Устройство для измерения амплитуды одиночных импульсных сигналов Советский патент 1982 года по МПК G01R19/04 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ ОДИНОЧНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ

1

Изобретение относится к измеритепьной технике и может быть использовано в измерительных и управляющих системах для определения максимального значения кратковременных импульсных сигналовj

одиночных и редко повторяющихся.

Известны аналоговые измерители оди ночных импульсов, работаклцие на принципе заряда конденсатора измеряемым сигналом через нелинейный элемент (пиковый ю

детектор) t1

Недостатком подобных устройств является большая (5 - 15%) погрещность измерений .

Наиболее близким к предлагаемому по 15 технической сущности является устройство для измерения максимального значения сигнала, содержащее выходной кодовой регистр, многоразрядный декадный дели- ; тель, группу компараторов, первый вход Ц каждого из которых подсоединен к. сортветствующей ступени младшей декады многоразрядного декадного делителя, ступени

старших декад которого шунтированы rpyii- пой ключевых элементов, а выходы под- ключены к входам выходного кодового регистра f23 .

Недостатком известного устройства является увеличение динамической погрешности измерений с уменьшением продолзкительности йэмеряемого импульса, обу-; словленное последовательным во времени процессом уравновешивания измеряемой величины.

Цель изобретения - повьпиение точноети измерений в широком диапазоне длительности и уровней импульсных сигналов. : Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения амплиту- ды одиночных импульсных сигналов, содержащее выходной кодовый регистр, многоразрядный декадный делитель, группу компараторов, первый вход каждого изкоторызс подсоединен к соответст1вуюшей ступени младшей декады многоразр$щного декадного делителя, ступени старших декад которого шунтированы группой ключевых элементов, а выходы подключены к входам выходного кодового регистра, введены источник опорного напряжения, два преобразователя единичного кода в напряжение, пиковый детектор, линия задержки, два дополнительных декадных делителя, дополнительные ключевые элементы, две дополнительные группы компараторов, первые входы одной из которых подключены к соответствующим ступеням младших декад первого дополнительного декадного делителя, ступени старших декад которого зашунтирбваны дополнительными ключевым элементами, а первые входы другой подключены к соответствующим ступеням второго дополнительного декадного делителя, при этом линия задержки подключена между вторыми входами группы компараторов и входом пикового детектора, выход кото- рого подключен к вторым входам каждого компаратора дополнительных групп компараторов, при этом декадный делитель и первый дополнительный декадный делитель включен между шиной нулевого потенциа- ла и выходом преобразователя единичного кода в напряжение, а второй дополнительный декадный делитель подключен между t;; шиной нулевого -потенциала и выходом источника опорного напряжения, к которому подключен входом первый преобразователь единичного кода в напряжение, выход которого соединен с входом второго преобразователя единичного кода в напряжение, кодовыми выходами подключенного к выходам части компараторов первой до- полнительной группы компараторов и управляющим входом части группы ключевых элементов, шунтирующих часть ступеней старших декад многоразрядного декадного делителя, причем кодовые входы первого преобразователя единичного кода в напряжение подключены к выходам компараторов второй дополнительной группы компараторов и управляющим входам другой части ключевых элементов, шунтирующих часть ступеней старших декад мно горазрядного декадного делителя, и дополнительной группы ключевых элементов, а выходы преобразователей единичного кода в напряжение к входам выходного кодово- го регистра. На чертеже представлена приншшиаль- мая схема предлагаемого устройства для измерения амплитуды одиночных импульсных сигналов.. Устройство для измерения амплитуды одиночных импульсных сигналов содержит тину 1 входных сигналов и группы компараторов 2-1 - 2- i и дополнительных . компараторов 3-1 - 3 -и, 4-1 - 4-и , подключеных соответственно к ступеням 5-1 - 5и, 6-1 - 6-и- 7-1 - 7- И многоразрядного делителя, и ступеням 8-1 - 8-И, 9-1 - 9- И дополнительных многорязрядных делителей, причем ступени старших разрядов 5-1 - 5-И, 6-1 6- и многоразрядного делителя и первого дополнительного декадного делителя шунтисованы соответственно ключевыми элементами 1О-1 - 10-Уп и 11-1 - ll-fi. Источник 12 опорного напряжения выходом