Стробоскопический осциллограф с цифровой регистрацией преобразованного сигнала Советский патент 1981 года по МПК G01R13/02 

(54) СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛОГРАФ С ЦИФРОВОЙ РЕГИСТРАЦИЕЙ ПРЕОБРАЗОВАННОГО СИГНАЛА Изобретение относится к электроизмерительной и может быть использовано в измерителях параметро быстропротекающих повторяющихся процессов. Известен стробоскопический осциллограф, содержащий стробоскопический преобразователь с расширителем, гене ратором импульсов зон, быстрого пило образного и ступенчатого напряжений, блок отображения и цифровой измеритель временных интервалов . Недостатком этого устройства является ограниченность функциональных возможностей; оно позволяет измерять лишь время изменения сигнала между его двумя уровнями, задаваемыми операторсм. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является стробоскопический осциллограф с цифровой регистрацией преобразованного сигнала, содержащий стробо скопический преобразователь, первый вход которого соединен с шиной иссле дуемого сигнала и входом синхронизатора, выход - с измерительным входом аналого-цифрового преобразователя и . первым входом блока отобргикения, а второй вход - со вторым входом блока отображения, входом генератора ступенчато изменяющегося напряжения и выходом первого компаратора, второй вход которого подключен к выходу генератора ступенчатого напряжения, а первый вход - к выходу генератора пилообразного напряжения, вход которого связан с выходом синхронизатора, и цифровой регистратор, входом соединенный с выходом аналого-цифрового преобразователя C2l. Недостатком данного устройства является ограниченность функциональных возможностей, так как оно не позволяет наблюдать исследуемый процесс на экране осциллографа одновременно с цифровым измерением. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Для этого стробоскопический осциллограф с цифровой регистрацией преоб. разованного сигнала, содержащий стробоскопический преобразователь, первый вход которого соединен с шиной исследу&лого сигнала и входом синхронизатора, выход - с измерительным входом аналого-цифрового преобразователя и первым входом блока отображения, а второй вход - со вторым входом блока отображения, входом генератора ступенjaroro изменяющегося напряжения и выходом первого компаратора, второй вход которого подключен к выходу ге.нератора ступенчатого изменяющегося напряжеппя, а вход - к выходу генератора пилообразного напряжения, вход которого связан с выходом синхронизатора, и цифровой регистратор входом соединенный с выходом аналогоцифрового преобразователя, он снабжен вторым компаратором,источником опорного напряжения, тремя распределителями сигналов, двумя группами элементов И, тремя ключевыми элементами, двумя триггерами управления, двумя элементами ИЛИ и делителем числа сигналов, вход которого подключен к выходу и первому входу первого ключевого элемента, первому входу первого триггера управления, входу сброса второго распределителя сигналов и первому входу второго ключевого элемента, а выход - к счетному входу первого распределителя )сигналов, вход сброса которого связан с входом сброса третьего распредели теля сигналов , входом сброса цифрового регистратора и вторым выходом второго триггера управления, а выходы - с первыми входами элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с выходами второго распределителя сигналов, а выходы с входами элемента ИЛИ и вторыми входами эл.ементов И второй группы, первые входы которых подключены к выходам третьего, распределителя с.игналов, а выходы - к входам второго элемента ИЛИ, выходом связанного с первым входом второго триггера управления,, второй вход которого соединен со вторым входом триггера управления, а первый выход - с первым входом третьего ключевого элемента, второй вход которого подключен ко второму входу второго ключевого элемента и выходу первого компаратора, выход - к счетному входу третьего распределителя сигналов, а третий вход - к первому выходу первого триггера управления, вторым входом связанного с выходом второго компаратора, первый вход которого соединен с источником опорнго напряжения, а второй вход - с выходом генератора ступенчатого изменяющегося напряжения,причем второй вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу первого элемента ИЛИ и третьему входу второго ключевого элемента, выход которого связан со счетным входом второго распределителя сигналов, а выход цифрового регистратора соединен со вторым Vвходомперйнэго ключевого элемента,третий вход которого Подключен ко второму выходу генератора ступенчатого изменяющегося напряжения

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства.

Устройство состоит из стробоскопического преобразователя 1, синхронизатора 2, генератора 3 пилообразного напряжения, первого компаратора 4, генератора 5 ступенчато изменяющегося напряжения, блока б отобрё1жения, второго компаратора 7, источника 8 опорного напряжения, первого ключевого элемента 9, делителя 10 числа импульсов, цифрового регистратора 11, аналого-цифрового преобразователя 12, первого распределителя 13 сигналов, первого элемента ИЛИ 14, первой группы элементов И 15, второго распределителя 16, сигналов 17 второго ключевого элемента, третьего распределителя 18 сигналов, третего ключевого элемента 19,триггеров управления 20 и 21, второй группы элементов И 22 и второго элемента ИЛИ 23.

