Преобразователь амплитуды импульсов в код Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АМПЛИТУДЫ ИМПУЛЬСОВ

В КОД

1

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и может быть использовано для усреднения и измерения погрешностей амплитуды импульсов, в частности для определения коэффициента отражения лазерных отражателей и зеркал при измерениях малых амплитуд импульсов следящих систем и т.д.

Известно устройство для измерения среднего значения амплитуд, которое позволяет измерять среднее значение амплитуд регулярной импульсной последовательности и среднее значение непрерывного случайного процесса.

Однако известное устройство не обладает достаточной точностью для определения коэффициента отражения из-за неточности изготовления модулирующего диска, обеспечивающего переключение отраженных потоков света от образцового и измеряемого отражателей таким образом, что при прерванном луче от одного отражателя фотоприемник освещается отраженным лучом от другого отражателя, и, наоборот, при повороте диска на 180° прерван отраженный луч света от второго отражателя, а проходит луч от первого отражателя. Неточность углового расположения двух вырезов (отверстий) диска является причиной импульсной помехи в моменты переходов сформированного прямоугольного периодического сигнала (меандра), амплитуды которого соответствуют коэффициентам отражения обоих отражателей.

В силу своей инерционности фотоэлектрический преобразователь формирует не идеальный меандр, а со сглаженными углами.

10

Измерение двумя стрелочными приборами выделенных из меандров амплитуд относительно какого-либо нулевого уровня хотя и обеспечивает измерение интегральной суммы амплитуд полупериодов и усредняет пог15 рещности измерений, однако требует аналогового пересчета коэффициента отражения со щкалы и недостаточно точно, а также затрудняет перенос на цифропечать.

