Цифровое измерительное стробоскопическое устройство

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике н может быть использовано при разработке измерительной аппаратуры повьшенной точности для исследования быстропротекающих процессов применительно к задачам обработки гидроакусторадиолокационных сигналов сложной формы. Цель

СОЮЗ СОБЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (Я) 4 G 01 R 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

f011104 хад

ГОСУДАРСТЯЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4242284/24-21 (22) 08.05.87 (46) 07.12.88. Бюл. Ф 45 (71) Красноярский политехнический институт (72) С.П. Панько, О.А. Быков и Ю.В. Колпаков (53) 621.317.57 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 771554, кл. G 01 R 13/02, 1979.

ÄÄSUÄÄ 1442921 А1 (54) ЦИФРОВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ СТРОВОСКОПИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и,может быть использовано при разработке измерительной аппаратуры повышенной точности для исследования быстропротекающих процессов применительно к задачам обработки гидроакусторадиолокационных сигналов сложной формы. Цель

1442921 изобретения — повышение точности параметров быстропротекающих процессов.

На вход стробоскопического преобразователя 1 поступает периодическая последовательность коротких сигналов. Импульсом с выхода синхронизатора 6 запускается генератор 7 пилообразного напряжения, Компаратор

8 формирует строб-импульс в момент равенства напряжений генераторов 7 ,и 15 пилообразного и ступенчатого напряжений, и производится считывание точки исследуемого сигнала, которое поступает на аналоговый сумматор 2 и в блок 3 выборки и хранения, а затем на компаратор 11, где сравнивается с напряжением источника 12 опорного напряжения. Если напряжение источника опорного напряжения больше, то производится повторное считывание той же точки исследуемого сигнала, 1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при разработке измерительной аппаратуры повышенной точности для исследования быстроцротекающих процессов применительно к задачам обработки гидроакусторадиолокационных сигналов сложной формы.

Цель изобретения — повышение точ5

ro напряжения, первый компаратор 8, 25 ности измерения параметров быстропро- 10 текающих процессов.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит стробоскопический преобразователь 1 аналоговый сумматор 2, блок 3 выборки и хранения, аналого-цифровой преобразова" тель (АЦП) 4, блок 5 деления, синхронизатор б, генератор 7 пилообразносчетчик 9, блок 10 постоянной памяти, второй компаратор 11, источник 12 опорного напряжения, регистр 13 памя.ти, элемент ИЛИ 14 и генератор, 15 ступенчатого напряжения.

Входная клемма подключена к информационному входу стробоскопического преобразователя и через синхронизатор, генератор пилообразного если меньше, то производится считыванием следующей точки исследуемого сигнала. Таким образом, введение в устройство аналогового сумматора 2, блока 10 постоянной памяти, блока 3 выборки и хранения, регистра 13 памяти, блока 5 деления позволяет повысить точность измерения параметров коротких сигналов за счет применения усреднения с количеством накоплений, обратно пропорциональным отношению сигнал/шум. Для больших значений сигнала количество накоплений будет малым, для малых значений сигнала— большим, то есть отношение сигнал/

/шум выходного сигнала будет значительно более равномерным по периоду сигнала по сравнению с входным сигна(JIoM. На чертеже также показаны аналого"цифровой преобразователь 4. счетчик 9, элемент ИЛИ 14, 1 ип.

2 напряжения, первый компаратор — к управляющим входам стробоскопического преобразователя,. блока выборки и хранения и к входу счетчика, первый вход второго компаратора подключен к информационному входу АЦП, выход элемента ИЛИ через генератор ступенчатого напряжения подключен к второму . входу первого компаратора, выход ис" точника опорного напряжения подключен к второму входу второго компаратора, выход узла деления является выходом устройства, а первый вход соединен с выходом АЦП, вход блока постоянной памяти подключен к первому выходу счетчика, а выход соединен с третьим входом второго компаратора, первый вход аналогового сумматора подключен к выходу стробоскопического преобразователя, а выход — к входу блока выборки и хранения, выход которого соединен с вторым входом аналогового сумматора и информационным входом АЦП,.первый вход регистра памяти подключен к первому выходу счетчика, а выход соединен с вторым входом блока деления, причем выход второго компаратора соединен с управляющим входом регистра памяти, 1442921

75 а также с входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом переполнения счетчика, а выход подключен к входам установки в нулевое

> состояние блока выборки,и хранения и счетчика, второй выход АЦП подключен к выходу "Готов" устройства, а его управляющий вход соединен с Выходом элемента ИЛИ, выход первого компаратора соединен с управляющим входом блока выборки и хранения и входом счетчика.

