Способ измерения размеров частиц и устройство для его осуществления

Способ измерения размеров частиц и устройство для его осуществления

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам контроля параметров объектов, а именно к способам определения размеров частиц, и может быть использовано для определения размера частиц, их размерного состава и концентрации в порошках, суспензиях и аэрозолях. Целью изобретения является повышение точности определения размеров частиц, в частности уменьшение случайной погрешности результата. Это достигается тем, что в способе измерения размеров частиц дополнительно измеряют длительность заднего фронта сигнала от частицы. Дана формула для определения размера частицы и предложено устройство для осуществления способа. 2 с.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к способам контроля параметров объектов, точнее к способам определения размеров частиц, и может быть использовано для определения размера частиц, их размерного состава и концентрации в порошках, суспензиях и аэрозолях, для контроля технологических процессов, проходящих с использованием этих материалов в медико-биологических исследованиях, а также для контроля загрязненности жидкостей, в частности, при экологических исследованиях.

Известны способы определения распределения частиц по размерам по угловому распределению интенсивности рассеяния, а также по флуктуации интенсивности рассеяния лазерного излучения в результате броуновского движения [1] Эти способы имеют малую точность, а для их реализации требуется сложная, дорогостоящая аппаратура.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения размеров частиц [2] предназначенный для исследования дисперсных частиц в двухфазном потоке и заключающийся в том, что в исследуемом потоке с помощью пучка излучения формируют измерительную зону, превосходящую по размерам максимальный размер частиц, и регистрируют импульсные сигналы, возникающие при пересечении частицами зоны измерения, в частности измеряют длительности переднего фронта и вершины каждого импульса. Величина проекции частицы на направление движения определяется с использованием формулы a_изв= , (1) где a_изв длина проекции частицы на направление движения частиц; l длина зоны измерения в направлении движения; _пф длительность переднего фронта сигнала от частицы; _в длительность вершины сигнала от частицы.

Указанный способ имеет недостаточную точность, так как вычисление размера частицы производят на основании измерения длительности двух элементов сигнала: его переднего фронта и вершины. При этом в полной мере сказывается влияние мешающих факторов, обусловливающих случайную погрешность измерения длительностей переднего фронта и вершины сигнала. К таким влияющим факторам относятся флуктуации интенсивности излучения и его пространственного распределения, флуктуации вектора скорости движения частицы и шумовые процессы в измерительной аппаратуре.

Этот способ реализуется на устройстве, состоящем из источника излучения, передающей формирующей системы, блока сканирования, например, в виде проточной кюветы с системой прокачки, приемной формирующей системы, например, в виде диафрагмы, приемника излучения, широтно-импульсного преобразователя аналог-код, представляющего собой набор из n блоков сравнения с заданными уровнями дискриминации, источника опорных напряжений, задающего указанные n уровней, и вычислительного блока, соединенного с приемником излучения и преобразующего широтно-импульсный код в форму, удобную для вычисления, и производящего вычисления по формуле (1), причем один из входов каждого блока сравнения соединен с выходом приемника излучения, а другой вход каждого блока сравнения с одним из выходов источника опорных напряжений.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности определения размеров частиц, в частности уменьшение случайной погрешности результата.

Цель достигается тем, что в способе, включающем формирование с помощью пучка излучения в области, содержащей частицы, зоны измерения, превосходящей максимальный размер частицы, регистрацию импульсных сигналов, возникающих при пересечении частицами зоны измерения, измерение длительности переднего фронта и вершины сигнала, дополнительно измеряют длительность заднего фронта сигнала, а размер частицы определяют с использованием формулы a l , (2) где a размер частицы, определяемый как длина ее проекции на направление движения частиц; l длина зоны измерения в направлении движения частиц; _пф длительность переднего фронта сигнала; _в длительность вершины сигнала; _зф длительность заднего фронта сигнала.

