Стробированный измеритель слабых импульсных сигналов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Соцналнстнческни

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) ЗаЯвлено 281278 (21) 2435229/18-21 с присоединением заявки М

Государствеииый комитет

С С P по делам изобретений и открытий (23), Приоритет "

Опубликовано 15.05.79, Бюллетень N9 18

Дата опубликования описания 150579

J (72) Авторы изобретения

Л. П. Зайгман и С.М. Тетюрев (71) Заявитель (54 ) СТРОБИРОВАННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СЛАБЫХ ИМПУЛЬСНЫХ

СИГНАЛОВ

Изобретение относится к электро" измерительной технике. Измеритель может быть использован, например, для измерения приращения потока магнитной индукции при перемагничивании сердечников иэ магнитно-мягких материалов.

Известны измерители слабых импульсных сигналов, основанные на сравнении измеряемого сигнала с известным, содержащие блоки сравнения (1) .

Известные устройства имеют погрешность измерения от временной нестабильности параметров измерительного тракта и требуется его периодическая калибровка.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является стробированный измеритель слабых импульс-2О ных сигналов, содержавший индикатор, источники измеряемого и образцового сигналов, выходами соединенные с входом стробированного приемника, а входами — с блоком изменения, один из выходов которого связан с управляющим входом стробированного приемника (2) .

В этом устройстве источники, изме- ряемого и.образцового сигналов пери2 одически.и попеременно запускаются блоком управления, их сигналы посту- пают на вход приемника, который открывается только на время прохожде- ния этих сигналов. Усиленные сигналы поступают на вход интегратора, который увеличивает как их амплитуду, так и длительность. Блок изменения полярности по коМанде блока управления изменяет полярность только образцового сигиала. Измерительный прибор измеряет среднее значение входного импульсного напряжения, II0 его нулевому показанию регистрируется равенство образцового сигнала измеряемому.

В описанном устройстве усилительный тракт усиливает полностью оба сигнала: иамЕряемйй"и образцовый, и только после усиления изменяются полярности образцового сигнала, выделяется разность:между измеряемым и образцовым сигналами, которая сводится к нулю. Поэтому усилительный тракт должен иметь значительный динамический диапазон по аМплитуде, ч-.обы усилить импульсы с малыми нелинейными искажениями, и быть широкополосным для уменьшения влияния на погрешность измерения различной формы из6628 меряемого и образцового сигналов.

Широкополосный тракт имеет плохую помехозащищенность и высокий уровень собственных шумов, что влияет на погрешность измерения. Блок измере- ния полярности ограничивает воэможности применения устройства. Если 5 схема изменения полярности выполне-на на механических контактах, то ог раничивается частота следования измерительных импульсов. Если она выполнена на бесконтактных элементах, 10 тб присутствует погрешность-от не однозначности пропускания импульсов разной полярности. Блок изменения

-полярности независимо от его выполнения создает коммутационный шум, кото- 5 рый уменьшает точность устройства.

С целью повышения точности в стробированном измерителе импульсных сигналов, содержащем индикатор, источники измеряемого и образцового сигналов, выходами соединенные с входом стробированного приемника, а входами — с блоком управления, один из выходов которого связан с управляющим входом стробированного приемника, между стробированным приемником и

" индикатором введены последовательно . соединенные избирательный усилитель и фазовый детектор, опорный вход которого связан с блоком управления °

На фиг.1 показана функциональная ЗО схема устройства; на фиг. 2 - дйаграмма напряжений в различных точках устройства, получаемых при его работе.

Устройство состоит из источника 1 35 и источника 2 сигналов, связанных с: входом стробированного приемника 3, и последовательно соединенных изби- . рательного усилителя 4, фазового детектора 5 и индикатора 6. Блок уп- 4п равления 7 связан с входами управле-. ния источников 1 и 2 сигналов, стро- ". бироЪанного приемника и опорныМ входом фазового детектора.

Устройство работает следующим 4> образом.

Источники 1 и 2 измеряемого 8 (см.фиг.2) и образцового 9 сигналов периодически и попеременно запуска- 5О

Ются блоком управления 7. Последова-. тельность измеряемого и образцового сигналов 10 поступает на вход стро-вированного приемника 3, который открывается блоком управления на 55 время действия сигналов 19. Усиленные измеряемый и образцовый сигналй 11 поступают на вход избирательного усилителя 4. Избирательный усилитель,, резонансная частота которого равна частоте следования импульсов, выде- 6О ляет огибающую сигнала, амплитуда которого пропорциональна разности вольт-секундных площадей измеряемого и образцового сигналов, а Фаза определяет, какая из площадей больше.

76 . 4

Любой сложный периодический сигнал может быть представлен в виде суммы элементарных гармонических сигналов. Пусть заданы в интервале

0 4 t1 Функция f S(t), описывающая измеряемый сигнал, и функция k (t} в интервале Т/2 < С T/2 i<,îïècûâàþùàÿ образцовый сигнал. Эти Функции периодически повторяются с частотой

Я.= 29/Ò, где Т - перйод повторения. Сдвинуты сигналы относительно друг друга наТ/2.

