Способ измерения мгновенного значения импульса в заданный момент его фронта Советский патент 1983 года по МПК G01R19/04 

(S) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МГНОВЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ .ИМПУЛЬСА В ЗАДАННЫЙ WHEHT ЕГО ФРОНТА

Изобретение относится к электрическим измерениям и предназначено дл использования при исследованиях одиночных или редко повторяющихся импульсных сигналов наносекундной длительности . Известен стробоскопический способ измерения мгновенного значения импульса, заключающийся в формировании вспомогательного стробимпульса с длительностью, во много раз исследуемого суммирования исходного и вспомогательного сигналов и образовании расширенного импульса с амплитудой, пропорциональной мгновенному значению исходного сигнала в момент стробирования, усилении полученного расширенного импульса и вы делении из него части у несущей в -себе искомую информацию С 1 Основной недостаток известного способа связан со значительными noi- решностями при измерениях мгновенных значений импульсов наносекундной дли тельности в заданные моменты быстронарастающих фронтов. Эти погрешности обуславливаются сложностью формирования коротких стробимпульсов (0,10,2 не) со стабильными амплитудновременными параметрами, а также существенными трудностями синхронизации и сдвига сформированных стробимпульсов. Наиболее близким к предлагаемому является cnocio6 измерения мгновенного значения импульса в заданный момент его фронта, предусматривающий формирование вспомогательного прямоугольного стробимпульса противоположной полярности с амплитудой и длительностью, не меньшими чем у исследуемо го, линейное суммйрованиеисходного и вспомогательного сигналов и фиксирование амплитуды полученного результирующего сигнала 2 . Один из недостатков указанного способа определяется необходимостью формирования стробимпульса, скорость 3 нарастания которого в течение переднего фронта должна быть во много раз большей скорости нарастания исходного импульса. Другой недостаток проявляется в необходимости жесткой синхронизации моментов стробирования с моментами появления исследуемы сигналов. Очевидно, что условиясинхронизации для исследуемых сигналов с разной скоростью нарастания являются различными и это заметно влияет на погрешности измерения в сторону их увеличения. Наконец, третий недостаток, особенно сильно выраженный при исследовании наносекундных импульсов, вызывается тем обстоятельством, что в результате линейного су мирования получается импульс, длител ность которого оказывается во много раз меньшей длительности исходного, В связи с этим фиксация амплитуды такого короткого импульса превращает ся в весьма сложную техническую задачу. Цель изобретения - повышение точности измерения и упрощение подобного измерительного процесса. Поставленная цель достигается тем что согласно способу измерения мгновенного значения импульса в заданный момент его фронта, основанному на линейном суммировании исходного импульса со вспомогательным сигналом в качестве последнего используют про инвертированный исходный импульс, за держанный на время, равное длительности от начала импульса до точки измерения мгновенного значения, выделяют однополярную часть результата подобного линейного суммирования, образованный промежуточный сигнал инвертируют и задерживают на время, выбираемое из условия обеспечения приемлемой погрешности измерения и располагающееся в диапазоне от десятой доли до половины времени первой задержки, сформированный сигнал вновь линейно суммируют с упомянутым промежуточным, выделяют однополярную часть результата повторного линейного суммирования, интегрируют ее, полученную интегральную величину делят на постоянный коэффициент,равный вре мени второй задержки, и по частному -от деления судят об искомом мгн венном значении исходного импульса, На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на 14 фиг.2 а-и - временные диаграммы, иллюстрирующие его принцип действия (индексы при воспроизведенных напряжениях на выходах отдельных составных элементов соответствуют цифровым позициям последних, принятым на фиг,1. Устройство содержит инвертор 1 (фиг.1), линию 2 задержки, блок 3,линейного суммирования, амплитудный ограничитель с нулевым уровнем ограничения, инвертор 5, линию 6 задержки, блок 7 Линейного суммирования, расширитель 8 импульсов и индикатор 9. Входной исследуемый импульс положительной полярности IJgx например треугольной формы (Лиг,2,а) в момент времени tp поступает на вход измерительного устройства, в частности на вход инвертора 1 и один из входов блока 3 линейного суммирования. Инвертор 1. изменяет фазу импульса Ug на 180°, делая его отрицательным. С выхода инвертора 1 сигнал отрицательной полярности и (фиг,2,б) подводится к линии 2 задержки, которая задерживает начало своего выходного сигнала U2 (фиг.2,в) до момента tj., т.е. на время ut t - t,. Сигнал 2 поступает на второй вход блока 3 линейного суммирования, где складывается с входным импульсом . С выхода блока 3 линейного суммирования разнополярный сигнал УЗ(фиг.2,г) направляется на вход амплитудного ограничителя А, который пропускает только его положительную часть. Выходь й сигнал 1/4(фиг,2,д) амплитудного ограничителя k, имеющий положительную полярность, поступает одновременно на вход инвертора 5 и на один из входов блока 7 линейного суммирования. Инвертор 5 изменяет фазу сигнала U, делая его отрицательным. С выхода инвертора 5 СИ1- нал отрицательной полярности 1)5 (фиг.2,е) подводится к линии 6 задержки, которая задерживает начало своего выходного сигнала U(фиг.2,ж) до момента tg, т,е, на время dt tntg. Сигнал и поступает на второй вход блока 7 линейного суммирования, где складывается с сигналом 1). С выхода блока 7 линейного суммирования разнополярный сигнал и-(фиг,2,з) направляется на вход расширителя 8 импульсов, который выделяет его положительную част.ь и интегрирует ее. Выходной сигнал и(фиг.2,и) расширителя 8 импульсов, характеризую59

