Преобразователь время-амплитуда Советский патент 1981 года по МПК H03K13/20 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВРЕМЯ - АМПЛИТУДА

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в экспериментальной физике, радиолакации, ла зерной дальнометрии при измерении временных интервалов с высокой точностью. Известны преобразователи временных интервсшов между импульсами с флюктуирующими параметрами, в которых используется двухпороговый метод компенсации погрешности, обусловленной изменением амплитуды и вр мени нарастания старт-стопных сигналов 1 . Эти устройства характеризуются значительной погрешностью измерений Известен преобразователь время амплитуда, содержёодий дискриминатор нижнего уровня, вход которого через Первую линию задержки соединен со входной шиной Стоп, а выход сое динен с первыми входами основного и вспомогательного преобразователей время - амплитуда, вторые входы которых подключены соответственно к входной шине Старт и выходу дискриминатора верхнего уровня, соединеннму с управляющим входом дискр минатора нижнего уровня, выходы основного и вспомогательного преобразователей время - амплитуда соединены со входами аналогового сумматора, выход которого соединен с выходной шиной. В известном устройстве момент поступления стоп-импульса фиксируется дискриминатором нижнего уровня. С помсяцью дискриминатора верхнего уровня, вспомогательного преобразователя время - амплитуда и аналогового сумматора оценивается погрешность, обусловленная флюктуациями парё№(етров упомянутых импульсов, и вносится соответствуюадая поправка в результат преобразования регистрируемого временного интервала основным преобразователем время - 1МШ1Итуда 2 , Известное устройство имеет низкую точность при работе в широком динамическом диапазоне изменений ёи«1Ш1Итуд импульсов стоп-канала. Данное обстоятельство обусловлено, в первую очередь, тем, что форма фронта нарастания реальньох импульсов детекторов излучений существенно отличается от линейной. Причем в диапазоне порогрвых напряжений элементов, фиксирующих временные положения сигналов, она описывается зависимостями имеющими положительные вторые производные, т.е. крутизна фронта нарастания увеличивается со смещением .в сторону больших времен. Вследствие этого уже при амплитуде импульса, в несколько раз превышающей пороговое напряжение дискриминатора нижнего уровня, дискриминаторы работают на участках фронта фиксируемого сигнала с существенно различающейся крутизной, причем для дискриминатора нижнего уровня крутиз ны ниже, чем для диск)иминатора верх него уровня. Последнее приводит к ошибкам измерения крутизны и, как сл ствие, к ошибкам компенсации и значительным результирующим погрешностям преобразования временных интервалов Б известном устройстве. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем что в преобразователь время - амплитуда, содержащий дискриминатор нижнего уровня, вход которого через пе вую линию задержки соединен со вход ной шиной Стоп, а выход соедине с первыми входами основного и вспомогательного преобразователей время амплитуда, вторые входы которых под ключены соответственно к входной ши не Старт и выходу дискриминатор верхнего уровня, соединенному с управляющим входом дискриминатора ниж него уровня, выходы основного и всп могательного преобразователей время амплитуда соединены со входами аналогового сумматора, выход которого соединен с выходной шиной, введены дополнительная линия задержки и последовательно соединенные аттенюато фазоинвертор, амплитудный ограничитель, аналоговое запоминающее устройствЬ, дополнительный аналоговый сьшматор, выход которого соединен с входом дискриминатора верхнего уров ня, второй вход дополнительного ана логового сумматора через дополнител ную линию задержки соединен со входом Стоп устройства и входом ат тенюатора. На чертеже представлено предлага емое устройство. Устройство, содержит входы Ста и Стоп 1 и 2, линии 3 и 4 задержки , дискриминаторы нижнего 5 и верхнего 6 уровней, основной 7 и вспомогательный 8 преобразователи время - амплитуда, аналоговые сумматоры 9 и 10, ат-тенюатор 11, фазоинвертор 12, амплитудный ограничитель 13, аналоговое запоминающее устройство 14. Старт-импульс со входа 1 запуска ет основной преобразователь 7 время амплитуда. Стоп-импульс со входа 2 поступает в цепь коррекции порогового напряжения дискриминатора 6 верхнего уровня, состоящий из поледовательно соединенных аттенюатора 11, фазоинвертора 12, амплитудого ограничителя 13 и аналогового запоминающего устройства 14. Зависимость корректирующего напряжения от амплитуды фиксируемых сигналов аппроксимируется при этом двумя пряыми, точка пересечения которых заается амплитудным ограничителем 13. Угол наклона первой прямой выбирается в зависимости от установленных порогов дискриминации U, Ug и задается коэффициентом ослабления аттенюатора 11. Корректрирующее напряжение U| фиксируется аналоговым запоминающим устройством 14 и подается на вход аналогового сумматора 10. Задержанный линией 4 задержки на время формирования корректирующего напряжения стоп-импульс подается на второй вход аналогового сумматора 10, который смещает его на величину U. В момент достижения напряжением на входе дискриминатора б верхнего уровня величины UB запускается вспомогательный преобразователь 8 время - амплитуда и включается дискриминатор 5 нижнего уровня.