Устройство для измерения амплитуды одиночных импульсных сигналов

 

(72) Автор изобретения

М. М. Гельман (71) Заявитель (5 1) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ

ОДИНОЧНЫХ; ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к измерители ной технике и может быть использовано в измерительных и управляющих системах для определения максимального значения кратковременных импульсных сигналов одиночных и редко повторяющихся.

Известны аналоговые измерители одиночных импульсов, работающие на принципе заряда конденсатора измеряемым сиг налом через нелинейный элемент (пиковый1O детектор) (1) .

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

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения максимального значения сигнала, содержащее выходной кодовой регистр, многоразрядный декадный делитель, группу компараторов, первый вход 21 каждого из которых подсоединен к.соот- . ветствующей ступени младшей декады многоразрядного декадного делителя, ступени ! старших декад которого шунтированы груп пой ключевых элементов, а выкоды под-: ключены к входам выходного кодового регистра 2

Недостатком известного устройства является увеличение динамической погреш ности измерений с уменьшением продолжительности измеряемого импульса, обусловленное последовательным во времени процессом уравновешивания измеряемой величины.

Бель изобретения - повышение точнос

4t ти измерений в широком диапазоне длитель ности и уровней импульсных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения амплитуды одиночных импульсных сигналов, содержащее выходной кодовый регистр, многоразрядный декадный делитель, группу компараторов, первый вход каждого иэ которых подсоединен к соответствующей сту» пени младшей декады многоразрядного декадного делителя, ступени старших декад

3 96064 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 щ 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 кото-2О рого 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 которо- З

ЗО му 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-З 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 другую часть ступеней старших декад многоразрядного декадного делителя, и дополнительной группы ключевых элементов, а выходы преобразователей единичного кода в напряжение к входам выходного кодово- SO го регистра.

На чертеже представлена принципиалькая схема предлагаемого устройства для измерения амплитуды одиночных импульсных сигналов. SS

Устройство для измерения амплитуды одино шых импульсных сигналов содержит шину 1 вх )QIiblx сигналов и группы ком4 4 параторов 2-1 - 2- YI и дополнительных . компараторов 3-1 - 3 -И, 4-1 — 4-и. подключеных соответственно к с тупеням

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, 6-16- И многоразрядного делителя и первого дополнительного декадного делителя

UlvHTBDoBGHbI соответственно ключевыаи элементами 10-1 — 10- И и 11-1 - 11 .

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-И, подключенных выходами к входам выходного кодового регистра 17.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии все ключевые элементы шунтируют соответствующие ступени декадных делителей и эакорачивают их на шину нулевого потенциала.

Опорное напряжение UgII 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 превышать 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 3-13-И, 4-1 - 4-И с параллельными наборами соответствующих уровней квантования, на ступенях дополнительных многоразрядных делителей старших разрядов

8-1 - 8-И, 9-1 - 9-И образуется назначения данного разряда и кратного 10, А число деблокированых ступеней каждого номинала от К до К- 10 в соответст вующих декадных делителях равно соответствующим кодам,Kq,.,K>q.

После установления опорных уровней и- напряжения на ступенях 7- К. 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 К . младшего десятичного разряда. Этот код, совместно с кодами старших разрядов, представленных сигналами состояния соответствующих ПЕКН, считывается в выходной кодовый регистр 17.

Код измеренной величины из регистра 17 может быть передан для дальнейшей обработки в HBN. Считывание кодов в регистр и иэ регистра организуют в соответствии с требуемой программой обмена данными либо их отображения.

5 9606

° бор уровней с шагом 0,1 (3оп, Если измеряемая величина превышает О, 1 Ооп, то сработает соответствующая часть дополнительных компараторов 4-1 - 4- присоединенных к декадному делителю старшего разряда и сформирует тем самым единичный код старшего десятичного разряда К (К„=О, 1, 2, ..., 9).

