Цифровое устройство для измерения параметров ударного импульса Советский патент 1982 года по МПК G04F10/04 

Изобретение относится к цифровым измерительным системам и может быть применено при измерении параметров, ударных импульсов, в частности при измерении длител; ности ударного про цесса. Известно .цифровое устройство для измерения длительности ударного импульса, содержащее усилитель, выход которого соединен с формирователем, один из входов которого подключен к генератору опорной частоты l. К недостаткам известного устройства относится малая точность измер ния. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее интеграто с логическим управлением, выход которого соединен с одним входом первого нуль-органа и через делитель напряжения - с одним входом второго нуль-органа, выходы нуль-органов соединены с формирователем импульсов, генератор опорной частоты, счетные декады младшего и старшего разрядов, выходы которых подключены к цифро-аналоговому преобразователю, источник опорного напряжения,. соединенный с делителем напряжения, три логических элемента И-НЕ и инвертор, выходы формирователей сигнала подключены к одним входам первого и второго логических элементов И-НЕ, другие входы которых соединены с выходом генератора опорной частоты, выход первого логического элемента И-НЕ соединен с входом счетной декады младшего разряда, выход второго логического элемента И-НЕ подключен к одному входу третьего логического элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом счетной декады старшего разряда, выход счетной декады младшего разряда через инвертор соединен с другим входом третьего логического элемента И-НЕ, выход цифро-аналогового преобразователя подключен к другим входам нульорганов 2. К недостаткам этого устройства относится сравнительно низкая точность измерения, обусловленная тем, что при измерении длительности ударного процесса часть сигнала, лежащая ниже определенного порогового уровня (для положительных полуволн напряжения) и выше порогового уровня (для отрицательных полуволн напряжения) из измерения исключается. Поэтому измерение длительности ударного процесса производится с большой погрешностью, зависящей от выбранных пороговых уровней, на которых и происходит измерение длительности ударного процесса.

Цель изобретения - повьвиение точности измерений.

Поставленная цель достигается те что в цифровое устройство для измерния параметров ударного импульса, содержащее интегратор с логическим управлением, выход которого соединен с первым входом первого нульоргана и через делитель напряжения - с первым входом второго нульоргана, выходы первого и второго нуль-органов через соответствующие, формирователи импульсов соединены с первыми входа,ми соответственно первого и второго элементов И-НЕ, генератор опорной частоты, счетные декады младшего и старшего разрядов выходы которых подключены к входам цифро-аналргового преобразователя, выход которого подключен к вторым входам первого и второго нульорганов, источник опорного напря-.жения, соединенный с вторым входом делителя напряжения, выход генератора опорной частоты подключен к вторым входам первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых соединены соответственно с входом счетной декады младшего разряда и первым входом третьего элемента И-Н выход которого соединен с входом счетной декады старшего разряда, второй выход счетной декады младшего разряда через инвертор соединен с вторым входом третьего логического элемента И-НЕ, дополнительно . введены два операционных, усилителя, декодирующая сетка, ключ, кнопочный переключатель, коммутатор, два нуль-органа, три логических элемента И-НЕ и генератор опорной частоты причем источник опорного напряжения подключен к первым входам коммутатора, выходы которого через декодирющую сетку подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя, выход которого подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя и к прямому входу первого дополнительного нуль-органа, инвертирующий вход которого соединен с шиной входного сигнала и с инвертирующим входом второго дополнительного нуль-органа, прямой вход которого подключен к выходу второго операционного усилителя, выход второго дополнительного нуль-органа через первый дополнительный логический элемент И-НЕ подключен к одному из входов второго дополнительного логического элемента И-НЕ, другой вход которого через кнопочный переключатель соединен с выходом первого дополнительного нуль-органа, выход второго дополнительного логического элемента И-НЕ

подключен к одному из входов третьего дополнительного логического элемента И-НЕ, другой вход которого соединен с выходом ключа, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно основного и дополнительного генераторов опорной частоты, выход третьего дополнительного логического элемента И-НЕ подключен к выходной шине, а вторые

5 входы коммутатора - к общей шине. На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - диаграмма, поясняющая его работу.

Цифровое устройство для измереQ ния параметров ударного импульса содержит интегратор 1 с логическим управлением, нуль-органы 2-5, источник 6 опорного напряжения, соединенный с делителем 7 напряжения, формирователи 8 и 9 импульсов, логические элементы И-НЕ 10-15, инвер- . тор 16, генераторы 17 и 18 опорной частоты, счетные декады 19 и 20 соответственно младшего и старшего разрядов, цифро-аналоговый преобразователь 21, декодирующая сетка 22 на резисторах, операционные усилители 23 и 24, кнопочный переключатель 25, коммутатор 26 и ключ 27. Устройство работает следующим

5 образом.

