Стробоскопический осциллограф Советский патент 1981 года по МПК G01R13/20 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в автоматических измерителях наносекундных временных интервалов . Известен стробоскопический осциллограф, содержащий два смесителя, фильтр нижних частот, преобразователь частоты в напряжение, сумматор, управляемый напряжением генератор и фор мирователь стро,бимпульсов 1 . Недостатком этого устройства явпяг ется то, что он не обеспечивает irtocтоянства длительности измеряемого временного интервала, исследования сигналов любой формы и измерения временных интервалов при неизвестной частоте повторения входного сигнгша. Наиболее близким к данному изобретению по техниче.ской сущности явля ется стробоскопический осциллограф, содержащий два стробоскопических сме сителя , первые входы которых соедине ны с шинами исследуемых сигналов, вто рые входы - с выходом генератора стробимпульсов, а выходы - с входами усилителей, выходы которых подключен ко второму и третьему входам электронно-лучевой трубки, первый вход ко торой связан с выходом генератора развертки, входом соединенного с выходом блока выделения разностной частоты и третьим входом блока цифрового отсчета, первый вход которого подключен к первому входу блока выделения разностной частоты, первому входу первого коммутатора и выходу второго управляемого напряжением генератора, второй вход - к третьему входу первого коммутатора и выходу блока управления, первый вход которого связан с вторым входом второго триггера и первым выходом второго нормализатора длительности, а третий вход - с первым выходом первого нормгшизатора длительности, второй выход которого соединен с первым входом первого сумматора второй вход - с выходом второго усилителя и первым входом второго нормализатора длительности, первый входс выходом первого усилителя, вторым входом второго нормализатора длительности, первым входом второго триггера и первым входом первого триггера, выход которого подключен к первому входу блока совпадений, выходом связанного со вторым входом второго триг- гера, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения, выходом подключенного ко второму входу первого сумматора и первому вхо ду второго сумматора, выход которого связан с первым входом второго управляемого напряжением генератора, а второй вход - с третьим выходом второ го нормализатора длительности и вторым входом второго управляемого нап ряжением генератора, причем выход первого сумматора соединен с входом первого управляемого напряжением генератора, выход управляемого фазовращателя - со вторым входом блока выделения разностной частоты, а вход формирователя стробимпульсов - с выходом первого коммутатора 2 J. Недостатком этого устройства является большое время измерения, обусловленное большим врег данем поиска син хронизации. Цель изобретения - сокращение времени измерения. Для этой цели стробоскопический осциллограф, содержащий два стробоскоцических смесителя, первые входы которых соединены с шинами исследуемых сигналов, вторые входы - с выходом генератора1 стробимпульсов, а выходы - с входами усилителей, выходы которых подключены ко второму и треть ему входам электронно-лучевой трубки, первый вход которой-связан с выходом генератора развертки, входом соединен ного с выходом блока выделения разностной частоты и третьим входом блока цифрового отсчета, первый вход которого подключен к первому входу блока выделения разностной частоты, первому входу первогчэ коммутатора и выхо ду второго управляемого напряжением генератора, а второй вход - к третьему входу первого коммутатора, и выходу блока управления, первый вход которого связан с вторым входом второго триггера и первым выходом второго нор мализатора длительности, второй входсо вторым выходом второго нормализатора длительности, а третий вход - с первым выходом первого нормализатора длительности, второй выход которого соединен с п-ервым входом первого сумматора, второй вход - с третьим выходом второго усилителя и первым входом второго нормализатора длительности, первый вход - с выходом первого усилителя, вторым входом второго нормализатора длительности, первым входом второго триггера и первым входом первого триггера, выход которого- подключен к первому входу блока совпадений i выходом связанного со вторым входом второго триггера, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения, выходом подключенного ко второму входу первого сумматора и первому входу второго сум матора, выход которого связан с первым входом второго управляемого напря жением генератора, а второй вход - с третьим выходом второго нормализатора длительности и вторым входом второго управляемого напряжением генератора, причем выход первого сумматора соединен с входом первого управляемо-, го напряжением генератора, выход управляемого фазовращателя - со .вторымвходом блока выделения разностной частоты, а вход формирователя стробимпульсов - с выходом первого коммутатора, снабжен делителем частоты следования импульсов и вторым коммутатором, первый вход которого подключен к выходу делителя частоты и входу управляемого фазовращателя, второй вход - ко входу делителя частоты и выходу первого управляемого напряжением генератора, третий .