Способ анализа формы импульсного сигнала и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК G01R19/04 

Указанная цель достигается тем, что в устройство,содержащее цепь с распределенными параметрами, способную рассеивать,отражать или поглощат энергию электрической волны, имеющую один вход и несколько выходов, и сум матор, введены дополнительная цепь с распределенными параметрами,имеющая один вход и несколько выходов,фильтр постоянной Составляющей, пиковые детекторы и многопозиционный переключа тель, причем выход импульсного сигнала фильтра постоянной составляющей соединен с входами цепей с распределенными параметрами, входы пиковых детекторов соединены с соответствую1Ч ми выходами цепей с распределенными параметрами, выходы пиковых детекторов - с соответствующими входами многопозиционного переключателя,выход которого соединен с одним из входов сумматора, а выход постоянной составляющей фильтра соединен с вторым входом сумматора. Анализ редко повторяющихся, cjjaбо периодических и, в частности, однократных сигналов сложной формы, содержащих постоянную составляющую и импульсы обеих полярностей, становится возможным после выделения филь тром импульсной составляющей и ее преобразования с помощью распределен ных цепей и пиковых детекторов с пос ледующим синтезом отдельных точек искомых распределений положительных отрицательных импульсов с учетом постоянной составляющей. На Фиг. 1 изобретен предлагаемый способ анализа; на Фиг. 2 приведен, примерный вид входного напряжения , его вольтсекундная характеристика и распределение максимумов напряжения в цепи; на фиг. 3 показан конкретный вариант электрической цепи с распределенными параметрами; на фиг. 4 примерный вид распределения максимумов напряжения, получаемого в этой цепи при входных прямоугольных -импульсах различной длительности; на фиг.5 приведена блок-схема устройстйа-аналиэатора, реализующего предлагаемый способ; на фиг. б - граФи-i: ки, поясняющие принцип его действия. Способ анализа состоит в следующе Импульсное напряжение подается на вхрд распределенной электрической цепи 1. Так как элементы этой цепи рассеивают, отражают или поглощают энергию входного импульса, то импуль испытывает искажение, которое в данном случае является полезным и служит источником информации о форме импульсного напряжения.Чем длительнее импульс, тем дальше от входа цепи распространяется его влияние При соответствую1цем распределении элементов цепи, распределение максимумов напряжения в ней оказывается Иодобным вольтсекундной характеристике входного импульсного напряжения. Это распределение обнаруживается с помощью пиковых детекторов 2, измеряющих максимумы напряжения в произвольных точках цепи. При этом необходимо также знать расстояния Кц от входа 3 цепи до точек 4 и 5.(выходы положительной полярности цепи 1)/ в которых измеряются максимумы. Под расстоянием следует понимать электрическую длину линии, измеряемую временем распространения сигнала от входа цепи до точки измерения, которая только в частном случае может соответствовать геометрической длине.Диапазон длительностей реальных импульсов, как правило, бывает очень широким. Поэтому вольтсекундную характеристику целесообразно строить в полулогарифмических координатах, чтобы с достаточной подробностью отразить структуру импульсного напряжения (фиг.2). Конкретный вариант выполнения распределенной электрической цепи(Фиг.3) представляет собой в общем виде нелинейный неоднородный распределенный электрический фильтр/обладающий, по крайней мере, из указанных свойств. Возможны и упрощенные варианты выполнения фильтра, например, в виде обычного RC-фильтра, обладающего только одним свойством рассеяния. Другой упрощенный вариант представляет собой неоднородный LC-фильтр. Неоднородность , точнее прогрессивное изменение величины параметров фильтра в этом случае принципиально необходимо, поскольку единственно возможным является только эффект отражения электрической волны. Однородный LC-фйльтр представлял бы собой обычную линию задержки и не смог бы обеспечить требуемое преобразование импульсного напряжения. Наконец, возможен и упрощенный вариант нелинейного фильтра - LC-фильтр, хотя бы и однородный, но с диодами, включеннымм последовательно с емкостными элементами фильтра. В этом случае . действует только механизм поглощения энергии электрической волны в емкостных элементах, блокируемых обратно смещенными диодами. Распределение напряжения, получаемое в реальном фильтре при прямоугольных входных импульсах различной длительности .(фиг.4), дает представление о точности преобразования.Глубина проникновения в линию прямоугольного импульса с амплитудой Е и длительностью Т может быть оценена из условия баланса энергии. Энергия, переданная в линию Wft, и- 1 Т Е тг-Т ° 3,- гт,,/;г7г-1 равна энергии емкостных элементов ли нии, заряженной на глубину X Vyxp. -;j 2vT , т.