного ГСН 31, а в компараторе 16 с напряжением того

же ген 31, fo уменьшенным дифференциальным элементом 17 на величину, соответству1сяцую одной ступени реверсивного ген 31 и заданную источником опорного напряжения 18.

Шаг стробирования, т.е. сдвиг строб-импульсов по шкале времени, который определяет шаг временной дискретизации измеряемого сигнала (повторяющегося), делают минимальным (выбором соответствующих параметров генератора пилообразного напряжения 4 и ГСН 8), например, исходя из заданной допустимой верхней граничной частоты спектра измеряемых сигналов, поэтому с ее уменьшением количество отсчетов становится избыточным. Для уменьшения указанной временной избыточности дискретный преобразованный измеряемый сигнал на входе стробпреобразователя 2 дополнительно квантуют по уровню. Шаг квантования по уровню выбирается, в общем случае, постоянным, исходя из заданных критериев. Таким образом, отсчеты дискретных значений измеряемго сигнала производят только на определенных уровнях (промежуточные дискретные значения не регистрируютс и с увеличением длительности этих сигналов тем самым устраняется избыточность отсчетов, получаемых между этими уровнями квантования. Уровни квантования (отсчетов) формируются реверсивным ГСН 31. Моменты достижения преобразованным измеряемьн сигналом (на выходе строб-преобразователя 2)заданных уровней отсчетов указывают компаратор 15 при увеличении измеряемого сигнала и компаратор 16 с подключенными к нему элементами 11, 12, 13, 17 и 18 при его уменьшении. В эти моменты времени производят цифровые отсчеты текущего дискретного значения сигнала, ближайшего к данному уровню. Количество дискретных значений сигнала между уровнями отсчета, т.е. число шагов дискретизации, соответствующее времени изменения сигнала между уровнями двух соседних отсчетов фиксируется счетчиком 6.

Допустим, что входной измеряемый сигнал периодически возрастает и убывает. При появлении первого стробимпульса переключается триггер 26, выходным сигналом которого через элемент ИЛИ 25 запускается АЦП 20. Тем самым измеряется исходный нулевой уровень строб-преобразователя 2. Однвременно сигналом запуска АЦП 20 закрываются ключи 5 и 30. Ключ 5 установлен на входе счетчика б, фиксирующего количество строб-импульсов т.е. время изменения (длительность) сигнала между уровнями отсчета, задав емыми реверсивным ГСН 31. Ключевой элемент 30 установлен в цепи запуска ГСН 8. Через него сигналом запуска АЦП 20 (выход элемента ИЛИ 25) блокируют запуск ГСН 8 строб-импульсами после достижения выходным напряжением строб-преобразователя 2 очередного уровня отсчета. Делитель 29 числа строб-импульсов на два задерживает очередной запуск ГСН 8 на один такт. Тем самым исключается немедленное переключение ГСН 3 на уровень следующей ступени при достижении вы0ходным напряжением строб-преобразователя 2 текущего уровня отсчета, заданного реверсивным ГСН 31, и обеспечивается режим накопления полученного дискретного значения сигнала

5 на данном уровне.

После запуска АЦП 20 сигналом триггера 26 (начало отсчета) сигналом конца преобразования (выходом 23 АЦП) включается в работу регистрации и

0 обработки 36, и выполняется считывание кодов из АЦП 20 и счетчика б. Код АЦП 20 в первом такте измерений характеризует нулевой уровень отсчета, а код счетчика б соответствует

5 нулевой метке отсчета измеряемого сигнала по шкале времени. Сигналом конца цикла регистрации блока 36 открывается ключ 37. Первым же появившимся строб-импульсом, переданнЕЛм

0 через ключ 37, который вновь запирается, и одновременно через элемент ИЛИ 25 запускается АЦП 20, и вновь повторяется цикл измерения и регистрации дискретного значения сигнала

5 (в данном случае нулевого отсчета) на уровне отсчета, защанном реверсивным ГСН 31, в соответствии со строб-импульсом временной шкалы. Число таких циклов (режим накопления