Предлагаемый способ реализуется на установке, отличающейся от известной тем, что преобразователь аналог-код, помимо одного блока сравнения с фиксированным уровнем дискриминации, включает аналого-цифровой преобразователь, оперативный запоминающий узел, счетчик адреса, выполненный реверсивным, пиковый детектор, второй блок сравнения, третий блок сравнения, выполненный стробируемым, два сумматора, цифроаналоговый преобразователь, блок управления, счетчик вершины, счетчик заднего фронта, регистр вершины, регистр заднего фронта. При этом выход первого блока сравнения соединен с входом регистрации сигнала блока управления, выход приемника излучения соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора и выход которого соединен с входом регистрации окончания вершины блока управления. Один вход первого сумматора соединен с выходом приемника излучения, а другой с вторым выходом источника опорных напряжений. Выход приемника излучения соединен также с входом аналого-цифрового преобразователя, его кодовые выходы соединены с соответствующими входами данных оперативного запоминающего узла, адресные входы которого соединены с соответствующими выходами разрядов счетчика адреса, а выходы данных с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя. Выход последнего соединен с одним из входов второго сумматора, другой вход которого соединен с третьим выходом источника опорных напряжений, а выход с входом третьего блока сравнения. Другой вход третьего блока сравнения соединен с выходом пикового детектора, а выход с входом регистрации окончания переднего фронта блока управления. Вход запуска аналого-цифрового преобразователя и вход инкрементирования счетчика адреса соединены с одним из выходов блока управления, вход декрементирования счетчика адреса и вход инкрементирования счетчика вершины соединены с вторым выходом блока управления, входы разрешения записи и разрешения чтения оперативного запоминающего узла соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока управления, вход стробирования третьего блока сравнения и вход инкрементирования счетчика заднего фронта соединены соответственно с пятым и шестым выходами блока управления. Выходы разрядов счетчика адреса соединены также с соответствующими входами данных регистра переднего фронта, выходы разрядов счетчика вершины соединены с соответствующими входами данных регистра вершины, выходы разрядов счетчика заднего фронта соединены с соответствующими входами данных регистра заднего фронта, входы разрешения записи указанных регистров соединены между собой и с седьмым выходом блока управления, а их соответствующие выходы данных соединены между собой и с соответствующими входами данных вычислительного блока. Кроме того, вход разрешения чтения каждого из упомянутых регистров соединен с одним из адресных выходов вычислительного блока, а его четвертый адресный выход соединен с входами сброса счетчиков адреса, вершины и заднего фронта, пикового детектора и блока управления, а вход запроса прерывания вычислительного блока соединен с восьмым выходом блока управления.

На фиг. 1 показана функциональная блок-схема устройства; на фиг. 2 блок управления, вариант выполнения, на фиг. 3 вычислительный блок на базе ЭВМ ЕС1841, вариант выполнения; на фиг. 4 графики изменения потока излучения, провзаимодействовавшего с частицей, при прохождении частицей зоны измерения; на фиг. 5 графики, поясняющие работу устройства; на фиг. 6 алгоритм обмена информацией между блоком вычисления размеров частиц и остальными узлами устройства; на фиг. 7 и 8 графики, доказывающие преимущества предлагаемого способа перед известным; на фиг. 9 пример полученной с помощью предлагаемого способа гистограммы распределения частиц по размерам.

Устройство включает источник 1 излучения, например лазер, передающую формирующую систему 2, например линзовую, блок 3 сканирования для перемещения субстанции с измеряемыми частицами, причем в качестве блока сканирования может быть взята, например, проточная кювета с гидро- или пневмосистемой для прокачки суспензий (гидрозоли) или аэрозоли или поверхность с нанесенными на нее частицами, сканируемая с помощью механического сканера; приемную формирующую систему 4, приемник 5 излучения, выполненный, например, в виде фотоэлектронного датчика с усилителем, первый блок 6 сравнения (БСI), выполненный, например, в виде компаратора, источник 7 опорных напряжений (в дальнейшем источник И), имеющий три выхода: первого, второго и третьего опорных напряжений, блок 8 управления (БУ), имеющий четыре входа и восемь выходов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, который может быть стандартным, например типа К1108ПВ1, реверсивный счетчик 10 адреса (СА), выполненный на стандартных микросхемах, оперативный запоминающий узел (ОЗУ) 11, выполненный по обычным правилам, пиковый детектор 12, второй блок 13 сравнения (БС2), выполненный, например, по схеме компаратора, первый сумматор 14, выполненный по известным принципам, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 15, который может быть стандартным, например типа К1108ПА1А, третий блок 16 сравнения (БС3), выполненный, например, по схеме стробируемого компаратора, второй сумматор 17, аналогичный 14; счетчик 18 вершины и счетчик 19 заднего фронта, выполненные по обычным принципам, регистр 20 переднего фронта, регистр 21 вершины и регистр 22 заднего фронта, выполненные известным способом на стандартных микросхемах, например типа КР580ИР82, вычислительный блок 23, выполненный на базе ЭВМ, например ЕС 1841, и имеющий входы данных, вход запроса прерывания и четыре адресных выхода. Один из возможных вариантов выполнения БУ 8 представлен на фиг. 2. БУ 8 включает задающий генератор 24, выполненный обычным способом на микросхеме К555ЛАЗ, счетчик 25, выполненный на микросхеме К555ИЕ7, постоянный запоминающий узел (ПЗУ) 26, выполненный на микросхеме К155РЕ3, первый четвертый входные триггеры соответственно 27-30, выполненные на микросхемах D-триггеров К555ТМ2, инвертор 31, выполненный на микросхеме К555ЛНТ, логические схемы 2хИ 32 и 3хИ 33, выполненные на микросхеме К555ЛИЗ, и RS-триггер 34, выполненный на микросхеме К555ТР2.