щий количество электричества в положительной части сигнала U-j (величину ее площади)« поступает в индикатор 9. В последнем производится операция деления полученной ральной величины на постоянный коэффициент, равный времени задержки в линии 6, а также регистрация и индикация искомого мгновенного значения входного импульса Ugj , которое, как показывают теоретические выкладки, с.достаточной степенью точности характеризуются указанным выше частным от деления.

В результате расчетных и экспериметальных исследований установлено, что для большинства импульсов, в частности для полусиносоидальных CHI- налов, приемлемые величины относительной погрешности измерения мгновенного значения имеют место при выполнении соотношения ,1-0,5dt .

Несмотря на то, что в предлагаемом способе имеет место некоторая относительная погрешность, возникающая при повторной операции линейного суммирования, общая точность измерения оказывается весьма высокой. Экспериментальные исследования показывают, что результирующая погрешность устройства, реализующего предлагаемый способ, неПревышает i. Совокупность достаточно простых составных операций способа предопределяет его практическое осуществление исключительно на уже созданной элементной базе, широко распространенной в измерительной технике.

6

Формула изобретения Способ измерения мгновенного значения импульса в заданный момент его фронта, основанный на линейном суммировании исходного импульса со вспомогательным сигналом, отличаюийся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения, в качестве указанного вспомогательного сигнала используют проинвертированный исходный импульс, задержанный на время, равное длительности от начала импульса до точки измерения мгновенного значения, выделяют однополярную часть результата подобного линейного суммирования, образованный промежуточный сигнал инвертируют и задерживают на время, выбираемое из условия обеспечения приемлемой погрешности измерения и располагающееся в диапазоне от десятой доли до половины времени первой задержки, сформированный сигнал вновь линейно суммируют с упомянутым промежуточным, выделяют однополярную часть результата повторного линейного суммирования, интегрируют ее, полученную интегральную величину делят на постояннь1й коэффициент, равный времени второй задержки, и по частному от деления судят об искомом мгновенном значении исходного импульса.

.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе , Грязнов М. И. и др. Измерение импульсных напряжений. М., . радио, 1969, с. З.

И

Us

Ув,

1/:

(риг. 2.

i

t

V