0 данных на одном и том же уровне отсчета) задают коэффициентом пересчета делителя 10. С появлением сигнала на выходе делителя 10 завершается цикл накопления данного дискретного значения измеряемого сигнала,

5 и ГСН 8 переключается на следующую ступень. Одновременно этим сигналом открываются ключи 5 и 30, закрывается ключ 28 для того, чтобы блокировать передачу сигнала конца пре0образования АЦП 20 и тем самым исключить регистрацию результата измерения, который может быть искажен во время переходного процесса при переключении устройства с поступ5лением очередного сигнала на егчэ вход 1; сбрасываются в исходное состояние счетчик 6, триггер 13 и делитель 29, переключается реверсивный ГСН 31, и на компараторы 15 и 16 подается очередная (в данном случае

0 первая) ступень напряжения (первый уровень отсчета). Далее сигналом конца преобразования АЦП 20 с задержкой в формирователе 27 вновь открывается ключевой элемент 29, и тем

5 самым блок 36 подготавливается к приему очередного дискретного значения измеряемого сигнала. Процесс стробирования измеряемого сигнала и изменение (в рассматриваемом случае нарастание) преобразованного сигнала на выходе стробпреобразователя 2 длятся до тех пор, пока текущее дискретное значение преобразованного сигнала не достигнет уровня очередной ступени реверсивного ген з1. При этом компаратор 15 выдаст импульс сравнения, который переключит (или подтвердит) соответствующее направление изменени выходного напряжения реверсивного ген 31, т.е. его возрастание (вход 32), и одновременно через элемент ИЛИ 25 запустит АЦП 20, Далее процесс измерения и регистрации полученного -дискретного значения сигнала на.данном уровне отсчета, -а также всех текущих на очередных последующих уровнях отсчета повторяется аналогично описанноь1у. Компаратор 16 вьвдает импульсы сравнения одновременно с компаратором 15, так как его опорное напряжение всегда оказывается меньше на величину одной ступени. Однако в цепь запуска АЦП 20 импульс компаратора 16 поступит только н том случае, когда дискретно-преобразованный измеряемый сигнал на измерительном входе этого компаратора сначала возрастет, и сработает триггер, а затем не достигнув очередного уровня отсче та (компаратор 15 при этом не сработает) , начнет уменьшаться. Сигнал на выходе элемента НЕ 12 изменится при этом, например на единичный, и при наличии единичного сигнала триггера 13 выходным сигналом элемента И 11 запустится АЦП 20, Одновременно единичным сигналом элемента И 11, пе реданным через элемент ИЛИ 14 на вход 33 реверсивного ГСН 31, ГСН переключится на формирование уменьшаю щегося по уровню ступенчатого напряжения. Далее процесс измерения текущих дискретных значений преобразова ного измеряемого сигнала, но уже уменьшающегося по величине, повторя ется аналогично вышеописанному. Когда на элемент И 35 поступит си нал с выхода ген 8, соответствующий его амплитудному значению, т.е. пос леднему дискретному значению измеряе мого сигнала, на другой вход элемен И 35 поступит сигнал с выхода делителя 10, что будет соответствовать окончанию цикла накопления последне го дискретного значения измеряемого сигнала, то выходныгл сигналом, элемента 35 блокируется действие блока 36 по приему информации, и начинае ся цикл рабйты по восстановлению измеряемого сигнала. Если измеряемый сигнал с началом измерений убывает, то для формирования сигнала реверса ГСН 31 используется элемент И-НЕ 19. Его применение обусловлено тем, что. исходный уровень выходного напряжения стробпреобразорателя 2 может оказатьсяниже исходного опорного уровня компаратора 16, заданного источником опорного напряжения 3-8, и поэтому сигнал на выходе элемента И 11 будет нулевым. При переключении триггера 26, т.е. с началом нулевого отсчета, элемент И-НЕ 19 анализирует состояние компаратора 15 и при нулевом сигнале на его выходе выдает единичный сигнал через элемент ИЛИ 14 на вход 33 реверса ГСН 31. В отсутствие такого анализа и соответствующей цепи реверса (вход 33 ГСН 31) сигнал на выходе компаратора 16 и, следовательно, сигнал на выходе элемента И 11 по мере дальнейшего уменьшения измеряемого сигнала могли бы оставаться нулевыми. Это приводило бы к ошибкам в результатах измерений из-за того, что начальная часть (фаза) измеряемого сигнала оказывалась бы пропущенной и неучтенной. Если измеряемый сигнал известен заранее, то уровни отсчета, формируемые ГСН 31, можно задавать программным путем по командам блока 36. Таким образом, предлагаемое устройство автоматически следит за сигналом и исключает избыточные отсчеты в соответствии с крутизной (скоростью) измеряемого сигнала на отдельных его участках. Это повышает эффективную скорость измерений. Формула изобретения Следящее цифровое измерительное стробоскопическое устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь, блок регистрации и обработки,последовательно включенные синхронизатор, генератор пилообразного напряжения и первцй компаратор, генератор ступенчатого напряжения, также подключенный к первому компаратору, стробпреобразователь , один вход которого и вход синхронизатора подсоединены ко входу устройства, другой вход строб-преобразователя подключен к вьйсоду первого компаратора, а выход к измерительному входу аналого-цйФрового преобразователя, кодовый выход которого соединен с соответствующим входом блока регистрации и обработки, а также делитель числа сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения скорости и точности измерения параметров процессов в широком диапазоне спектра частот, в устройство введены второй компаратор, последовательно соединенные