Устройство работает следующим образом,

С поступлением измеряемых сигналов компаратором 4 формируется сетка стробимпульсов, сдвинутых на определенный шаг по времени друг относительно друга. Этимиимпульсами осуществляется импульсная модуляция измеряемого сигнала в стробоскопическом преобразователе 1 и расширение с запоминанием соответствую1аих дискретных значений измеряемого сигнала. При этом на экране ЭЛТ блока б непрерывно воспроизводится намеряемый сигнал, преобразованный во времени ,

Одновременно с воспроизведением устройства обеспечивает кодирование последовательных дискретных значений этого сигнала, накопление этих значений и их цифровую регистрацию.Регистрация всегда начинается с дискретного значения измеряемого сигнала, получаемого при стробировании этго сигнала первым стробимпульсом из сетки этих импульсов, с наименьшим сдвигом по времени относительно начала измеряемого сигнала, определяемго синхронизатором 2. До начала цикла кодирования и цифровой регистраци ключевые элементы 9,17. и 19 закрыты, распределители 16 и 18 находятся в нулевом сброшенном положении, а в рапределителе 13 открыт только первый выход. Это состояние обеспечивается соответствующим сигналом триггера управления 21, полученного при предварительной установке этого триггера вручную или автоматически. По сигналу цифрового регистратора 11 (сигнал конца регистрации и начала цифрового кодирования и регистрации, который можно инициировать или автоматически) опирается ключевой элемент 9. В процессе отображения измеряемого сигнала на ЭЛТ циклически формируются последовательноети стробимпульсов. При этом в каждом цикле на втором выходе генератора 5 ступенчатого напряжения появляется сигнал конца цикла нарастания ступенчатого напряжения, соответствующий окончанию формирования очередной последовательности стробимпульсов. Первый сигнал конца нарастания ступенчатого напряжения через предварительно деблокированный сигналом регистратора 11 ключевой элемент 9 поступает в цепь сброса распределителя 16 и закрывает первый ключевой элемент 9. Так как ключевой элемент 17 открывается после завершения формирования всех стробимпульсов очередного цикла, то с каждым отпиранием ключевого элемента 17 стробимпульсы поступают всегда в одной и той же последовательности, начиная с первого.

Стробимпульсы через открытый ключевой элемент 17 поступают на счетный вход распределителя 16, который преобразует последовательность единичных импульсов в позиционный десятичный код, т.е. с поступлением входного сигнала открывается лишь один из выходов распределителя. С появлением первого строб-импульса элемент И 15 в цепи первого открытого выхода распределителя 13 фиксирует совпадение соответствующего единичного сигнала на первом выходе распределителя 16 с единичным сигналом открытого первого распределителя 13. Выходным сигналом указанног элемента И, переданныгл через элемент ИЛИ 14 в цепь запуска АЦП 12, выполняется кодирование дискретного значения измеряемого сигнала, полученного на выходе преобразователя 1 в соответствии с первьом строб-импульсом. Одновременно сигналом элемента ИЛИ 14 блокируется ключевой элемент 17.

Код с выхода АЦП передается в регистратор 11, выходным сигналом конца регистрации которого вновь отпирается ключевой элемент 9. Однако повторное последующее поступление последовательности строб-импульсов на распределитель 16, начиная с первого из них, начнется только после завершения формирования всех остальных (после блокирования ключевого элемента- 17) строб-импульсов последовательности в данном цикле. С появлением сигнала окончания роста ступенчатого напряжения на выходе генератора 5 цикл кодирования дискретного значения измеряемого сигнала, полученного в соответствии с первым стробимпульсом, повторяется.

Число циклов кодирования и регистрации одного и того же дискретного значения, т.е. число циклов накопления каикдого дискретного значения, задается коэффициентом пересчета делителя 10. После завершения цикла накопления данного кодирования дискретного значения выходным сигналом делителя 10 переключается распределитель 13, открывается его следующий выход, а ранее открытый выход закрывается. Подобным образом осуществляется кодирювание и регистргщия с накоплением всех дискретных значений измеряемого сигнала, который при этом одновременно отобргикается на экране ЭЛТ.

Предварительной установкой опор0ного напряжения источника В выбирается уровень, при котором срабатывает компаратор 7 по мере возрастания ступенчатого напряжения генератора 5. Тем самым можно задавать любое требу5емое число импульсов стробирования из их последовательности, меньшее максимального, и регистрировать образом ограниченную часть измеряемого сигнёша от его начала. При этом

0 формирование сигнала о завершении кодирования и регистрации всей совокупности дискретных значений измеряемого процесса в соответствии с заданным количеством точек отображения осуществляется следующим об5разом. Перед началом цикла кодирования и регистрации триггер 21 устанавливается в положение, при котором разражается прохождение стробимпуль- сов через ключевой элемент 1У, при

0 соответствующем положении триггера 20. С появлением соответствующего сигнала генератора ступенчатого напряжения 9 на выходе ключевого элемента 9 триггер 20 переключается и от5крывает ключевой элемент 19,через который начинают поступать строб-им пульсы. После прохождения всех строЛимпульсов, соответствующих.уровням ступенчатого напряжения генератора 5,