вход - к выходу второго триггера, а выход ко второму входу первого коммутатора , причем выход блока выделения разност-. ной частоты связан со вторыми входами первого триггера и блока совпадений, На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства. Устройство состоит из стробоскопических смесителей 1 и 2, усилителей 3 и 4, блока 5 вьщеления разностной частоты, триггера 6, блока 7 совпадения, триггера 8, генератора 9 пилообразного напряжения, второго коммутатора 10, первого сумматора 11 первого управляемого напряжением генератора 12, первого коммутатора 13, формирователя 14 стробимпульсов, первого и второго нормализаторов 15 и 16 длительности, делителя 17 частоты, блока 18 управления, второго сумматора 19, второго управляемого напряжением генератора 20, блока 21 цифрового отсчета, управляемого фазовращателя 22, генератора 23 развертки, электроннолучевой трубки (ЭЛТ) 24. Устройство работает следующим образом. При отсутствии входного сигнала на входе стробоскопического смесителя 1 на выходе усилителя 3 также отсутствует сигнал. Импульс блока 5 выделения разностной частоты опрокидывает первый триггер 6, который открывает блрк совпадения 7. Следующий импульс блока 5 выделения разностной частоты, пройдя блок совпадения 7, переключает второй триггер 8, включающий генератор 9 пилообразного напряжения и коммутатор 10. В усилителе 3 устанавливается большой коэффициент усиления. С этого момента начинается поиск синхронизации. Генерируемое генератором 9 пилообразное напряжение подается через сумматор 11 на вход первого управляемого напряжением генератора 12, в результате чего частота этого генератора постепенно увеличивается от f до fg , где f и fg - нижняя и верхняя частота генератора 12 соответсвенно. Выходной сигнал генератора 12 через включенные коммутаторы 10 и 13 посту пеиот на вход формирователя 14 стробимпульсов. Частота следования стробимпульсов изменяется от f до f .При подборе величин fg и f, отличающихся на октаву, синхронизация обеспечивается для всех частот повторения сигнала. Изменение частоты стробимпульсов продолжается до тех пор, пока на выходе отсутствует сигнгш. Если частота повторения входного сигнала ниже частоты повторения стро импульсов , то временной масштаб вход ного сигнала преобразуется в режиме частотных выборок, при этом ча:стота повторения преобразованного сигнала увеличивается, а его амплитуда умень шается. После поступления сигнала на вход стробоскопического смесителя 1 изменение частоты следования стробимпуль сов продолжается до появления сигнала на выходе усилителя 3. Выходной преобразованный сигнал усилителя 3 фронтом запускает .нормализаторы 15 и 16 длительности и переключает трнгге ры б и 8, тем самым вы.ключая генератор 9 пилообразного напряжения и ком мутатор 10. В усилителе 3 устанавливается меньший коэффициент усиления. Нормализаторы 15 и 16 длительности состоят из последовательно соединенных между собой компараторов длитель ности и преобразователей длительность-напряжение . Длительности импульсов на выходах компараторов, рав ные длительности преобразованных измеряемых временных интервалов (фронта, длительности импульса, интервала между двумя сигналами и т.д.), прео разуются в напряжение. Выходное напряжение нормализатора 15 проходит через сумматор 11 и изменяет частоту генератора 12 таким образом, что преобразованный временной интервал становится равный опорной длительнос ти Ti . При выключенном коммутато зе 10 частота сигнала генератора 12 делится в делителе 17 в п раз. Пройдя коммутаторы 10 и 13,- сигнал поступает на формирователь стробимпульсов 14. Этим выключается режим частотных выборок и включается обычный режим последовательного преобразования вре менного масштаба. При установлении временного масштаба преобразованного измеряемого интервала, равного опорной длительг ности импульс нормализатора 15 длительности включает блок 18 управления, а последний переключает комму татор 13, при этом формирователь 14 стробимпульсов запускается от второго управляемого напряжением генерато ра 20, частота которого управляется напряжением сумматора 19. Напряжение на выходе сумматора 19 равно сумме напряжений генератора 9 пилойбразного напряжения и нормализатора 16 длительности. Добавление выходного напряжения генератора 9 пилообразного напряжения позволяет быстрее достичь опорной длительности Нормализатор 15- проводит длительность к заданной .величине, когда измеряемый интервал больше или меньше опорной длительности Т. Нормализатор 16 производит нормализацию в том случае, если преобразованный измеряемый интервал короче опорной длительности Т. Если преобразованный измеряемый интерв 1л длиннее опорной длительности Т, то напряжение управления сбрасывается, на триггер 8 и блок 18 управления подается импульс сброса, блок 18 управления переключает коммутатор 13 в начальное положениеу сбрасывает показания блока 21 цифрового отсчета, и вновь начинается поиск синхронизации и нормализация длительности. Это. v продолжается до тех пор, пока из ряемый временной интервал при включении нормализатора 16 длительности не станет короче второй опорной длительностй Т-2, при этом обеспечивается условие. fcHr / f СТР Д m 1, 2,3...В. При установке длительности измеряемого временного интервала, равного .