БУ 8 имеет четыре входа: вход 1 вход регистрации сигнала; вход 2 вход регистрации окончания вершины; вход 3 вход регистрации окончания переднего фронта; вход 4 вход сброса.

БУ 8 имеет восемь выходов: выход 1 выход запуска АЦП 9 и инкрементирования счетчика 10 адреса; выход 2 выход декрементирования счетчика 10 адреса и инкрементирования счетчика 18 вершины; выход 3 выход разрешения записи в ОЗУ 11; выход 4 выход разрешения чтения из ОЗУ 11; выход 5 выход стробирования третьего блока 16 сравнения; выход 6 выход инкрементирования счетчика 19 заднего фронта; выход 7 выход разрешения записи в регистры; выход 8 выход запроса прерывания.

Выход задающего генератора 24 соединен с входом "+1" инкрементирования счетчика 25, выходы Q0 и Q1 двух младших разрядов которого подключены к входам A0 и A1 ПЗУ26. Первый вход БУ 8 соединен с тактовым входом C первого входного триггера 27 и через инвертор 31 с аналогичным входом второго входного триггера 28. Второй и третий входы БУ 8 соединены соответственно с тактовыми входами C третьего и четвертого входных триггеров 29 и 30, входы данных D которых подключены к источнику напряжения высокого уровня. Неинверсный выход четвертого входного триггера 30 подключен к входу A4 ПЗУ 26. Инверсный выход Q третьего входного триггера 29 подключен к входу данных D второго входного триггера 28, а неинверсный выход Q третьего входного триггера 29 к одному из входов схемы 3хИ 33 и к входу данных D первого входного триггера 27. Неинверсный выход Q первого входного триггера 27 и инверсный выход второго входного триггера 28 подключены к входам схемы 2хИ 32, выход которой подключен к входу A2 ПЗУ 26. Выходы ПЗУ 26 B1, соединенный с первым выходом БУ 8, и В3, соединенный с третьим выходом БУ 8, соединены соответственно с входами установки S и сброса R RS-триггера 34, выход Q которого соединен с вторым входом схемы 3хИ 33, а выход B3 ПЗУ 26, кроме того, соединен с третьим входом схемы 3хИ 33, выход которой соединен с входом A8 ПЗУ 26. Четвертый вход БУ 8 соединен с входами сброса R первого четвертого входных триггеров 27-30. Выходы B1 B8 ПЗУ 26 соединены соответственно с выходами 1-8 БУ 8.

Пример реализации вычислительного блока 23 на базе ЭВМ, в частности типа ЕС 1841, представлен на фиг. 3.

Вычислительный блок 23 имеет групповой вход данных D, соединенный с шиной данных ЭВМ, вход запроса прерывания ЗПР ПР, соединенный с соответствующей линией магистральной шины ЭВМ, и четыре адресных выхода B1-B4.

Вычислительный блок 23, помимо ЭВМ, включает дешифратор, реализующий ее связь с узлами устройства через адресные выходы B1-B4. Указанный дешифратор включает два элемента типа 8хИ-НЕ (микросхемы DD2 и DD3 типа У555ЛА2, элемент 2хИЛИ-НЕ и два инвертора (выполненные на микросхеме DD1 типа К555ЛЕ1), а также микросхему сдвоенного дешифратора DD4 типа К555ИД4.

Адресные линии четырнадцати старших адресов A2-A15 шины адреса ЭВМ ЕС 1841 подключены к входу разрешения D первой половины микросхемы DD4 и входу E ее второй половины через логические элементы DD1-DD3. К входам разрешения V1 и V2 первой и второй половины сдвоенного дешифратора DD4 подключены линии разрешения чтения ЧТ и разрешения записи ЗП магистральной шины ЭВМ ЕС 1841, а к его адресным входам A и B линии младших адресов A0 и A1 ее адресной шины. Адресные выходы ммикросхемы DD4 и D0, D1, D2, ЕО соединены соответственно с адресными выходами B1, B2, B3, D4 вычислительного блока 23.