Измерение пикового значения ударного импульса осуществляется посредством интегратора 1 с логическим управлением, нуль-органов 2

0 и 3, источника 6 опорного напряжения, соединенного с делителем 7 напря-жения, формирователей 8 и 9, логических элементов И-НЕ 10-12, инвертора 16, .генератора 17 опорной частоты, счетных декад 19 и 20, соответственно, младшего и старшего разрядов и цифро-аналогового преобразователя 21.

При измерении пикового значения

0 ударного импульса на управляющем входе интегратора 1. с логическим управлением отсутствует управляющий сигнал. При этом интегратор 1 с логическим управлением работает в

5 режиме усиления. Выход интегратора 1 с логическим управлением соединен непосредственно с одним входом нуль-органа 2 и чзрез делитель 7 напряжения с одним входом нуль-органа- 3. На другие входы нуль-органов 2 и 3 поступает напряжение с выхода цифро-аналогового преобразователя 21. На выходе нуль-органов 2 и 3 образуется положительный перепад напряжения,, если входное напряжение 5 превышает нулевой уровень, Формирователи 8 и 9 преобразуют этот положительный перепад напряжения в сигнал логической единицы, необходимый для управления логическими элементами И-НЕ 10-12. Логические элементы И-НЕ 10-12 пропускают на входы счетных декад 19 и 20 младшего и старшего разрядов импульсы с выхода генератора 17 опорной частоты. Напряжение на выходе цифро-аналогового преобразователя 21 повьицается до тех пор, пока не сравняется с измеряемым входным напряжением. При это нуль-органы 2 и 3 имеют на выходах отрицательное напряжение, на выходах формирователей 8 и 9 появляется напряжение, соответствующее логическому нулю, и импульсы счета с генератора 17 опорной частоты на входы счетных декад 19 и 20 младшего и старшего разрядов не поступают, так как логические элементы И-НЕ 10-12 закрыты.

При увеличении измеряемого входного напряжения в счетные декады 19 и 20 младшего и старшего разрядов вновь поступают импульсы до выравнивания напряжения на выходе цифро-аналогового преобразователя 21 с измеряемым входным напряжением.

Измеряемый входной сигнал поступает непосредственно на вход нульоргана 2, выходное напряжение которого управляет поступлением счетных импульсов на счетную декаду 19 младшего разряда. На вход нуль-органа 3, управляющего счетной декадой 20 старшего разряда, измеряемое напряжение поступает с коэффициентом передачи 0,85-0,9. Значение резисторов (не показаны) делителя 7 напряжения подобраны таким образсм, что по окончании поступления счетных импульсов в счетную декаду 20 старшего разряда на вход счетной декады 19 младшего разряда до мрмента сравнения напряжений поступает еще 10-15 импульсов. Таким образом, нуль-орган 3 срабатывает раньше, чем нуль-орган 2, и на вход счетной декады 20 старшего разряда импульсы могут поступать только с выхода счетной декады 19 младшего разряда через логический элемент. И-НЕ 12 и инвертор 16. В момент сравнения измеряемого входного напряжения с выхода цифроаналогового преобразователя 21 счетные импульсы перестгиот поступать и на вход счетной декады 19 млсщшего разряда.

Измерение длительности ударного процесса производится следующим образом.

Входной измеряемый сигнал поступает кроме интегратора 1 на инвертирующие входы двух нуль-органов 4 и 5.На -прямые входы этих нуль-органов подаются: отрицательное опорное напряжение на нуль-орган 4 и положительное на нуль-орган 5. Величины опорных напряжений, на выходах обоих нуль-органов 4 и 5 равны по абсолютной величине. Получение необходимых опорных напряжений происходит с помощью операционного усилителя 23 и двоичной декодирующей сетки 22.

0

G помощью коммутатора 26 на резисторы декодирующей сетки 22 подается либо опорное напряжение, либо нулевой потенциал. Таким образом, на выходе операционного

5 усилителя 23 появляется напряжение.

Uon

Операционный

кратное величине

Т5

усилитель 24 инвертирует напряжение, поступающее с выхода операционного усилителя 23. На выходе операционного усилителя 24 появляется напряUon 15

жение, кратное величине

Таким образом, на прямые входы

5 обоих нуль-органов 4 и 5 поступают разнополярные опорные напряжения,

кратные-.

Следовательно, величины опорных

0 напряжений составляют от О до lB% от максимального пикового значения напряжения сигнала. Нуль-орган 4 выделяет отрезки времени, в течение которых отрицательные полувол5ны измеряемого напряжения (ударного процесса) по абсолютной величине превышают уровень отрицательного опорного напряжения, а нуль-орган 5 - отрезки, в течение которых поло0жительные волны измеряемого напряжения (ударного процесса) превышают уровень положительного.опорного напряжения.