подключен через первый преобразователь 13 единичного кода в напряжение (ПЕКН) к входу второго преобразователя единичного кода в напряжение (ПЕКН) 14, а шина 1 входных сигналов подключена к входам линии 15 задержки и пикового детектора 16, при этом выход линии 15 задержки соединен с вторыми входами группы компараторов 2-1 - 2-Й, подключенных выходами к входам выходного кодового регистра 17. Устройство работает следующим обрезом. В исходном состоянии все ключевые элементы шунтируют соответствующие ступени декадных делителей и закорачивают 1К на шину нулевого потбнхшала. Опорное напряжение Don источника 12 опорного напряжения выбирают равным пределу измеряемой величины, а время линии 15 задержки, равным суммарному времени задержки срабатывания ключевых элементов, а также дополнительных компараторов, присоединенных к ступеням дополнительных многоразрядных делителей старших разрядов, т. е. общему времени перестройки всех делителей в процессе работы устройства. Амплитуда входного импульсного сигнала в начале измеряется пиковым детектором 16. Его погрешность в общем случае не должна превьпиать единицы предпоследнего младшего десятичного разряда кода. Так, например, для 999 уровней квантования эта погрешность не должна превышать 10%, что обеспечивается во всех случаях практики. Выходное напряжение пикового детектора 16, расширенное на уровне максимума измеряемого импульса, сравнивается в дополнительных компараторах 3-1 З-п , 4-1 - 4- м с параллельными наборами соответствующих уровней квантования, на ступенях дополнительных многоразрядных делителей старших разрядов 8-1 - 8-И, 9-1 - 9-И образуется на5, 9 бор уровней с шагом 0,1 Ооп Если измеряемая величина превышает ОДОоп то сработает; соответствующая часть дополнительных KOMnapaiopoB 4-1 - 4- И присоединенных к декадному делителю старшего разряда и сформирует тем самым единичный код старшего десятичного разряда К( ., 1, 2, .... 9). Параллельный единичный код К- передается на ПЕКН 13 старшего разряда, опорным напряжением которого является UQP и преобразуется в напряжение . oп-t-- Uoп ° Joп Cк,н), где (0,1 (Jon) начальный выходной уровень напряжения преобразователя 13, Напряжение Uon равно измеряемой величи- не, округленной до ближайшего целого значения, эквивалентного старшему разряду кода, т. е. ( К +l)Uon и кратного 1О. Все ПЕКН имеют различное число разрядов, образуя в совокупности многоразрядный преобразователь кода в напряжение с несколькими выходами. Ступень напряже ния ПЕКН более младшего разряда уменьшается на десятичный порядок по сравнению со ступенью напряжения преобразования предыдущего более старшего разряща; Одновременно с переключением преобразователя 13 сигналами сработавших ком- параторов деблокируются К соответствующих ступеней 8 и 9 в декадных делителях остальных разрядов. Декадный делитель второго разряда содержит девять ступеней 5 -R и декаду ступеней 6- И- . Поэтому на ступенях 6 после переключения преобразователя 13 и деблокирования К ступеней R этого делителя образуется набор уровней напряжения всегда с постоянным с шагом 0,О1, с которым сравнивается выходное напряжение пикового детектора 16. При этом абсолютное значение уровня напряжения на каждой ступени 6 составит K iV-cr- PUon.-lO- где R 1, 2, ..., 10 - номер ступени младшей декады дели Далее процесс формирования кодов различных десятичных разрядов К , KI KI , где 1, 2, .. ., И ( И число десятичных разрядов кодирования). повторяется аналогично описанному вьпие. При этом на выходе ПЕКН каждого разряда вплоть до ПЕКН ( И - 1)-го разряда, последовательно устанавливаются опор ные напряжения ()Joп0 Uoп(.-, каждое из которых равно значению измеряемой величины, округленному на уровне i -го разряда до ближайшего целого 446 значения данного разряда и кратного 10 , А число деблокированых ступеней каждого номинала от R до R- в соответс- вующих декадных делителях равно соответствующим кодам iKд,,, После установления опорных уровней напряжения на ступенях 7- R- 10 на входы компараторов 2 поступает измеряемый импульсный сигнал, задержанный линией 15 на время, несколько превышающее время переключения декадных делителей и формирования кодов и - 1 старших разрядов. По мере нарастания измеряемого сигнала последовательно срабатывают компараторы 2 с памятью и в момент появления максимума сигнала компараторами фиксируется код Кц. младшего десятичного разряда. Этот код, совместно с кодами старших разрядов, представленных сигналами состояния соответс- вующих ПЕКН, считьшается в выходной кодовый регистр 17. Код измеренной величины из регистра 17 может быть передан для дальнейшей обработки в 