Измерение осциллографом при визуаль2Q ном наблюдении за разверткой импульсов с выравниванием амплитуд меандров в прямую линию требует ввода аттенюатора (иглы) в один из световых потоков и использования громоздкой аппаратуры. При этом погрешности наводок осциллографа тем больlue. чем больше принята чувствите пьность его входа. Для обеспечения максимальной точности необходима оптимальная регулировка чувствительности, что затрудняет наладочные работы. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является цифровой усреднитель периода, содержащий реверсивные счетчики, элементы ИЛИ, И, ключи, блоки управления, генератор квантующих импульсов, распределитель, формирователи и счетный триггер 2. Недостатком данного устройства .является сложность и низкая точность измерений. Цель изобретения - упрощение устройства и повыщение точности. Указанная цель достигается тем, что в известный преобразователь, содержащий формирователь импульсов, первый выход которого подключен к первым входам двух ключей, генератор квантующих импульсов, выход которого соединен со входом распределителя, счетный триггер, формирователь импульсов по заднему фронту, элементы И и ИЛИ, реверсивный счетчик, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, выход которого соединен с управ ляющим входом реверсивного счетчика, дополнительно введены синхронизатор, формирователь импульсов по заднему фронту, элемент И, два элемента И-НЕ, генератор линейно изменяющегося напряжения и блок сравнения, причем второй выход формирователя импульсов через синхронизатор подклю чен к входам счетного триггера, прямой выход которого через формирователь импульсов по заднему фронту подключен к первому входу первого элемента И-НЕ и непосредственно к первому входу второго элемента И-НЕ и второму входу блока управления, инверсивный выход счетного триггера соединен непосредственно со вторым входом первого элемента И-НЕ и третьим входом блока управления и через дополнительный формирователь импульсов по заднему фронту - со вторым входом второго элемента И-НЕ, выход которого подключен к одному из входов элемента ИЛИ и к второму входу первого ключа, выход первого элемента И-НЕ соединен с другим входом элемента ИЛИ и со вторым входом второго ключа, выходы ключей объединены и подключены к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, а выход - с первым входом дополнительного элемента И, второй вход которого подключен к первому выходу распределителя, а выход - к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора квантующих импульсов, а выход - со счетным входом реверсивного счетчика, установочный вход которого подключен ко второму выходу распределителя. На фиг. 1 приведена блок-схема преобразователя амплитуды импульсов в код; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу устройства; на . фиг. 3 и 4 - диаграммы преобразования амплитуд сигналов опорного и измеряемого во временной интервал и их квантование в кадре измерения. Устройство (фиг. 1) содержит формирователь 1 импульсов измеряемых и опорных, синхронизатор 2, счетный 1К-триггер 3, формирователи 4.1 и 4.2 импульсов по заднему фронту импульсов меандра, два элемента И-НЕ 5 и 6, элемент ИЛИ 7, электронные ключи 8.1 и 8.2, генератор 9 линейно изменяющегося напряжения, блок 10 сравнения, два элемента И 11 и 12, генератор 13 квантующих импульсов, распределитель 14 и реверсивный счетчик 15 с блоком 16 управления. В состав формирователя 1 импульсов входятфотоэлектрический преобразователь 17, к выходу которого входом подключен усилитель 18. Распределитель 14 содержит делитель 19 частоты, к выходу которого подключен десятичный счетчик 20 с дешифратором 21. Формирователь 1, одним выходом подключенный через синхронизатор 2 к счетному триггеру 3, а други.м выходом - ко входам электронных ключей 8.1 и 8.2, обеспечивает формирование прямоугольного периодического сигнала (меандра), состоящего из чередующихся импульсов опорного сигнала и измеряемого. Через электронные ключи 8.1 и 8.2 в соответствии с синхросигналом, формируемым синхронизаторо.м 2, счетным триггером 3, формирователями 4.1 и 4.2 импульсов по заднему фронту импульсов меандра и элементами И-НЕ 5 и 6, проходят в синхронной последовательности и.мпульсы опорного и измеряемого сигналов в виде меандра, поступающие на вход блока 10 сравнения, на другой вход которого поступают уменьщающиеся импульсы с выхода генератора 9 линейно изменяющегося напряжения, причем последний синхронизирован синхросигналом, объединяемым в элементе ИЛИ 7. С выхода блока 10 сравнения на элементы И 11 и 12 поступают щиротно модулированные импульсы измеряемого сигнала в четные кадры измерений и фиксированные по длительности импульсы нечетных кадров измерений, соответствующих опорному сигналу. При этом элемент И 11 обеспечивает тактовый период измерений, а элемент И 12 - квантование периодов импульсов. Распределитель 14, соединенный входо.м с выходом генератора 13 квантующих импульсов, а выходами - со вторым входом элемента И 11 и установочным входом реверсивного счетчика 15, обеспечивает обнуление счетчика 15 в период, предшествующий тактовому периоду измерения. Реверсивный счетчик 15 управляется блоком 16, входы которого подключены к выходам счетного триггера 3, прямой (Q) выход которого объединен также с входом формирователя 4.1 и с. выходом элемента И-НЕ 6, а инверсный (Q) - с выходом формирователя 4.2 и входом элемента И-НЕ 5. При этом вторые входы элементов H-JHE подключены к выходам соответствующих формирователей 4.1 и 4.2, а их выходы - к входам элемента ИЛИ 7, выходом подключенного к входу генератора 9. На фиг. 2 даны диаграмма А амплитудно сформированного меандра, составленного из чередующихся измеряе1У10го сигнала и опорного; диаграмма Б окончательно сформированного меандра сигналов с отфильтрованной импульсной помехой перехода; диаграмма В переключений счетного триггера; диаграммы Г, Е импульсов запрета прохождения в блок 10 сравнения сигналов соответственно измеряемого и опорного; диаграммы Д, Ж импульсов запрета прохождения помехи перехода; диаграмма И синхросигнала, запускающего генератор 9 линейно изменяющегося напряжения. Устройство работает следующим образом. Луч света от источника света посредством системы из светоделителя и модулирующего диска (не показаны) обеспечивает поочередное сканирование образцового и измеряемого отражателей и в виде модулированного отражённого луча воздействует не формирователь 1 импульсов и в виде меандра с импульсной помехой перехода (фиг. 2) с выхода формирователя 1 поступает на входы синхронизатора 2 и электронных ключей 8.1 и 8.2. Синхронизатором 2 перепады меандра, в том числе и импульсная помеха, выделяются в сигналы, управляющие переключениями счетного триггера 3 так, что осуществляется его переключение при каждом перепаде меандра (фиг. 2). Формирователи 4.1 и 4.2 срабатывают соответственно при перепадах на Q и О.