Подобные Функции могут быть представлены рядом Фурье а

Щ)= — -+ .Е (Q со$пХ? +Ь Sin,ï щ.}, (t) г в

I где ao/2 - постоянная составляющая (среднее значение), ахи Ь„- амплитуды косинусоидальных и синусоидальных членов разложения () . Эти величины определяются выражениями — Т,} 1(<) сИ; (2}

О

a =.— f f(i) cosnat (; Р}

z л Т

Ь„= f(t).ЯПП Ы 8< (4)

Согласно теореме о преобразовании суммы колебаний легко записать сигнал, воздействующий на вход стро" бированного приемника 3.

4Я= 8И+4Ю= "+ (a -coSii щ

В=1

В . g " 9

+ ь зтиа ) я+ X (а соева и

2 6=1

+Ь„$Юп Q.4) . (5}

Стробированный приемник усиливает поступивший на его вход сигнал ю где к — коэффициент усиления приемника.

Избирательным усилителем 4 из всех составляющих спектра усипиваются только составляющие, имеющие частоту,: равную частоте повторения измерительного или образцового сигнала. Поэтому выходной сигнал 12 избирательного усилителя (см.фиг.2) может бить записан д()"1 .K (a coSa, +ь . 91пЩ+ц-cos<<>

В В

1 i 1.

+ ь,фага), 9 . (>} где К - коэффициент передачи усилителя на частоте Я, Таким образом, выходное напряжение избирательного усилителя определяется амплитудами косинусойдальнйх и синусоидальных членов разложения

662876 5 биваются равенства вольт-секундных площадей этих сигналов.

Блок управления 7 вырабатывает импульсы запуска источников 1 и 2

f импул ;сы, стробирующие приемник 3, и опорный сигнал для фазового детек-. 5 тора.5.

Таким образом, точность измерения устройства повышается благодаря тому, что избирательный усилитель, имея узкую полоску пропускания по часто10 те, уменьшает уровень шумов по сравнению с известной схемой. Избиратель ный усилитель усиливает только раз- ность сигналов, а не весь сигнал, усилитель не перегружается, требуется меньший дйнамический диапазон. При этом уменьшаются нелинейные искаже.ния. Устраняется схема изменения полярности, что уменьшает уровень шумов и снижает ограничения по частоте следования импульсов, т.е. увеличивается быстродействие схемы. I

Формула изобретения

5 и (t) и fg (t) на частоте Я., т.е. при п 1. Воспользовавшись выражениями (3) и (4), определяют коэффициенты

Г

,=>j fg(t) cosaи.at; (s)

8 2, 1

Ь = — / f>(t) ginkt dt; (9)

9» 2 (Ж а,= (fz(t) count at; (ю1

Té

Z т/г к

5 ->j f>(t) ginOt dt ()

1 УФ

Если длительность импульсов мень:ше периода повторения, т.е. 1Ис 2с ); выражения (9) и (11) обращаются в нуль, а коэффициенты при косинусо» идальных членах разложения могут быть записаны

8 2

1=т 3 fe(t) dt (12)

92 2 а,= —, f, (t) dt

Таким образом, эти коэффициенты пропорциональны вольт-секундной площа дя импульсов измерительного и образцового сигналов. Подставляя их значения по формулам (12) и (13) в уравнение (7), получают окончательный результат т1

fg{t)=K К 2(f / (t) dt- fg(t) dt ) coS йt

О (44)Из выражения (1.4) видно, что амПлитуда напряжения частоты на выходе, избирательного усилителя пропорцио .нальна разности вольт-секундйый пло- щадей измерительного и образцового сигналов, а фаза определяет, какая из.площадей больше.

Синусоидальный сигнал поступает . на фазовый детектор 5, который преобразует его в пропорциональное напряжение, постуйакщее на измери-" тельный прибор 6. .Изменением величины образцового сйгнала по .нулевому показанию измерительного прибора устанавливают равенство образцового сигнала измеряемому. Тем самым доСтробированный измеритель слабых импульсных сигналов, содержащий индикатор, источники измеряемого и об.Разцового сигналов, выходами соединен ные с входом стробированного прием30 ника, а входами - с блоком управления, один из выходов которого связан с управляющим входом стробированного приемника, отличающийся тем, что> с целью повышения точности"

35 и быстродействия, между стробированным приемнйком и индикатором введены последовательнб соединенные избирательный усилитель и фазовый детектор, опорный вход которого связан

40 с блоком управления.

Источнйки информации, принятые во внимание при экспер тизе

1. КозЛов О.П. и др. Лаборатор-. ная установка и приборы для измерения

4 магнитных пОтоков и времени перемагничивания малогабаритных сердечников. Трудй мЕтрологических институтов СССР, вып.133, 1971, с.234.

2. ьвторское свидетельство

9 513320, кл. (j 01Я 19/04, 1975.

Ф е

662876

Составитель В . Бага нов

Редактор ТдЮрчикова 7ехред Э.Фанта Ко ректор С.Патрушева

Заказ 2691/47 . Тйраж 1089 Подписное

ПИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035< Москва Ж-35 Раушская наб.с д.4 5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4