0 ограниченныхопорным напряжением источника а, сигналом компаратора / триггер 2(j вновь переключается. При этом также переключается связанный с ним второй триггер 21, который блокирует ключевой элемент 1У на весь

5 цикл .кодирования и регистргщии заданной совокупности дискретных значений измеряемого сигнала. Стробимпульсы, поступившие в распределитель 1В, открывают один из его выходов, номер

0 которого равен числу поступивших строб-импульсов, т.е. количеству точек стробирования-, заданных уровнем опорного напряжения источника а.Это состояние распределителя 1й сохраня5ется до тех пор, пока не произойдет совпсщения а одном из элементов И 22 единичных сигналов открытых выходов идентичных позиций распределителей 13 и 1В, по мере переклю ения выходов распределителя 13. Сигнал совпа0дения соответствующего элемента И 22 через элемент ИЛИ 2в переключает триггер 21, выходной сигнал которого служит признаком конца цикла, передается в блок 11 регистрации и переводит устройство в исходное состояние. По этому сигналу, в зависимости от программы измерений, кодировние и регистрация либо прекращается, либо цикл повторяется.

Включением третьего компаратора ступенчатого напряжения с опорным источником (на чертеже не приведен; , выходной сигнал сравнения которого определяет момент начала отпирания ключевого элемента в цепи второго распределителя1Б, можйо выбирать для кодирования и регистрации любой участок сигнала. При этом будет блокироваться также и поступление части строб-импульсов, начиная с первого из них, с наименьшим шагом пО времени относительно начала измеряемого сигнала. Регулирование уровней компарирования может осуществляться автоматически, например, по командам ЦВМ, при включении осциллографа в систему с ЦВМ.

Предлагаемое устройство позволяет расширить функциональные возможности стробоскопических осциллографов всех типов за счет совмещения во времени режимов визуального отражения и автоматической цифровой регистрации измеряемых процессов. Это позволяет для точного анализа отдельные участки наблюдаемых сигналов, что повышает эффективное быстродействие аппаратуры регистрации и обработки данных. АЦП и регистратор при этом могут быть медленно действующими, лишь бы время кодирования не превышало времени запоминания осциллографом дискретного значения. Режим накопления позволяет осуществлять статистический анализ .

Формула изобретения

Стробоскопический осциллограф с цифровой регистрацией преобразованного сигнала, содержащий стробоскопический преобразователь, первый вход которого соединен с шиной исследуемого сигнаша и входом синхронизатора, выход - с измерительным входом аналого-цифрового преобразователя и первым входом блока отображения а второй вход - со вторым входом блока отображения, входом генератора ступенчато изменяющегося напряжения и выходом первого компаратора, второ вход которого подключен к выходу генератора ступенчато изменяющегося напряжения, а первый вход - к выходу генератора пилообразного напряжения, вход которого связан с выходом синхронизатора,, и цифровой регистратор, входом соединенный с выходом. аналого-цифрового преобразователя, отлич агощийс я тем, что,

с целью расширения функциональных фозможностей, он снабжен вторым компратором, источником опорного напряжени тремя распределителями сигналов,двум группами элементов И, тремя ключевыми элементами, двумя триггерами уп-. равления, двумя элементами ИЛИ и делтелем числа сигналов, вход которого подключен к выходу и первому входу первого ключевого элемента, первому входу первого триггера управления, входу сброса второго распределителя сигналов и первому входу второго ключевого элемента, а выход - к счетно му входу первого распределителя сигналов, вход сброса которого связан .с входом сброса третьего распределителя сигналов, входом сброса цифрового регистратора и вторым выходом второго триггера управления, а выход - с первыми входами элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с выходами второго распределителя сигналов, а выходы с входами первого элемента ИЛИ и вторыми входами элементов И второй группы, первые входы которых подключены к выходам третьего распределителя сигналов, а выходы - к входам второго элемента ИЛИ, выходом связанного с первым входом второго триггера управления, второй вход которого соединен со вторым выходом первого триггера управления а первый выход - с первьгм входом третьего ключевого элемента, второй вход которого подключен ко второму входу второго ключевого элемента и выходу первого Компаратора, выход к счетному входу третьего распределителя сигналов, а третий вход - к первому выходу первого триггера упраления, вторым входом связанного с выходом второго компаратора, первый вход которого соединен с источником опорного напряжения, а второй вход с выходом генератора ступенчато изме няющегося напряжения, причем второй вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу первого элемента ИЛИ и третьему входу второго ключевого элемента, выход которого связан со счетным входом второго распределителя сигналов, а выход цифрового регистратора соединен со вторым входом первого ключевого элемента, третий вход которого подключен ко второму выходу генератора ступенчато изменяющегося напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Рябинин Ю.А. Стробоскопическое осциллографирование.М., Советское радио 1972, с. 226-230.

2,Авторское сандетельство СССР № 658479, G 01 R: 13/02, 1976 (прототип) ,