Стробоскопический цифровой измеритель сигналов

Стробоскопический цифровой измеритель сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

292172

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 29.Ill.1967 (№ 1144578/26-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 06.1.1971. Бюллетень № 4

Дата опубликования описания 26.I I.1971

МПК G 061 3,/00 комитет оо долам изобретений и открытий ори Совете й1иниотроо

СССР

УДК 681.34(088.8) Авторы изобретения

Г. И. Гришаков, В. П. Гусев, В. В. Лозовой и Г. А. Судаков

Институт точной механики и вычислительной техники

Заявитель

СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

СИГНАЛОВ

Изобретение относится к преобразованию и кодированию информации.

Известны стробоскопические цифровые измерители сигналов, содержащие строб-блок со смесителем, усилителем, расширителем, формирователем строб-импульсов, схемой сравнения, генератором быстрой пилообразной развертки и устройство управления строб-блоком.

Однако такие измерители недостаточно точны и быстродейственны.

Предложенный цифровой измеритель сигналов отличается от известных тем, что в нем устройство управления строб-блоком содержит блок отработки компенсационных напряжений на смесителе и схеме сдвига строб-импульсов, вход которого через нуль-орган соединен с выходом усилителя-расширителя, а выходы через два преобразователя дискретных величин в непрерывные подключены соответственно к смесителю и схеме сравнения, причем блок отработки компенсационных напряжений содержит функциональный сумматор с входными регистрами двух чисел, первый из которых подключен к рабочему регистру хранения результатов измерений мгновенных значений исследуемого сигнала и кодов отклонений этих значений от средних величин, к регистру усреднения и хранения средних величин, к регистру одного из преобразователей дискретных величин в непрерывные, к регистру хранения кода текущего времеHi. и к регистру кода числа измерений, а второй соединен со вторым рабочим регистром хранения результатов вычислений истинных значений текущих замеров, с накопительным регистром хранения суммы последовательных измерений одних и тех же величин, со сдвиговым регистром формирования компенсационных кодов и с тумблерными регистрами узла управления; накопительный регистр подключен через группу вентилей к регистру получения средних значений при различном числе замеров, регистр хранения кода текущего времени соединен с регистром второго преобразователя дискретных величин в непрерывные, а выход функционального сумматора подключен ко входам первого и второго рабочих регистров, регистра текущего значения времени, регистров преобразователей н накопите "IbHQI o регистра.

Это позволяет расширить функциональные возможности измерителя, повысить его быстродействие и точность.

На фиг. 1 дана блок-схема устройства; на фиг. 2 — функциональная схема вычислительного блока отработки компенсационных напряжений.

Устройство состоит из стробоскопического блока 1, цифрового вычислительного блока отработки компенсационных напряжений 2, 30 одного нуль-органа 8 и двух преобразователей

292172

3 дискретных величин в непрерывные 4 и 5 (см. фиг. 2) . Синхронизация работы устройства осуществляется от внешнего генератора 5 импульсов, следующих с частотой не выше !

О кги,, B состав стробоскопического блока входят генератор быстрой пилообразной развертки 7, схема сравнения 8, формирователь строб-импульсов 9, смеситель 10 и усилитель-расширитель 11.

Блок огработки компенсационных напряжений 2 управляет работой преобразователей 4 и 5, производит необходимую обработку цифровой информации, получаемой в процессе измерений, и осуществляет вывод результатов вычислений.

Преобразователи 4 и 5 имеют одинаковую конструкцию и управляются двоичными кодами от блока 2.

Напряжение с выхода преобразователя 5 поступает на схему сравнения 8 строб-блока 1, которая срабатывает и выдает сигнал на выходе в момент совпадения мгновенного значения пилообоазного напряжения генератора 7 с постоянным напряжением на выходе преобразователя 5. Передний фронт сигнала с выхода схемы сравнения 8 производит запуск формирователя 9.

С выхода преобразователя 4 снимается комг енсирующее напряжение смещения, которое подается на вход смесителя 10. B смесителе 10 это напряжение суммируется с напряжением измеряемого сигнала, поступающего от исследуемого объекта 12. Суммарное напряжение определяет уровень отсечки строб-импульсов, поступающих в смеситель 10 из формирователя 9. Результирующий сигнал с выхода смесителя 10 усиливается и расширяется усилителем-расширителем 11, с выхода которого поступает на вход нуль-органа 8. В зависимости от того, достигнет или нет величина сигнала с усилителя-расширителя 11 порога срабатывания нуль-органа 8, последний вырабатывает сигнал «больше» или «меньше», который поступает в блок 2 и интерпретируется как сигнал со значениями 1 или О. На основании значения сигнала нуль-органа 8 блок 2 производит соответствующие изменения двоичного кода, управляющего преобразователем 4.

Если сигнал с выхода нуль-органа 8 имеет значение 1, то величина напряжения смещения меньше мгновенного значения напряжения исследуемого сигнала в момент поступления строб-импульса в смеситель 10. Поэтому для полной компенсации следует увеличить напряжение смещения, что достигается прибавлением некоторого двоичного числа к коду, управляющему преобразователем 4. Если сигнал нуль-органа 8 имеет значение О, то производится обратная операция, т. е. вычитание.