е. глубина проникновения прямоугол Horoi импульса в линию пропорциональ на его длительности. Точность преобразования в реальных фильтрах тем выше, чем ближе они к распределенным идеальным линиям,т.е чем больше ячеек приходится на одно звено. Устройство, реализующее изложенный способ - анализатор импульсного напряжения, содержит входной фильтр 6, распределенную электрическую цепь I,пиковые детекторы положительной 2 и отрицательной 7 полярности, пе.реключатель 8, сумматор 9 и индикатор напряжения 10, соединенный с вы ходом сумматора. Входной Лильтр б имеет выход постоянной составляющей II,соединенный непосредственно с одним входом 12 сумматора 9, .с другим входом 13 которого через переключатель 8 соединены выходы .14,15, ...-пиковых детекторов 2 положительной полярности и выходы 16,17,... пиковых детекторов 7 отрицательной полярности.Распределенная электричес кая цепь 1 состоит из двух подобных частей 18 и 19, реагирующих на поло жительные и отрицательные импульсы напряжения соответственно и- имеющих общий вход 3 и по несколько отдельных выходов положительной (4,5,...) и oтpицaтeJГIЬHoй (20,21,...) полярности. Электрическая длина линий от их общего входа До указанных выходов , измеряемая временем распространения сигнала, поогрессивно возврастает, что необходимо для анализа по предлагаемому способу, а сами линии обладают свойством рассеяния, отражения или поглощения энергии электри ческой волны. Если на входе анализатора деиствует постоянное входное напряжение, то импульсная составляющая отсутству ет, выходное напряжение пиковых детекторов также отсутствует. Напряжение постоянной составлякяцей с выхода 11 фильтра поступает на вход 12 сумматора 9 и регистрируется индикатором 10, как в обычном вольтметре среднего значения. При возникновении переходного процесса импульс напряжения, например, положительной полярности, поступает с выхода фильтра на вход 3 электрической цепи 18 соответствующей полярности и создает на ее выходах 4,5,... напряжения, за висящие от формы импульса и от удаления выходов от входа 3. Максимумы этих напряжений регистрируются пиковыми детектооами 2, постоянное напряжение на выходах 14,15,... которых несет информацию о распределении величины напряжения в импульсе в зависимости от его длительности. При поступлении на вход анализатора серии импульсных напряжений разной полярности, формы и длительности, анализатор регистрирует максимальные значения параметров распределения всей серии импульсов. На фиг.6 приведен примерный вид входного импульсного напряжения, а также показано, каким образом в анализаторе синтезируются отдельные точки исследуемого распределения входного импульсного напряжения. Результаты анализа редких и даже одиночных Переходных процессов получаются в виде постоянных напряжений, удобных для преобразования и хранения, в запоминающих устройствах. В анализаторе исполь.зованы такие относительно простые устройства,как электрические фильтры, а сам процесс анализа не требует сложных трудоемких операций и в то же время является достаточно объективным и оперативным. Лормула изобретения 1.Способ анализа Формы импульсного сигнала, основанный на измерении напряжения в различных точках цепи с распределенными параметрами, способной пассеивать,отражать или поглощать энергию электрической волны, отличающийся, тем, что, с целью расширения функциональных возможнос тей за счет анализа импульсного сигнала произвольной полярности и формы, в том числе и од-нократного, измеряют максимальные значения напряжения и регистрируют их распределение в зависимости от удаления точек измерения от входа цепи. 2.Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее цепь с распределенными параметрами,способную рассеивать,отражать или поглощать энергию электрической волны, имеющую один вход и несколько выходов, и сумматрр, отличающееся тем, что в него введены дополнительная цепь с распределенными параметрами, имеющая один вход и несколько выходов, фильтр постоянной составлякяцей, пиковые детекторы и многопозиционный переключатель,причем выход импульсного сигнала фильтра ПОСТОЯННОЙ составляющей соединен с входами цепей.с распределенными параметрами, входы пиковых детекторов соединены с соответствующими выходами ueneift с распределенными параметрами, вьисоды nHKOBfJx детекторов соединены с соответствующими входами многопозиционного переключателя, выход которого соединен с одним из входов сумматора, а вьрсод

постоянной составляющей- фильтра соединен с вторым входом сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США W 3185926, кл. 324-77, .24.11.65(прототип).

tfr

f f/

iSr, V.

f/

(риг. «f