1IBM. Считъгоание кодов в регистр и из регистра организуют в соответствии с требуемой программой обмена данными либо их отображения. Таким образом, благодаря поразрядной подстройке десятичных делителей под значение измеряемой величины (с ее округлением на уровне данного разряда до ближайшего делого, кратного ), обеспечивается постоянтсво шагов уровней квантования. При этом верхний предел устанавливаемых уровней квантования каждого последующего разряда превышает значение измеряемой величины не более, чем на один шаг квантования (единицу) предьщущего старшего разряда. Это позволяет производить десятичное поразрядное сравнение измеряемой величины с наборами опорных уровней квантования. Формирование каждого последующего набора уровней с более мелким щагом квантования происходит с задерлосой во времени относительно формирования набора уровней предыдущего старшего разряда. Однако, благодаря задержке измеряемого сигнала линией 15, последний из наборов уровней с шагом квантования, равным единице младшего разряда, оказьтается мированным заранее, до появления максимального значения измеряемого сигнала входах компараторов 2. Подобная экстраполяция позволяет исключить динамическую погрешность измерений, характеркую для цифровых устройств с последовательным во времени формированием опорных сигналов сравнения и уравновешивани Вместе с тем временное разрешение предлагаемого устройства оказьшается таКИМ же, как у аналого-цифрового преобразователя параллельного действия, в котором для сравнения с измеряемой величино используют делитель с числом единичных ступеней, равным и таким, же яислом компараторов. Однако подключение компараторов к источнику измеря мой величины вносит существенную погреш ность в измерения широкополосных сигналов. В предлагаемом устройстве к источай ку измеряемой величины подкл19чают всего 9 компараторов и пиковый детектор, что существенно меньше влияет на точность изм ерений. Формула изобретения Устройство для измерения амплитуды одиночных импульс1и 1х сигналов, содержащее выходной кодовый регистр, многораз-рядный декадный делитель, группу компараторов, первый вход каждого из которых подсоединен к соответствующей степени падшей декады -многоразрядного декадного делителя, ступени старших декад которого шунтированы группой ключевых элементов, а выходы подключены к входам выходного кодового регистра, отличающееся тем, что, с целью повышения точности в широком диапазоне длительности и уровней импульсных сигна лов, в него введены источник опорного напряжения, два преобразователя единичного кода в напряжение, пиковый детектор, линия задержки, два дополнительных декадных делителя, дополнительные ключе вые элементы, две дополнительные группы компараторов, первые входы одной из которых подключены к соответствующим ступеням младших декад первого дополнительного декадного делителя, ступени старших декад которого зашунтированы дополнительными ключевыми элементами, а первые входы другой подключены к соответствующим ступеням второго дополнительного декадного делителя, при этом линия задержки подключена между вторыми входами группы компараторов и входом пикового детектора, выход которого подключен к вторым входам каждого компаратора дополнительных групп компараторов, при этом декадный делитель и первый дополнительный декадный делитель включен между шиной нулевого потенциала и выходом преобразователя единичного кода в напряжение, а второй дополнительный декадный делитель подключен между шиной нулевого потенциала и выходом источника опорного напряжения, к которому подключен входом первый преобразователь единичного кода в напряжение, выход которого соединен с входом второго преобразователя единичного кода в напряжение, кодовыми выходами подключенного к выxoдiaм части компараторов первой дополнительной группы компараторов и управляющим вхоДОМ части группы ключевых элементов, шунтирующих часть ступеней старших декад многоразрядного декадного делителя, причем кодовые входы первого преобразователя единичного кода в напряжение подключенык выходам компараторов второй дополнительной группы компараторов и управляющим входам другой части ключевых элементов группы ключевых элементов, шунтирующих другую часть степеней старших декад многоразрядного декадного делителя, и дополнительной группы ключевых элементов, а выходы преобразователей единичного кода в напряжение подключены к входам выходного кодового регистра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Маграчев 3, В. Вольтметры одиночных импульсов. - Энергий, М., 1967, с. 20-25 2.Авторское свидетельство СССР № 739424, кл. 601Р 19/04, 12.12.77 (прототип).