Отдельные узлы устройства связаны следующим образом.

За источником 1 излучения по направлению распространения излучения последовательно расположены передающая формирующая система 2, блок 3 сканирования, приемная формирующая система 4 и приемник 5 излучения. Выход приемника 5 излучения соединен с входом первого блока 6 сравнения, другой вход которого соединен с первым выходом (выходом первого опорного напряжения) источника 7 и выход которого соединен с входом регистрации сигнала БУ 8. Выход приемника 5 излучения соединен также с входами пикового детектора 12, выход которого соединен с первым входом второго блока 13 сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 14 и выход которого соединен с входом регистрации окончания вершины БУ 8. Один вход первого суммматора 14 соединен с выходом приемника 5 излучения, а другой его вход с вторым выходом (выходом второго опорного напряжения) источника 7.

Выход приемника 5 излучения также соединен с входом АЦП 9, кодовые выходы которого соединены с соответствующими входами данных ОЗУ 11. Адресные входы ОЗУ 11 соединены с соответствующими входами разрядов счетчика 10 адреса, а выходы данных ОЗУ 11 с соответствующими входами ЦАП 15. Выход последнего соединен с входом второго сумматора 17, другой вход которого соединен с третьим выходом (выходом третьего опорного напряжения) источника 7 и выход которого соединен с входом третьего блока 16 сравнения, другой вход которого соединен с выходом пикового детектора 12 и выход которого соединен с входом регистрации окончания переднего фронта БУ 8. Вход ЗАП запуска АЦП 9 и вход "+1" инкрементирования счетчика 10 адреса соединен с первым выходом БУ 8, входы "-1" декрементирования счетчика 10 адреса и "+1" инкрементирования счетчика 18 вершины соединены с вторым выходом БУ 8, входы ЗП разрешения записи и ЧТ разрешения чтения ОЗУ 11 соединены соответственно с третьим и четвертым выходами БУ 8. Вход СТ стробирования третьего блока 16 сравнения и вход "+1" инкрементирования счетчика 19 заднего фронта соединены соответственно с пятым и шестым выходами БУ 8. Выходы разрядов счетчика 10 адреса соединены также с соответствующими входами данных регистра 20 переднего фронта, выходы разрядов счетчика 18 вершины соединены с соответствующими входами данных регистра 21 вершины, выходы разрядов счетчика 19 заднего фронта соединены с соответствующими входами данных регистра 22 заднего фронта. Входы ЗП разрешения записи регистра 20 переднего фронта, регистра 21 вершины, регистра 22 заднего фронта соединены с седьмым выходом БУ 8, а их соответствующие выходы данных соединены между собой и с соответствующими входами данных вычислительного блока 23. Входы ЧТ разрешения чтения регистра 20 переднего фронта, регистра 21 вершины, регистра 22 заднего фронта соединены соответственно с первым (B1), вторым (B2) и третьим (B3) адресными выходами вычислительного блока 23, его четвертый адресный выход B4 соединен с входами сброса R счетчиков адреса 10, вершины 18, заднего фронта 19, пикового детектора 12 и с четвертым входом БУ 8, а вход запроса прерывания ЗПР ПР вычислительного блока 23 соединен с восьмым выходом БУ 8.

Способ осуществляется следующим образом (фиг. 1).

С помощью источника 1 излучения и передающей формирующей системы 2 выделяют зону измерения, в которой производят взаимодействие частиц с падающим на них излучением, и производят перемещение через эту зону измерения ислледуемой субстанции, содержащей частицы, с помощью блока 3 сканирования. При этом размер зоны измерения в направлении сканирования выбирают таким образом, чтобы он превышал максимально возможный размер частиц. Затем производят регистрацию сигналов, обусловленных взаимодействием излучения с проходящими через зону измерения частицами, и измерение их временных параметров. С помощью приемной формирующей системы 4 производят формирование потока, провзаимодействовавшего с частицей излучения, таким образом, чтобы этот поток падал на приемник 5 излучения.

На фиг. 4 поясняется формирование сигнала от частицы при прохождении ее через зону измерения, причем на фиг. 4а- г представлены разные фазы этого прохождения, а на фиг. 4д и е зависимости потока излучения соответственно прошедшего и рассеянного при прохождении частицы через зону измерения.

