Цифровой стробоскопический преобразователь электрических сигналов Советский патент 1982 года по МПК G01R13/22 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в стробоскопических осциллографах.

Известен цифровой стробоскопический преобразователь, содержащий генератор строб-импульсов, блок автосдвига импульсов, смеситель, аналого-цифровой преобразователь, блок управления и реверсивный счетчик f ij.

Недостатком этого устройства является большая погрешность преобразования сигналов при воздействии случайной помехи.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является цифровой стробоскопический преобразователь электрических сигналов, содержащий генератор строб-импульсов, вход запуска которого соединен с выходом блока автосдвига импульсов, а выход - с первым входом смесителя, второй вход которого подключен к шине исследуемого сигнала и, входу синхронизации блока автосдвига импульсов, выход - к сигнальному входу аналого-цифрового преобразователя и входу блока управления, а. третий вход - к выходу первого цифроаналогового преобразователя, входами связанного с выxoдa ш реверсивного счетчика, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления/ причем управляющий вход элемента И подключен к третьему выходу блока управления/ выход - к счетному входу реверсивного счетчика, а сигнальный вход - к счетному входу счетчика импульсов и вы10ходу аналого-цифрового преобразователя, вход запуска которого связан с выходом блока автосдвига импульсов, а вход эталонного напряжения с выходом второго цифроаналогового

15 преобразователя, вход знакового разряда которого, соединен,с первым выходом блока управления, а кодовые входы - с выходами эёгистра памяти, управляющий вход которого подключен

20 к пятому выходу управления, а кодовые входы- к выходам счетчика импульсов, .-установочным входом связанного с четвертым выходом блока управления, второй выход которого

25 соединен со счетным входом декады реверсивного счетчика, а иестой выход - с управляющим входом блока автосдвига импульсов Г2Л.