Устройство работает следующим образом. 15

На вход поступает последовательность быстроменяющихся сигналов, следующих с периодом Т. Быстроменяющимся является сигнал, мгновенные значения которого изменяются в большом .20 динамическом диапазоне в течении одного периода. При исследовании тонкой структуры сигнала необходимо анализировать форму колебания,т.е.все особенности сигнала,в том числе и в области малых мгновенных значений.

Синхронизатор 6 предназначен для формирования стандартного по дли.тельности и амплитуде импульса, синхронного. с каждым входным сигналом. 30

Импульсом с выхода синхронизатора 6 запускается генератор 7 пилообразного напряжения. В начальный момент времени генератор 15 ступенчатого напряжения находится в нулевом состоянии, т.е. напряжение на его выходе равно нулю. Компаратор 8 формирует на своем выходе импульс в момент равенства напряжений генераторов 7 и 15 пилообразного ступенчатого напряже- 40 ний. Поэтому в начальный момент времени строб-импульс на выходе компаратора 8 появляется практически в момент появления входного сигнала. Стробоскопический преобразователь 1 под 45 воздействием этого импульса производит выборку мгновенного значения входного сигнала. Блок 3 выборки и хранения в исходном моменте времени находится в нулевом состоянии, т.е. напряжение на его выходе равно нулю.

Поэтому на выходе аналогового сумматора 2 после первого строб-импульса появляется напряжение, равное напряжению с выхода стробоскопического преобразователя 1. Тем же строб-им пульсом суммарное напряжение переписывается в блок 3 выборки и хранения и хранится там до следующего строб-импульса. С прихоДом следующего информационного сигнала генератор 7 пилообразного напряжения запускается снова, и поскольку состояние генератора 15 ступенчатого напряжения не изменяется, то это приводит к формированию строб-импульса, с помощью которого производится считывание той же точки входного сигнала, что и в предыдущем периоде.

Таким образом до тех пор, пока состояние генератора 15 ступенчатого напряжения не изменится, будет считываться одна одноименная точка по всех периодах входного сигнала, а на выходе блока 3 выборки и хранения будет формироваться суммарное значение напряжения всех этих отсчетов.

Каждый запуск стробоскопического преобразователя. 1 и блока 3 выборки и хранения фиксируется в счетчике 9, поэтому в каждый момент времени содержимое счетчика 9 равно количеству накопленных периодов. Подсчет копичества накопленных отсчетов необходим для завершения операции усреднения путем деления напряжения с выхода блока 3 выборки и хранения на число накоплений, которое можно снять со счетчика 9.

Ограничение количества накоплений. производится следующим путем. Напряжение с выхода блока 3 выборки и хранения проверяется на превышение опорного напряжения во втором компараторе 11. Опорное напряжение снимается с источника 12 опорного напряжения и численно немного меньше половины максимального значения входного сигнала, или, что то же самое, половины размаха амплитудной характеристики АЦП

4. Для упрощения блока 5 деления проверка превышения напряжением с выхода блока 3 выборки и хранения опорного напряжения производится только в периоды номер которых принадле1

7 жит ряду чисел 2, где Z = 0,1,2...

Формирование сигнала, разрешающего проверку превышения, производится блоком 10 постоянной памяти. Этот блок содержит 2 ячеек постоянной памяти, где N — количество разрядов счетчика 9 ° В каждой ячейке этого блока записана "1" или "0". Если считать, что разрешающим сигналом для второго компаратора 11 является то во всех ячейках, адреса которых равны 2, где Z = О, 1,2,...N

5 14429 должна быть записана "1". В ячейках с другими адресами должны быть записаны "0". Эта информация заносится в блок постоянной памяти до установки узла в прибор и должна сохраняться

5 неизменной в течение всего времени эксплуатации изделия. Адресом для блока 10 постоянной памяти является число из счетчика 9. Если при не- 10 котором Z напряжение с выхода блока

3 выборки и хранения не превысило опорное напряжение, то можно утверждать, что к следующему моменту про2+1 верки, т.е. к 2 периоду входного сигнала накопленное напряжение не превысит разрядную сетку АЦП 4. В случае, если превышение произошло, то процесс накопления следует прекратить, так как за следующие 2

) периодов входного сигнала накопленное значение напряжения превысит разрядную сетку АЦП 4. В случае, если превышение произошло, на выходе второго компаратора 11 формируется импульс, который производит запуск АЦП 4, запись количества накопленных периодов со счетика 9 в регистр 13 памяти, сброс блока 3 выборки и хранения в исходное состояние, т.е. стирание 30 накопленного напряжения, возврат в нулевое состояние счетчика 9 и переключение генератора 15 ступенчатого напряжения на очередную ступеньку.