Пучок 35 излучения выделяет в содержащей частицы 36 субстанции 37 зону 38 измерения с первой по ходу сканирования (движения) границей 39 (передней границей) и второй (задней) границей 40, причем границы 39 и 40 параллельны между собой, а расстояние между ними вдоль направления сканирования обозначено l. Стрелкой показано направление сканирования. Длина проекции частицы на направление сканирования обозначена a.

Рассмотрим зависимость величины прошедшего зону измерения потока излучения I от положения частицы (фиг. 4д).

При отсутствии частиц в зоне 38 измерения (в дальнейшем зоне) весь поток излучения проходит через зону 38, формируя на выходе из нее фоновый поток величиной I_ф (участок до t₁ на фиг. 4д). В начале пересечения частицей 36 передней границы 39 зоны 38 (фиг. 4а) в момент времени t₁ вследствие перекрытия частицей 36 части площади поперечного сечения пучка 35 поток прошедшего зону 38 излучения начинает уменьшаться. Чем большая часть частицы 36 входит в зону 38, тем большая часть поперечного сечения пучка 35 перекрывается и тем меньшая часть излучения проходит сквозь зону 38. Поэтому поток прошедшего излучения уменьшается (фиг. 4д), достигая величины I_м в момент времени t₂, когда вся частица 36 завершает пересечение передней границы 39 (фиг. 4б). При этом формируется передний фронт cигнала длительностью _{пф пф}=t₂-t₁ (3) Начиная с момента t₂ площадь перекрытия частицей 36 пучка 35 остается неизменной и величина потока прошедшего зону 38 излучения остается на уровне I_м до момента t₃, когда частица 36 начинает пересекать заднюю границу 40 зоны 38 (фиг. 4в). При этом формируется вершина сигнала длительностью _в, _вt₃-t₂ (4) Начиная с момента t₃ площадь перекрытия частицей 36 пучка 35 монотонно уменьшается и, соответственно, поток прошедшего зону 38 излучения увеличивается, достигая в момент t₄, когда вся частица 36 завершает пересечение задней границы 40 зоны 38 (фиг. 4 г), фоновой величины I_ф (фиг. 4д). При этом формируется задний фронт сигнала длительностью _зф, _зф=t₄-t₃ (5) Зависимость рассеянного (в диапазоне углов) потока I от положения частицы аналогична зависимости для прошедшего потока, но при этом иметь "перевернутый" вид (фиг. 4е), так как рассеянный поток изменяет свою величину от I_ф (когда частицы 36 нет в зоне 38, т. е. нет и ее взаимодействия с пучком 35) до некоторого I_м (когда вся частица 36 в зоне 38 и рассеяние на ней максимально), а затем в процессе выхода частицы 36 из зоны 38 (в процессе пересечения задней границы 40 зоны 38) уменьшается основа до I_ф.

Таким образом, из графиков фиг. 4д, е видно, что изменение потока, обусловленного взаимодействием пучка 35 излучения с частицей 36 при прохождении ею зоны 38 измерения от момента t₁ начала ее вхождения в зону 38 до момента t₄ выхода из нее представляет собой импульсный сигнал, имеющий свой передний фронт (от t₁ до t₂), вершину (от t₂ до t₃) и задний фронт (от t₃ до t₄).

Приемник 5 излучения (фиг. 1) воспринимает изменения потока излучения и преобразует их в электрический сигнал, показанный на фиг. 5а.

При отсутствии частиц в зоне измерения выходное напряжение приемника 5 излучения имеет некоторый средний фоновый уровень U_ф(участок до t₁ на фиг. 5а), соответствующий фоновому потоку I_ф (фиг. 4 д, е), попадающему на приемник 5 излучения (фиг. 1). С момента времени t₁ начала пересечения частицей 36 передней границы 39 зоны 38 измерения (фиг. 4а) начинает формироваться передний фронт сигнала (фиг. 5 а) на выходе приемника 5 излучения (фиг. 1). Сигнал нарастает до момента времени t₂, когда частица 36 полностью вошла в зону 38 измерения (фиг. 4б), и далее формируется вершина сигнала (фиг. 5а), в течение которой напряжение на выходе приемника 5 излучения (фиг. 1) остается равным U_м(см. фиг. 5а). В момент t₃ начала пересечения частицей 36 задней границы 39 зоны 38 измерения (фиг. 4в) начинается формирование заднего фронта сигнала (фиг. 5а), который заканчивается в момент t₄ завершения выхода частицы 36 из зоны 38 измерения (фиг. 4г).