Управление дискриминатором 5 нижнего уровня со стороны дискриминатора 6 верхнего уровня,а также линии задержки 3 введены с целью устранения фиксации стоп-импульсов с амплитудой Ue. Сигнал дискриминатора 5 останавливает преобразователи 7 и 8 время - амплитуда. На выходе основного преобразователя 7 время амплитуда формируется напряжение, пропорциональное интервалу времени между старт-импульсом и моментом срабатывания дискриминатора 5 нижнего уровня. На выходе вспомогательного преобразователя 8 время - амплитуда формируется напряжение, соответствующее поправке, учитывающей изменения амплитуды и времени нарастания стоп-импульса. Аналоговый сумматор 9 осуществляет сложение основного результата преобразования и поправки, сформированных соответственно блоками 7 и 8, Использование дополнительных элементов - аттенюатора, фазоинвертора, амплитудного ограничителя, аналогового запоминающего устройства, второго аналогового сумматора и второй линии задержки - выгодно отличает предлагаемое устройство от известного. Действительно, аппроксимируя рабочий участок фронта стоп-импульса экспоненциальной зависимостью (,) где а - амплитудный множитель; С - длительность фронта нарастания упомянутого импульса, для результата преобразования интервала ty,jM основным преобразователем время - амплитуда можно записать (tv,), где oL - коэффициент преобразования основного преобразователя время - г1мплитуда; 2ij - задержка сигнала на входе дискриминатора 5 нижнего уровня; t - задержка срабатывания дискриминатора 5 нижнего уровн Для Ц, О получим , . .),. где U,- coust - значение нижнего п рога срабатывания. Соответственно на выходе вспомо гательного преобразователя время амплитуда имеем (( )( где d.« ,U. - параметры, аналогичные Л,и„. Полученные значения амплитуд вспо могательного и основного преобразователей складываются аналоговым сумматором, на выходе которого формиру ется суммарный результирующий сигна с амплитудой ((i,+d)e«(-.)- lic«en(- Рассматривая зависимую от амплитуды стоп-импульсов часть уравнения можно определить условие полной ксж пенсации погрешности в рассматриваемом типе преобразователей время амлитуда Следовательно, для полной компенсации зависимости результата преобра зования от амплитуды стоп-сигнеша необходимо, чтобы порюг- срабатывания Ug дискриминатора верхнего уровня бьш обратно пропорционален величине амплитуды а. Невыполнение этого условия определяет низкую точност преобразования в известном устройств где Ug coust. В предлагаемом преобразователе при помощи аттенюатора, фазоинвертора и амплитудного ограничителя двумя прямыми аппроксимируется гипербол ческая зависимость корректирующего напряжения U. Второй аналоговый сум матор, аналоговое запоминающее устро ство и вторая линия згшержки осуществляют смещение нулевой линии на входе дискриминатора верхнего уровня на величину что равносильно смещению порога дискриминации верхнего, уровня. Поскольку характер оптимальной зависимости Ug от ицпри отличных от простейшей экспоненциальной формах фронта нарастания стоп-импульса (а именно, быстрое изменение U« в области малых амплитудфиксируемых сигнешов и медленное изменение в области больших амплитуд) сохраняется, а в большинстве случаев усугубляется из-за малой крутизны начальных участков упомянутых импульсов. Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерений при работе с любыми источниками сигналов. Формула изобретения Преобразователь время - амплитуда, содержащий дискриминатор нижнег уровня, вход которого через первую линию задержки соединен со входной шиной Стоп, а выход соединен с первыми входами основного и вспомогательного преобразователей время амплитуда, вторые входы которых подключены соответственно ко входной шине Старт и выходу дискриминатора верхнего уровня, соединенному с управляющим входом дискриминатора нижнего уровня, выходы основного и вспомогательного преобразователей время - амплитуда соединены со вхоДс1ми аналогового сумматора, выход которого соединен с выходной шиной. Отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены дополнительная линия задержки и последовательно соединевные аттенюатор, фазоинвертор, амплитудный ограничитель, аналоговое запоминающее устройство, дополнительный аналоговый сумматор, выход которого соединен со входом дискриминатора верхнего уровня, второй вход дополнительного аналогового сукматора через дополнительную линию задержки соединен со входной шиной Стоп устройства и входом аттенюатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Nuclear Instrmnents and Methods 1970, 81, с. 280-284. 2.Nuclear Instruments and Methods 1967 53, c. 349-351 (прототип).