Недостатком этого устройства яв30ляется низкая точность преобразования сигналов низкого уровня, когда определяющей является случайная погрешность преобразования, обусловленная собственными шумами узлов преобразователя, а также при воздействии на исследуемый сигнал случайной помехи. Целью изобретения является повышение точности и помехоустойчивости преобразования. Эта цель достигается благодаря тому, что цифровой стробоскопический преобразователь электрических сигналов, содержащий генератор стробимпульсов, входом запуска соединенный с выходом блока автосдвига импульсов, вход синхронизации которого подключен к шине исследуемого сигнала, а управляющий вход к первому выходу блока управления, и цифроаналоговый преобразователь снабжен компаратором, генератором случайных сигналов и управляемым делителем частоты, выход котор эго связан с тактирующими входами блока автосдвига импульсов и цифроаналогового преобразователя, управляющий вход - с третьим выходом блока управления, а вход синхронизации с входом синхронизации цифро-аналого вого преобразователя, выходом генератора строб-импульсов и стробирующим входом компаратора, первый сигнальный вход которого соединен с шиной исследуемого сигнала, а второй сигнальный вход - с выходом генератора случайных сигналов, управляющий вход которого подключен- к втором выходу блока управления, четвертым выходом связанного с управляющим входом цифроаналогового Преобразователя, установочный вход которого сое динен с выходом компаратора. На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства. Устройство состоит из компаратора 1, цифроаналогового преобразователя (ЦЛП-) 2, генератора 3 случайных сиг лов, управляемого делителя .4 частоты генератора 5 строб-импульсов, блока б управления и блока 7 автосдвига импульсов. Устройство работает следующим об разом. Генератор 3 случайных сигналов вырабатывает случайный сигнал (t с равномерным симметричным относител но нуля законом распределения плотно ти вероятности в пределах значений случайного сигнала, задаваемых кома дами из блока 6 управления и вероят ностью появления значений случайног сигнала вне этих пределов, равной нулю. Причем случайный сигнал }, (t отвечает свойству эргодичности. Исследуемый сигнал xCt) поступае на первый сигнальный вход компарато ра и на вход синхронизации блока 7 автосдвига импульсов. На второй .сигнальный вход компаратора 1 поступает случайный сигнал Х,д(1). По приходу исследуемого сигнала x(tj на вход синхронизации блока 7 автосдвига импульсов, последний вырабатывает импульс, по которому генератор 5 строб-импульсов формирует cтpoб-Iiмпyльc, который поступает на стробирующий вход компаратора 1. Если в момент t .стробирования значение (t) случайного сигнала XQ(t) на входе компаратора 1 меньше или равно значению x(t) исследуемого сигнала x(t), то компаратор 1 вырабатывает импульс, который поступает на установочный вход цифроана(погового преобразователя 2. В противном случае импульс на выходе компаратора не вырабатывается. Блок 6 управления формирует команды, по которым .в генераторе 3 случайных сигналов устанавливаются пределы + ц симметричного относительно нуля равномерного закона распределения плотности вероятности случайного сигнала х д (t), прибольше максимальчем значение х. но возможного мгновенного значения исследуемого сигнала по модулю, т.е. / 3c(t)/;vvoiKc При этом вероятность P(Xj,J появления значения исследуемого сигнала в пределах +Х| одинакова и равна величине , ) В блоке 7 автбсдвига импульсов командами из блока б управления устанавливается требуемый коэффициент преобразования частоты К исследуемого сигнала, определяющий кратность периодов исследуемого сигнала, в которыхпроизводится стробирование, в цифроаналоговом преобразователе 2 - коэффициент преобразования нормирующего усилителя, входящего в состав цифроаналогового преобразователя 2, в управляемом делителе 4 частоты - коэффициент деления частоты, определяющем объем выборки N статистического определения мгновенного значе.ния x(t.J в момент стробирования. Через интервалы времени t, кратные периоду Т исследуемого сигнала (например напряжение синусоидальной формы), блок 7 автосдвига импульсов формирует импульсы, по которым генератор 5 строб-импульсов вырабатывает строб-импульсы, поступакяцие на стробиру ащий вход компаратора 1 Генератор 3 случайных сигналов вырабатывает к приходу очередного стробимпульса с генератора -5 строб-импульгов новое значение случайного сигнала Xj. (t + t) . Импульсы с выхода компаратора -1 поступают на установоч ный вход цифроаналогового преобразо вателя 2, а с выхода генератора 5 строб-импульсов - на входы синхрони зации цифроаналогового преобразовате ля 2 к управляемого делителя 4 частоты. После прохождения N игшульсов с выхода генератора 5 строб-импульс управляемый, делитель 4 частоты в соответствии со значением коэффицие та деления частоты, установленного по командам блока б управления, вырабатывает импульс, поступающий на тактирующие входы цифроаналоговог преобразователя 2 и блока 7 автосдвига импульсов. По приходу импульса на тактирующий вход цифроаналоговый преобразователь 2 вырабатывает на своем выходе расширенный импульс амплитуда которого х (t) пропорцио нальна отношению количества ni импульсов, поступивших с выхода компаратора 3 на установочный , к количеству N импульсов, поступивших на вход синхронизации цифроаналогово го преобразователя 2, определяемому коэффициентом деления частоты управ ляемого делителя 4 частоты, и равна (O-ir K-XH-XHli -t). По приходу импульса на тактирующий вход блока 7 автосдвига импульсов, последний вырабатывает синхронно с поступающим на его вход синхронизации исследуемым сигналом новую серию из N импульсов, но сдвинутую во времени относительно предыдущей серии на интервал времени ut. По окончании новой серии из N импульсов по импульсу, поступившему из управляемого делителя 4 частоты, цифроаналоговый преобразователь 2 вырабатывает новое значение амплитуды расширенного импульса на своем выходе, равное )- -iPiX -x -y (После прохождения третьей серии, амплитуда сигнала Xg (tj х ( 2л на выходе цифроаналогового преобразователя 2 будет равна х,и,.2л)-- Црахц-Хн-х41 -н), и т.д. Таким образом, исследуемый сигнал x(t) стробируется. N раз в одной и той же точке x(t|) исследуемого сигнала, затем сдвигается во времени на интервал t и стробируется N раз в следующей точке x(t 4-ut), затем в третьей точке x( ц. ) и т.д и в конце каждой серии из N импульсов при стробировании N раз в одной и той же точке исследуемого сигнала x{t) цифроаналоговым преобразователем 2 подсчитывается число п, , равное количеству случаев, когда во время стробирования значение случайного сигнала Xgj (t ) было меньше или равно мгновенному значению ) исследуемого сигнала x(t) и вырыбатывается амплитуда выходного сигнала х- () равная величине . )if-.2XH-x, которая сохраняется до окончания новой серии из N импульсов и стробирования исс шдуемого сигнала в следукадей точке и выработки нового значения амплитуды. Приэтом амплитуда Xg ( ) вырабатываемых цифроаналогоBIJM преобразователем 2 расширенных импульсов при стробировании в i-й точке будет pkBHa мгновенным значениям x(t) исследуемого сигнала в этих хсе точках. Предлагаемое устройство производит стохастическое стробоскопическое преобразование исследуемого сигнала. Это позволяет значительно уменьшить случайную составляющую погрешность преобразования, что существенно при малых уровнях преобразуемых сигналов, когда определякадее значение в погрешности преобразования оказывают внутренние шумы узлов устройства, а также повысить помехоустойчивость пре- образования от воздействия случайной, помехи, так как она в предлагаемом преобразователе усредняется. Формула изобретения Цифровой стробоскопически: преобразователь электрических сигналов, содержащий генератор строб-импульсов, входом запуска соединенный с выходом блока автосдвига импульсов-, вход синхронизации которого подключен к шине исследуемого сигнала, а управляющий вход - к первому выходу блока управления, и цифроаналоговый преобразователь, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости преобразования, он снабжен компаратором, генератором случайных сигналов и управляемым делителем частоты, выход которого связан с тактирующими входами блока автосдвига импульсов и цифроаналогового преобразователя , управляющий вход - с третьим выходом блока управления, а вход синхронизации - с входом синхронизации цифроаналогового преобразователя, выходом генератора строб-импульсов и стробирующим входом компаратора, первый сигнальный вход которого соединен с шиной исследуемого сигнпла, а второй сигнальный вход - с выходом

генератора случайных сигналов, управляющий вход которого подключен к второму выходу блока управления, четвертьвл выходом связанного с управляющим входом цифроаналогового преобразователя, установочный вход которого соединен с выходом компаратора.

Истрчникн информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 561140, кл, G 01 R 13/22, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР 773504, кл. G 01 R 13/22, 1979. Гпрототип).