Таким образом, на выходе приемника 5 излучения формируется импульсный сигнал от частицы (далее сигнал), несущий информацию о размере частицы, заключенную в длительностях переднего фронта, вершины и заднего фронта. Процесс обработки сигнала с целью извлечения указанной информации может быть разбит на четыре этапа: дискретизация величины сигнала на участке от начала его переднего фронта до окончания вершины; измерение длительностей заднего фронта, вершины и переднего фронта сигнала; обмен информацией между вычислительным блоком 23 и остальными узлами устройства и вычисление результата.

До начала обработки сигнала устройство переводится в исходное состояние готовности импульсом "Сброс", поступающим с четвертого адресного выхода B4 вычислительного блока 23 (см. описание 3-го этапа обработки сигнала) на входы сброса счетчиков адреса 10, вершины 18 и заднего фронта 19, пикового детектора 12 и БУ 8. По указанному импульсу сброса упомянутые счетчики 10, 18 и 19 обнуляются, выходное напряжение пикового детектора 12 сбрасывается, а первый четвертый входные триггеры 27-30 (фиг. 2) БУ 8 устанавливаются в состояние 0 на инверсных выходах Q.

Первый из указанных этапов осуществляется следующим образом.

Момент t₁ (фиг. 5а) начала сигнала определяется как момент достоверной регистрации увеличения выходного напряжения приемника излучения относительно фонового уровня U_ф вследствие появления сигнала. Для этого сигнал с выхода приемника 5 излучения поступает на первый вход первого блока 6 сравнения, на второй вход которого поступает первое опорное напряжение U₀₁ от источника 7. Первый блок 6 сравнения выполняет две функции: регистрирует появление сигнала первый перепадом напряжения на своем выходе в момент t₁ равенства выходного напряжения приемника 5 излучения и U₀₁ (фиг. 5д); регистрирует исчезновение сигнала в момент t₄ повторного равенства выходного напряжения приемника 5 излучения и U₀₁ вторым (обратным) перепадом напряжения на своем выходе (см. далее описание этапа 2).

Для достоверной регистрации указанных событий, включающей ложные срабатывания блока 6 сравнения из-за воздействия на его входы шумов, ему задают порог срабатывания, несколько превышающий фоновый уровень, с помощью первого опорного напряжения U₀₁.

Таким образом, между началом t₁ и окончанием t₄ сигнала с выхода первого блока 6 сравнения на первый вход (вход регистрации сигнала) БУ 8 поступает импульс, свидетельствующий о наличии сигнала. Начиная с момента t₁ БУ 8 формирует на своем выходе 1 импульсы запуска АЦП 9 и инкрементирования счетчика 10 адреса (импульсы ИНК СА), а на своей выходе 3 импульсы записи в ОЗУ 11 (импульсы ЗП ОЗУ), темм самым производится дискретизация сигнала с помощью АЦП 9 с последующим занесением отсчетов в ОЗУ 11. При этом в счетчике 10 адреса, задающем адрес ОЗУ 11 для размещения очередного отсчета, фактически производится подсчет количества произведенных отсчетов. Этот процесс длится в течение переднего фронта и вершины сигнала и заканчивается в момент t₃ (фиг. 5а, и) окончания вершины (и 1-го этапа обработки сигнала).