выходах триггера 3 только с «1 на «О, вырабатывая на своих выходах импульсы запрета (фиг. 2 Д, Ж). Когда на двух входах элемента И-НЕ 5/6 возникают единичные потенциалы «1, на выходе этого элемента образуется нулевой «О (фиг. 2, Д, Е, Г, Ж). На выходе элемента ИЛИ 7, подключенного входами к выходам элементов 5 и 6 таким образом образуется синхросигнал (фиг. 2 И), запускающий генератор 9, который вырабатывает линейно уменьщающееся напряжение (фиг. 3 и 4). Пусть нулевой потенциал запрещает прохождение импульса через электронные ключи 8.1 и 8.2, подключенные к выходам элементов И-НЕ 5 и 6. Тогда в период импульсов запрета (фиг. 2, И) по длительности больших, чем период импульсной помехи Переходов меандра, измерения не производится. В остальной период кадров измерений в блоке 10 сравнения производится сравнение или амплитуды опорного сигнала или измеряемой амплитуды с линейно уменьплающимся напряжением генератора 9 (фиг. 3 и 4). Из диаграммы видно, что больщему уровню сигнала соответствует больщий период квантования и больщое число квантующих импульсов. При этом в соответствии с реверсированиями счетчика 15, переключаемого на прямой и обратный счет посредством блока 16 управления, квантованные импульсы опорного сигнала суммируются в первом четном кадре измерения, а квантованные импульсы измеряемого сигнала вычитаются во втором нечетном кадре измерения и все разности суммируются в тактовом периоде измерений. Переключения реверсивного счетчика 15 осуществляются блоком 16 в периоды запрета измерений при переключениях счетного триггера 3 (фиг. 2 В, Д, Ж) и не вносят погрещностей в измерениях из-за запаздываний переключений реверсивного счетчика, сброс показаний которого производится перед началом каждого последующего тактового периода. Тактовый период измерения определяется коэффициентом деления делителя Г9 частоты, подключенного выходом к десятичному счетчику 20 с дещифратором 21. При разрещении «1, т.е. при наличии ее на первом входе элемента И 11, подключенном к дещифратору 21, и импульсе срабатывания «1 блока 10 сравнения, подключенного к другому входу элемента И 11, на выходе последнего возникает импульс совпадения, бременной интервал которого квантуется посредством элемента И 12, одним входом подключенного к выходу элемента И 11, а другим - к выходу генератора 13 квантующих импульсов. Импульсы квантования поступают на счетный вход реверсивного счетчика 45 и в зависимости от состояний блока 16 этого счетчика либо суммируются в нем, либо вычитаются. Таким образом, показания реверсивного счетчика в каждом тактовом периоде измерений являются интегральной суммой разностей квантований в четных и нечетных кадрах измерений амплитуд опорного сигнала и измеряемого. Благодаря отфильтровыванию импульсных помех переходов меандра, сформированного формирователем 1, и измерениям в линейной области, а также вследствие отсутствия помех запаздывания (скруглений меандра) предлагаемое устройство по точности выгодно отличается от известного особенно при измерениях слабых сигналов. Существенным является и упрощение конструкции устройства. Показания реверсивного счетчика в периоды между тактами измерений могут быть перенесены на цифропечать и являются значением производственных измерений. При использовании настоящего устройства для измерения коэффициента отражения лазерных отражателей увеличение производительности достигается вследствие того, что нет необходимости при измерениях производить выравнивание отраженных световых потоков от отражателей образцового и измеряемого посредством аттенюатора (введением иглы в световой поток). Это возможно благодаря высокой линейности, присущей цифровым измерениям. Настоящий преобразователь амплитуды импульсов может использоваться также для исследования интенсивностей излучений и спектральных анализов фильтроохлаждающих жидкостей. Предлагаемая конструкция преобразователя амплитуды импульсов позволяет производить измерение усредненных импульсов малой амплитуды, так как производится вычитание цифрового отображения измеряемого импульса из цифрового отображения опорного имп.ульса в каждом четном кадре измерения, при этом разностный результат суммируется столько раз, сколько двойных кадров умещается в тактовом периоде измерений. После тактового периода измереНИИ результат высвечивается на цифровых индикаторах (либо поступает на мащинопечать), затем цикл измерения повторяется. При переходе от кадра измерения опорного сигнала к кадру измерения изм,еряемого сигнала импульсная помеха перехода отфильтровывается и благодаря этому обеспечивается увеличение точности измерения каждой пары импульсов. Интегральная сумма результатов измерений дополнительно увеличивает точность измерений. Еще одной составляющей увеличения точности является осуществление преобразования амплитуды во временной интервал при чередующемся квантовании обоих образованных периодов от опорных и измеряе.мых импульсов одним и тем же генератором квантующих импульсов. Кроме того, предлагаемое устройство более просто по конструкции в сравнении с известным. Формула изобретения Преобразователь амплитуды импульсов в код, содержащий формирователь импульсов, первый выход которого подключен к первым входам двух ключей, генератор квантующих импульсов, выход которого соединен со входом распределителя, счетный триггер, формирователь импульсов по заднему фронту, эле.менты И и ИЛИ, реверсивный счетчик, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, выход которого соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства и повыщения точности, в него дополнительно введены синхронизатор, формирователь импульсов по заднему фронту, элемент И, два элемента И-НЕ, генератор линейно изменяющегося напряжения и блок сравнения, причем второй выход формирователя импульсов через синхронизатор подключен к входам счетного триггера, прямой выход которого через формирователь импульсов по заднему фронту подключен к первому входу первого элемента И-НЕ и непосредственно к первому входу второго элемента И-НЕ и второму входу блока управления, инверсивный выход счетного триггера соединен непосредственно со вторым входом первого элемента И-НЕ и третьим входом блока управления и через дополнительный формирователь импульсов по заднему фронту - со вторым входом второго элемента И-НЕ, выход которого подключен к одному из входов элемента ИЛИ и к второму входу первого ключа, выход первого элемента И-НЕ соединен с другим входом элемента ИЛИ и со вторым входом второго ключа, выходы ключей объединены и подключены к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, а выход - с первым входом дополнительного элемента И, второй вход которого подключен к первому выходу распределителя, а выход - к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора квантующих импульсов, а выход - со счетным входом реверсивного счетчика, установочный вход которого подключен ко второму выходу распределителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 515072, кл. Н 03 К 13/20, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР j№ 645123, кл. G 04 F 10/04, 1977.