Та., нормализатор 16 вырабатывает импульс, запускающий блок 21 цифрового отсчета, а также реле времени в блоке 18 управления, которое после определенного времени сбрасывает показания блока 21 цифрового отсчета и переключает коммутатор 13 в начальное положение, при этом цикл измерения повторяется. Выходной сигнал делителя 17 частоты через управляемый фазовращатель 22 поступает на блок 5 выделения разностной частоты, а сигнал второго управляемого напряжением генератора 20 - на входы блока 5 выделения разностной частоты и блока 21 цифрового отсчета. Частота повторения сигнала на выходе блока 5 выделения разностной частоты равна разности частот управляемого напг ряжением генератора 20 и делителя 17 частоты. Эта разность равна периоду повторения преобразованного исследуемого сигнала. Поэтому, если в течение двух периодов его повторения на выходе усилителя 3 сигнал отсутствует, включается режим поиска синхронизации, что позволяет увеличить производительность измерения, кроме того, сигнсш блока 5 выделения разностной частоты запускает генератор 23 развертки и поступает на вход блока 21 цифрового отсчета, при выборе . подсчитывается количество периодов частоты сигнала управляемого генератора 20, укладывающихся в период разностной частоты, измеряемый временной интервал равен t... ИЗ тстрт FP - разностная частота генератора и делителя частоты 17; f-TDf-частота генератора 20. СТр./ Пилообразное напряжение генерато ра 23 развертки подается на X пла тины ЭЛТ 24, на У пластины которо поступают выходные сигналы усилителей 3 и 4. При измерении временного интервала между двумя сигналами вто рой сигнал подается на смеситель 2, на который также подаются стробимпульсы из формирователя 14 стробимпульсов. Усиленный в усилителе 4 си нал подаемся также на нормгшизаторы при установке переключателя в норма лизаторах длительности положения Фронт и Спад и др. При помощи управляемого фазовращателя 22 изменяется фаза одного из сигналов, пос тупающих на блок 5 выделения разност ной частоты, в результате чего регу лируется задержка включения генератора 23 развертки. Это позволяет . просматривать на экране ЭЛТ 24 учас ток исследуемых сигналов, интересую щий оператора. Использование режима частотных выборок при поиске синхронизации поз воляет сократить время поиска синхронизации в lOOO раз. Дополнительное сокращение времени измерения обуслов лено тем, что режим поиска включает после изменения частоты входного сигнала не позже, чем через два периода преобразованного исследуемого сигнала. Формула изобретения Стробоскойический осциллограф/ содержащий два стробоскопических смесителя, nepBfcse входы которых соединены с шинами исследуемых сигналов вторые входы - с выходом генератора стробимпульсов, а выходы - с входами усилителей, выходы которых подключены ко йторому и третьему входам электронно-лучевой трубки, первый вход которой связ.ан с выходом генератора развертки, входом соединенного с выходом блока выделения разност ной частоты и третьим входом блока цифрового отсчета, первый вход которого подключен к первому входу блока выделения разностной частоты, первому ходу первого коммутатора и. выходу второго управляемого напряжением генератора, а второй вход - к третье му входу первого коммутатора и выходу блока управления, первый вход которого связан со вторым входом второго триггера и первым выходом второго нормализатора длительности, второй вход - со вторым выходом второго нормализатора длительности, а третий вход - с первым выходом первого нормализатора длительности, второй вы- ход .которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход с третьим выходом второго усилителя и первым входом второго нормализатора длительности, первый в.ход - с выходом первого усилителя, вторым входом второго Нормализатора длительности, первым входом второго триггера и ггервым входом первого триггера, выход которого подключен к первому входу блока совпадений, выходом связан- ного со вторым входом второго триггера, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения, выходом подключенного ко второму входу первого сумматора и первому входу второго сумматора, выход которого свя1зан с первым входом второго управля€;мого напряжением генератора, а второй вход - с третьим выходом второго нормализатора длительности и вторым входом второго управляемого напряжени€ М генератора, причем выход первого сумматора соединен с входом первого управляемого напряжением генератора, выход управляемого фазовращателя - со вторым входом блока выделения разностной частоты, а вход формирователя стробимпульсов - с выходом первого коммутатора, отличающ и и с я тем что, с целью сокращения времени измерения, он снабжен делителем частоты следования импульсов и вторым коммутатором, первый вход которого подключен к выходу делителя частоты и входу управляемого фазовращателя, второй вход - ко входу делителя частоты и выходу первого управляемого напряжением генератора, третий вход - к выходу второго триггера, а выход - ко второму входу первого коммутатора, причем выход блока вьаделения разностной .частоты связан со вторыми входами первого триггера и блока совпадений. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США I 3416087, кл. 328-151, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР . № 521521, кл. G 01 R 13/20, 1974 (прототип).

-Ч