При реализации БУ 8 в соответствии с фиг. 2 формирование импульсов на его выходах в течение 1-го этапа обработки сигнала производится следующим образом. Импульсы задающего генератора 24 (фиг. 5б) поступают на счетный вход счетчика 25, формирующего на одном своем выходе последовательность тактовых импульсов в виде меандра r_и с периодом T_и(фиг. 5в), поступающих на адресный вход A0 ПЗУ 26, а на другом своем выходе последовательность импульсов (меандр) r_о с периодом T_о=2Т_и(фиг. 5 г), поступающих на адресный вход A1 ПЗУ 26. Перепад напряжения, поступивший на первый вход БУ 8 в момент t₁ (фиг. 5д), попадает на счетный вход C первого входного триггера 27, выполненного по схеме D-триггера и выполняющего антидребезговые функции. На его информационном входе D в это время установлен логический сигнал высокого уровня, поступающий с инверсного выхода третьего входного триггера 29 (этот триггер до момента t₃ окончания вершины находится в исходном состоянии). В результате в момент t₁ на выходе Q первого входного триггера 27 устанавливается напряжение высокого уровня, поступающее на вход схемы 2хИ 32, на другой вход которой поступает напряжение с инверсного выхода второго триггера 28. Это напряжение также имеет высокий логический уровень, так как второй входной триггер 28 еще находится в исходном состоянии (на его информационный вход D до момента t₂ поступает напряжение низкого логического уровня с неинверсного выхода Q третьего входного триггера 29). Таким образом, на выходе схемы 2хИ 32 в момент t₁устанавливается напряжение высокого уровня, поступающее на вход A2 ПЗУ 26. После этого в соответствии с картой прошивки ПЗУ 26 в течение каждого следующего после момента t₁ периода T_о, начинающегося от переднего фронта импульса r_о (фиг. 5г), формируются импульсы ИНК СА на выходе 1 и ЗП ОЗУ на выходе 3 БУ 8. Импульсы ИНК СА, поступающие на вход ЗАП запуска АЦП 9 и на вход "+1" инкрементирования счетчика 10 адреса, формируются по фронту каждого импульса r_о (совпадающему с фронтом первого в данном периоде T_о импульса r_и) и имеют длительность T_и=T_o/2 (фиг. 5е). При этом на кодовых выходах АЦП 9 формируется код величины сигнала на выходе приемника 5 излучения в текущий момент и этот код поступает на соответствующие входы данных ОЗУ 11, а на выходах разрядов счетчика 10 адреса устанавливается код адреса очередной ячейки ОЗУ 11, поступающий на соответствующие адресные входы ОЗУ 11. Затем по фронту второго в этом же периода T_o импульса r_и БУ 8 на своем третьем выходе (разрешения записи в ОЗУ) формирует импульсы ЗП ОЗУ разрешения записи в ОЗУ 11 (фиг. 5ж) длительностью T_и/2= T_o/4. В ре- зультате происходит запись кода текущей величины сигнала в очередную ячейку ОЗУ 11. Если первый перепад напряжения на выходе блока 6 сравнения произошел в момент t₁ (фиг. 5а), то первое приращение счетчика 10 адреса и выборка с помощью АЦП 9 произойдут в момент t₁^o (фиг. 5 д, е), очень близкий к t₁ и отличающийся от него не более чем на T_o. Так как частоту задающего генератора 24 в БУ 8 выбирают достаточно высокой, т. е. T_o достаточно малой, в ходе дальнейших объяснений будем полагать, что моменты t₁ и t₁^о совпадают.

Таким образом, код величины сигнала на выходе приемника 5 излучения, соответствующий моменту t₁, будет записан в первую ячейку ОЗУ 11, код сигнала в момент t₁+T_o во вторую ячейку и т. д. В общем случае величина сигнала, имеющегося на выходе приемника 5 излучения, через промежуток iT_o (i=0, 1, 2. ), т. е. в момент t₁+iT_o, будет зафиксирована в ячейке ОЗУ 11 с номером N_i= i+1 (фиг. 5 е. ж). Другими словами, в ячейке с номером N_i будет записан отсчет, произведенный в момент t_i=t₁+(N_i-1)T_o (6) Этот процесс дискретизации сигнала продолжается до момента окончания его вершины (начала заднего фронта). Указанный момент t₃ (фиг. 5а, и) регистрируется как момент достоверного обнаружения уменьшения текущего уровня сигнала по сравнению с его уровнем U_м на вершине. В этот момент на выходе второго блока 13 сравнения формируется перепад напряжения следующим образом.

Пиковый детектор 12 фиксирует максимальную величину сигнала на выходе приемника 5 излучения, и в течение вершины сигнала (и далее) его выходное напряжение равно U_м (фиг. 5з). Это напряжение поступает на первый вход второго блока 13 сравнения, а на его второй вход поступает с выхода первого сумматора 14 сумма текущей величины выходного сигнала приемника 5 излучения и величины второго опорного напряжения U₀₂ с второго выхода источника 7. Это опорное напряжение обеспечивает исходное превышение напряжения на втором входе блока 13 сравнения над величиной напряжения на его первом входе (над уровнем выходного напряжения пикового детектора 12) в течение переднего фронта и вершины сигнала вплоть до момента t₃, когда напряжения на входах блока 13 сравнения становятся равными из-за уменьшения сигнала. При этом на выходе блока 13 сравнения вырабатывается перепад напряжения (фиг. 5и). Указанное исходное превышение уровня напряжения на втором входе блока 13 сравнения над уровнем на его первом входе необходимо для предотвращения его ложных срабатываний, возможных до момента окончания вершины из-за воздействия на его входы шумов.