Параллельный единичный код К передается на ПЕКН 13 старшего разряда, 30

ovoðHûì напряжением которого является

Up и преобразуется в напряжение ()оП " ООП+(О""оп) (" +")()оп 0" где (0,1 Ооп) — начальный выходной уровень напряжения преобразователя 13, На- 1$ пряжение Upp равно измеряемой величи4 не, округленной до ближайшего целого значения, эквивалентного старшему разряду кода, т. е, (К +1) 0р> 10 и кратного 10 20

Все ПЕКН имеют различное число разрядов, образуя в совокупности многоразрядный преобразователь кода в напряжение с несколькими выходами. Ступень напряжения ПЕКН более младшего разряда умень-2$ шается на десятичный порядок по сравнению со ступенью напряжения преобразования предыдущего более старшего разряда;

Одновременно с переключением преобразователя 13 сигналами сработавших ком- З параторов деблокируются К „соответствующих ступеней 8 и 9 в декадных делителях остальных разрядов.

Декадный делитель второго разряда содержит девять ступеней 5 -R и декаду З ступеней 6- К 10 . Поэтому на ступенях 6 после переключения преобразователя 13 и деблокирования К ступеней R этого делителя образуется набор уровней напряжения всегда с постоянным с шагом

0,01, с. которым сравнивается выходное напряжение пикового детектора 16. При этом абсолютное значение уровня напряжения на каждой ступени 6 составит К Ооп "++P()оп„10, где % = 1, 2... 4$ 2.

10 — номер ступени младшей декады дели теля.

Далее процесс формирования кодов различных десятичных разрядов Kq, К,..., К„, гле = 1, 2,..., И(Ичисло десятичных разрядов кодирования), $6 повторяется аналогично описанному выше.

При этом на выходе ПЕКН каждого разряда вплоть . до ПЕКН (И - 1)-го разряда, последовательно устанавливаются onopm>e напряжения (4р =(.К +4) Ц,п 10"- Ос„(1 -)) каждое иэ которых равно значению измеряемой величины, округленному на уровне -го разряда до ближайшего целого

Таким образом, благодаря поразрядной подстройке десятичных делителей под значение измеряемой величины (с ее округлением на уровне данного разряда до ближайшего целого, кратного 10 "), 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) предьщушего старшего разряда. Это позволяет производить десятичное поразрядное сравнение измеряемой величины с наборами опорных уровней квантования.

Формирование каждого последующего набора уровней с более мелким шагом квантования происходит с задержкой во времени относительно формирования набо ра уровней предыдущего старшего разряда

Однако, благодаря задержке измеряемого сигнала линией 15, последний иэ наборов уровней с шагом квантования, равным единице младшего разряда, оказывается сформированным заранее, до появления максимального значения измеряемого сигнала на входах компараторов 2. Подобная экстраполяция позволяет исключить линамическую погрешность измерений, характерную для цифровых устройств с послелова7 9606 тельным во времени формированием опорных сигналов сравнения и уравновешивания.

Вместе с тем временное разрешение предлагаемого устройства оказывается та-. ким же, как у аналого-цифрового преобра- зователя параллельного действия, в котором для сравнения с измеряемой величиной используют делитель с числом единичных ступеней, равным 10 и таким же чис- . и- лом компараторов. Однако подключение ц1

10 " компараторов к источнику измеряе мой величины вносит существенную погрешность в измерения широкополосных сигналов. В предлагаемом устройстве к источни-. ку измеряемой величины подключают всего1у

9 компараторов и пиковый детектор, что существенно меньше влияет на точность изм ерений.

Формула изобретения

Устройство для измерения амплитуды одиночных импульсных сигналов, содержащее выходной кодовый регистр, многораз- уу

-рядный декадный делитель, группу компараторов, первый вход каждого из которых подсоединен к соответствующей степени ,младшей декады .многоразрядного декадного делителя, ступени старших декад ко- 3О торого шунтированы группой ключевых элементов, а выходы подключены к входам выходного кодового регистра, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности в широком диапазоне длительности и уровней импульсных сигналов, в него 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 ко торых подключены к соответствующим ступеням младших декад первого дополнительного декадного делителя, ступени старших декад которого зашунтированы

44, 8 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 выходам части компараторов первой дополнительной группы компараторов и управляющим вхо

-дом части группы ключевых элементов, шунтирующих часть ступеней старших декад многоразрядного декадного делителя, причем кодовые входы первого преобразователя единичного кода в напряжение под- ключены к 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

¹ 739424, кл. 601 Р 19/04, 12.12.77 (прототип) .

960644

Составитель Н. Маркин

Редактор Н. Пушненкова Техред. 3.Палий Корректор. B Бутяга

Заказ 7254/50 Тираж .717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4