источник опорного напряжения, дифференциальный элемент, третий компаратор, а также счетчик, три ключа, три элемента ИЛИ, элемент И-НЕ, два элемента И, элемент НЕ, два триггера, формирователь задержанного сигнала, реверсивный генератор ступенчатого напряжения, делитель числа импульсов на два, причем один кэ входов ключа соединен с одним входом аналого-цифрового преобразователя, другой вход - со входом делителя числа импульсов на два, второго триггера и строб-преобразователя, третий вход - с. одним из входов счетчика, другим входом делителя числа импульсов на два, второго и третьего ключей, второго элемента И, первого триггера и реверсивного генератора ступенчатого напряжения, выход делителя числа сигналов соединен с одним из входов первого элемента ИЛИ,друго вход которого соединен с выходом третьего ключа, а выход с входом генератора ступенчатого напряжения, третий вход третьего ключа соединен с выходом делителя числа импульсов на два, один вход которого соединен с выходом первого компаратора и с одним из входов четвертого ключа, другой вход которого соединен с выходом блока регистрации и обработки а выход с одним из входов третьего элемента ИЛИ и входом делителя числа сигналов, выход генератора ступенчатого напряжения соединен через второй элемент И с одним из входов блока регистрации и обработки и с другим входом второго триггера, выход которого соединен с другим входом третьего элемента ИЛИ и с одним

входом элемента И-НЕ, другой вход которого соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ, выходом второго компаратора и другим входом реверсивного генератора ступенчатого , напряжения, третий вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход - с одн1ш входом второго KONtnapaTopa и другим входом яифференцирунедего элемента, выход элемента Й-ИЕ соединен с одним

d входом второго элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом первого элемента И и с четвертым входом третьего элемента ИЛИ, один вход первого элемента И через первый зле

5 мент НЕ соединен с выасодом третьего компаратора и с другим входом первого триггера, выход которого соединен с другим входом первого элемента И, . выход строб-преобразователя соединен

0 с одним входом второго и третьего

компараторов и аналого-цифрового преобразователя, другой вход которого соединен с выходом третьего.элемента ИЛИ, а выходы с входами формирователя

5 задержанного сигнала, второго ключа и блока регистрации и обработки, выход формирователя задержанного сигнала через второй ключ соединен с третьим входом блока регистрации и . обработки, четвертый вход которого

0 соединен с выходом счетчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Рябинин Ю.А. Стробоскопическое осциллографирование. М., Сов.ращио,

5 с. 226-230.

2.Авторское свидетельство СССР

по заяззке 2363597/21,кл.С 01 R 13/02, 15,08.77.