Перепад напряжения с выхода второго блока 13 сравнения поступает на второй вход (вход регистрации окончания вершины) БУ 8. В приведенном на фиг. 2 примере реализации БУ 8 этот перепад поступает на счетный вход C третьего входного триггера 29.

До этого момента указанный триггер находится в исходном состоянии (на его выходе Q присутствует напряжение низкого уровня, а на его информационном входе D присутствует напряжение высокого логического уровня). По указанному перепаду третий входной триггер 29 опрокидывается и "защелкивается" в этом состоянии, выполняя антидребезговые функции. Затем сигнал высокого логического уровня с его выхода Q, пройдя логическую схему 3хИ 33 (необходимую для правильной привязки последующих импульсов ДЕК СА, ЧТ ОЗУ, Строб БСЗ, вырабатываемых БУ 8 на своих выходах 2, 4, 5, см. описание 2-го этапа обработки сигнала), попадает на вход A4 ПЗУ 26 и задает новый режим работы БУ 8 в соответствии с картой прошивки ПЗУ 26. В результате ПЗУ 26 прекращает вырабатывать импульсы ИНК СА и ЗП ОЗУ и начинает вырабатывать другие, необходимые на 2-м этапе обработки сигнала (см. далее). Кроме того, после установления в момент t₃ на выходе Q третьего входного триггера 29 БУ 8 напряжения высокого уровня, поступающего на информационный вход D второго триггера 28, последний получает возможность изменить свое состояние с приходом на его счетный вход C положительного перепада напряжения. Этот перепад (см. описание 2-го этапа обработки сигнала) будет сигнализировать об окончании сигнала в момент t₄ (фиг. 5 а, д).

После срабатывания в момент t₃ второго блока 13 сравнения прекращается формирование импульсов ИНК СА на выходе 1 и импульсов ЗП ОЗУ на выходе 3 БУ 8.

В момент t₃ срабатывания блока 13 сравнения в счетчике 10 адреса находится код N₃ число шагов (без единицы) дискретизации сигнала, осуществленных за суммарное время переднего фронта _пф и вершины _всигнала, и справедливо равенство _пф + _в=(N₃-1)T_o. (7) С этого момента начинается 2-й этап обработки сигнала этап измерения длительностей заднего фронта, вершины и переднего фронта сигнала, Измерение длительности заднего фронта сигнала реализуется с помощью БУ 8 и счетчика 19 заднего фронта следующим образом. В течение каждого следующего после момента t₃ периода T_o (фиг. 5г) БУ 8 на своем выходе 6 формирует импульс инкрементирования счетчика 19 заднего фронта (импульс ИНК СЗФ, фиг. 5 к). В счетчике 19 заднего фронта происходит накопление импульсов вплоть до момента t₄ окончания заднего фронта и всего сигнала (фиг. 5а). Указанный момент определяется вторым срабатыванием блока 6 сравнения (фиг. 5д) при достижении сигналов в процессе его уменьшения уровня, задаваемого величиной первого опорного напряжения U₀₁, поступающего на второй опорный вход блока 6 сравнения от источника 7. При этом на выходе блока 6 сравнения в момент t₄ вырабатывается обратным перепад напряжения, поступающий на первый вход БУ 8.

В представленном на фиг. 2 примере реализации БУ 8 указанный перепад после прохождения инвертора 31 поступает на счетный вход C второго входного триггера 28 (антидребезгового), который еще находится в исходном состоянии ("0" на неинверсном выходе Q). При этом (см. выше) с момента t₃ окончания вершины на его информационном входе D присутствует напряжение высокого уровня, поступающее с выхода третьего входного триггера 29. В результате в момент t₄ появления обратного перепада на выходе первого блока 6 сравнения второй входной триггер 28 БУ 8 опрокидывается и переходит в состояние "0" на инверсном выходе . С него напряжение низкого логического уровня попадает на вход схемы 2хИ 32 и тем самым на вход A2 ПЗУ 26, изменяя режим его работы в соответствии с картой прошивки.

Таким образом, в момент t₄ БУ 8 прекращает формирование импульсов ИНК СЗФ на своем шестом выходе. Накопленный к этому моменту в счетчике 19 заднего фронта код N_зф соответствует длительности заднего фронта сигнала _{зф зф}=N_зф T_o (8) Измерение длительностей вершины и переднего фронта на 2-м этапе обработки сигнала производится путем анализа дискретных отсчетов, зафиксированных в ОЗУ 11, при их переборе в порядке, обратном порядку записи.

При указанном переборе производится поиск того отсчета, который соответствует моменту t₂ окон