В зависимости от положения кнопочного переключателя 25 измеряется

5 либо длительность каждой положительной полуволны напряжения, либо длительность пачки положительных и отрицательных полуволн напряжения. Во втором случае началом отсчета являет0ся момент первого превышения одного из установленных опорных напряжений и концом отсчета момент самого последнего пересечения любого установленного уровня.

5

В случае измерения длительности каждой положительной полуволны на логический элемент И-НЕ 14 подается сигнал только с выхода нуль-органа 5.

Прямоугольные импульсы с выхода

0 нуль-органа 5 подаются на логический элемент И-НЕ 13, инвертируются и с выхода логического элемента И-НЕ 13 уже инвертированные поступают на один из входов логичеокого элемента

5 И-НЕ 14. На другой вход логического элемента И-НЕ 14 сигнал не подается, происходит еще одно инвертирование сигнала с выхода нуль-органа 5. Импульсы с выхода логического элемента И-НЕ 14 подаются на один из входов логического элемента И-НЕ 15, на другой вход этого элемента подаются импульсы кварцованной частоты с генератора 17 с частотой, например, 10 кГц.

Таким образом, на выходе логического элемента И-НЕ 15 появляются пачки импульсов частоты 10 кГц длительностью, равной длительности отреэков времени, в течение которых положительные волны иэмеряемого сигнала превышают выбранный уровень положительного опорного напряжения.

Далее пачки импульсов поступают на счетные декады (не показаны). В случае измерения длительности пачки положительных и отрицательных полуволн на коммутируемый вход логического элемента И-НЕ 15 подаются импульсы с генератора 18 опорной частоты с частотой 12,5 кГц. На второй вход логического элемента И-НЕ 14 подаются импульсы с выхода нуль-органа 4. В этом случае на выходе логического элемента И-НЕ 15 появляются пачки импульсов, равные по длительности отрезкам.времени, в течение которых положительные полуволны измеряемого сигнала превышают положительное опорное напряжение, а отрицательные полуволны отрицательное опорное напряжение. Эти пачки импульсов заполнены импульсами с частотой следования 12,5 кГц. Число импульсов во всех пачках суммируется на счетчиках длительности (не показаны).

В случае, если число полуволн измеряемого сигнала конечно, и форма сигнала близка к синусоиде, затухающей по экспоненциальному закону число импульсов, накопленное в счетчиках, соответствует суммарной длительности пачек положительных и отрицательных полуволн. Увеличение частоты генерации опорной частоты с 10 до 12,5 кГц позволяет искусственным путем учитывать в итоговом результате ранее неизмеряемые заштрихованные участки, что повышает точность измерения.

Повышение точности измерения ударного процесса способствует улучшению качества проведения испытаний иаделий на ударные перегрузки и в конечном счете повыишет качество выпускаемой продукции.

Формула изобретения

Цифровое устройство для измерения параметров ударного импульса, содержащее интегратор с логическим упт равлением, выход которого соединен с первым входом первого нуль-органа и через делитель напряжения - с первым входом второго нуль-органа, выходы первого и второго нуль-органов через соответствующие формирователи импульсов соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов И-НЕ, генератор опорной частоты, счетные декады младшего и старшего разрядов выходы которых подключены к входам цифро-аналогового преобразователя, выход которого подключен к вторым входам первого и второго нуль-органов, источник опорного напряжения, соединенный с вторым входом делителя напряжения, выход генератора опорной частоты подключен к- вторым Iвходам первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых соединены соответственно с входом счетной декады младшего разряда и первым входом третьего элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом счетной декады старшего разряда, второй выход счетной декады младшего разряда через инвертор соединен с вторым входом третьего логического элемента И-НЕ, отличающеес я тем, что, с целью повышения точност измерений, в него дополнительно введены два операционных усилителя, декодирующая сетка, ключ, кнопочный

переключатель, коммутатор, два нульоргана, три логических элемента

И-НЕ и генератор опорной частоты, причем источник опорного напряжения подк-лючен к первым входам коммутатора, выходы которого через декодирующую сетку подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя выход которого подключен к инвертирующему вхо второго операционного усилителя и к прямому входу первого дополнительного нуль-органа, инвертирующий вхо которого-соединен с шиной входного сигнала и с инвертирующим входом второго дополнительного нуль-органа, прямой вход которого подключен к выходу второго операционного усилителя, выход второго дополнительного нуль-органа через первый дополнительный логический элемент И-Н подключен к одному из входов второг дополнительного логического элемента И-НЕ, другой вход которого через кнопочный переключатель соединен с выходом первого дополнительного нульгоргана, выход второго дополнительного логического элемента И-НЕ подключен к одному из входов третьего дополнительного логического элемента И-НЕ, другой вход которого соединен с выходом ключа, первый и второй входы которого подключены к