В блоке 5 деления будет произведена

35 операция деления цифрового эквивалента накопленного напряжения на количество периодов, т.е. закончена операция усреднения в текущей точке входного сигнала. Усредненное snave- 10 ние по сигналу "Готов" с второго выхода АЦП 4 может быть считано во внешнее устройство. Момент появления сигнала Готов должен учитывать время, необходимое для выполнения операции деления в блоке 5.

Операцией деления заканчивается процесс усреднения мгновенных значения отсчетов входного сигнала в одной точке.

Поскольку счетчик 9 и блок 3 выборки и хранения приведены в исходное состояние, т.е. устройство готово для накопления отсчетов в следующей точке для получения следующего усредненного значения выходного сиг- нала напряжение с выхода генератора 1э ступенчатого напряжения принимает значение следующей ступеньки, 2f 6

Очередной строб-импульс смешается по времени относительно своего предшественника внутри периода входного сигнала. Величина смещения определяется скоростью нарастания напряжения генератора 7 пилообразного напряжения и требуемого количества точек, представляющих выходной сигнал.

Еще один важный случай — когда напряжение в блоке 3 выборки и хранения

Йе достигло порогового значения не только к половине максимально возможного количества периодов, но и к моменту полного заполнения счетчика 9.

Это возможно, когда значение информационного сигнала близко к нулю, а спектральная мощность шума невелика.

Для того, чтобы работа устройства не остановилась, введен элемент ИЛИ, 14. Импульс с выхода переполнения счетчика 9> проходя через элемент

14 ИЛИ, сбросит на нуль:блок 3 выборки и хранения, подтвердит установку в нуль счетчик 9, установит генератор ступенчатого напряжения в следующую ступеньку и запустит АЦП 4. ,,Так как значение кода с выхода АЦП 4,, равно нулю, то на выход устройства также будет выставлено нулевое значение.

Таким образом, устройство позволяет повысить точность измерения параметров быстропротекающих процессов за счет применения усреднения с колв чеством накоплений, обратно пропорциональным отношению сигнал/шум.

Для больших значений информационного сигнала количество накоплений будет малым, Для малых мгновенных значений информационного сигнала отношение сигнал/шум будет мало, а усреднение будет производиться с существенно большим количеством накоплений.

Таким образом, отношение сигнал/шум выходного сигнала будет значительно более равномерным по периоду сигнала по сравнению с входным сигналом.

Формула изобретения

Цифровое измерительное стробоскопическое устройство, содержащее последовательно включенные синхронизатор, генератор пилообразного напряжения, первый компаратор, стробоскопический преобразователь, информационный вход которого является входом устройства и соединен с входом синхронизатора, а также счетчик, Составитель В. Григорьевский

Техред Л.Сердюкова. Корректор Г.Решетник

Редактор E. Папп

Заказ 6380/42 Тираж 7?2

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

1442 второй компаратор, вход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом. генератора ступенчатого напряжения, выход которого подключен к второму входу первого компаратора, источник опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу второго компара- 1п тора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок постоянной памяти, аналоговый сумматор, блок выборки и хранения, регистр памяти, блок деления, выход которого является выходом устройства, а первый вход соединен с выходом аналогоцифрового преобразователя, вход блока постоянной памяти подключен к пер- 20 ному выходу счетчика, а выход соединен с третьим входом второго компаратора, первый вход аналогового сумматора подключен к выходу стробоскопи-

921 8 ческого преобразователя, а выход подключен к входу блока выборки и хранения, выход которого соединен с вторым входом аналогового сумматора и информационным входом аналого-цифрового преобразователя, первый вход регистра памяти подключен к первому выходу счетчика, а выход соединен с вторым входом блока деления, причем выход второго компаратора соединен с управляющим входом регистра памяти и с входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом переполнения счетчика, а выход подключен к входам установки в нулевое состояние блока выборки и хранения и счетчика, второй выход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу "Готов" устройства, а его управляющий вход соединен с выходом элемента ИЛИ, выход первого компаратора соединен с управляющим входом узла выборки и хранения и входом счетчика,