Таким образом, в измерителе сигналов осуществляется отрицательная обратная связь, которая приводит к тому, что абсолютная величина напряжения на выходе преобразователя 4 стремится к величине напряжения измеряемого сигнала в момент появления стробимпульса, а выходной сигнал усилителя-расширителя 11 стремится к нулевому уровню нуль-органа 8, Для исключения влияния медленного дрейфа строб-блока 1 программа работы блока 2 предусматривает поочередное измерение входного сигнала в момент 1, и в момент t O. Последний формирует два кода x(t;) и хо, а затем вычисляется разность у(Г;) =х(Г;) — xp, которая принимается за истинное значение сигнала в момент t=t;. Значение сигнала в момент t=0 принимается за «нулевой входной уровень».

Для повышения точности измерений, а именно для уменьшения случайных погрешностей, устройство проводит многократные измерения мгновенного значения сигнала в один и тот же момент времени, с последующим усреднением результатов у,(t,) по 1, 16, 32, 64 и 128 замерам, т, е. вычисляет среднее значение у (t;) по формуле

25 У() у где Л вЂ” число замеров.

Для того чтобы иметь более полное представление об измеряемой величине, необходимо знать, кроме среднего значения, также

Зо среднее отклонение Лу(1;). По величине среднего отклонения можно определить интервал доверительности при заданном числе усреднений (замеров). Среднее отклонение вычисля35 ется по формуле

М (4) = — Ь(1 ) — у ® I.

N 1=i

Вычисление средних отклонений производит40

4 ся за два цикла замеров величин y;(t;) (j=1, 2, ..., N). За время одного цикла определяется

y(t;), за время второго вычисляется hy(t;).

В ходе выполнения программ измерения мгновенных значений исследуемого сигнала

45 блок 2 осуществляет последовательный сдвиг строб-импульсов в результате прибавления к коду t; кода приращения Л1.

Значение следующего момента времени определяется по форм1.ле

tl.+1 = t1+At (i =1, 2, 3, ..., т — 1, т), t< —— О.

Измерения ведутся до определенного момента времени Т

t «T

Наряду с измерением мгновенных значений исследуемого сигнала в устройстве предусмотрена возможность измерения момента време60 ни t(xp) для заданного уровня сигнала õp. В этом режиме измерения в самом начале работы устройства на входе преобразователя 4 устанавливается код хо, который не изменяется в процессе измерения, а на входе преобразова65 теля 5 устанавливается нулевой код. Если ис292172

10 следуемый сигнал возрастает (положительная первая производная по времени), то с выхода нуль-органа 8 в блок 2 поступает сигнал со значением «О». Это означает, что величина хр больше мгновенного значения в моменте t=0.

Поэтому для полной компенсации следует сдвинуть момент измерения по времени на некоторую величину. Это достигается прибавлением некоторого двоичного числа к коду, управляющему преобразователем 5. Если исследуемый сигнал убывает во времени (отрицательная первая производная по времени), то сигнал с выхода нуль-органа 8 изменяет свое значение на 1, которая интерпретируется так же, как необходимость сдвига момента измерения по времени.

В состав блока отработки компенсационных напряжений (см. фиг. 2) входят функциональный сумматор 18, регистр 14 первого числа 14, регистр 15 второго числа 15, регистры lб и 17 управления преобразователями lб и 17, регистры для хранения результатов промежуточных вычислений 18 — 28, выходные регистры

24 и 25, тумблерные регистры пульта управления 2б — 80 и сдвиговый регистр 81.

Все арифметические операции производятся

19-разрядным сумматором 13 с последовательными переносами, который работает в обратном коде. Операнды хранятся в 12-разрядном регистре 14 и 19-разрядном регистре 15. Старшие разряды сумматора 13 и регистров 14 и 15 интерпретируются как знаковые. Знак первого числа (12-й разряд регистра 14) передается на входы 12 — 19 разрядов сумматора 18.

В ходе выполнения программы в регистр 14 передаются числа в прямом коде из регистров

17, 19, 21, 22 и 28, в регистр 15 передаются числа прямым кодом из регистров 18, 2б, 27, 81 и код +1 (1 в младший разряд), и обратным кодом из регистров 20, 29 и 31.

В блоке все триггеры регистров работают с предварительной установкой в «О» (при передаче прямого кода) или в «1» (при передаче обратного кода). В последнем случае код поступает с единичных выходов передающего регистра на нулевые входы принимающего.

11-разрядный регистр lб используется только для хранения кода, управляющего преобразователем 5, 11-разрядный регистр 17 — для хранения кода, управляющего преобразователем 4, и в качестве дополнительного регистра для передачи промежуточного результата в регистр 14.

Сдвиговый регистр 31 используется для хранения и преобразования кода приращения, прибавляемого и вычитаемого из кодов, уп15 г0 г5

55 равляющих преобразователями 4 и 5, в результате передач в регистр второго числа 15, функционального сумматора 18.

Остальные регистры используются соответственно для хранения результатов промежуточных вычислений, в качестве входных или г, качестве регистров управления.

Предмет изобретения

Стробоскопический цифровой измеритель сигналов, содержащий строб-блок со смесителем, усилителем-расширителем, формирователем строб-импульсов, схемой сравнения, генератором быстрой пилообразной развертки и устройство управления строб-блоком, отличаюи1ийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности и быстродействия, в нем устройство управления строб-блоком содержит блок отработки компенсационных напряжений на смесителе и схеме сдвига строб-импульсов, вход которого через нуль-орган соединен с выходом усилителя-расширителя, а выходы через два преобразователя дискретных величин в непрерывные подключены соответственно к смесителю и схеме сравнения, причем блок отработки компенсационных напряжений содержит функциональный сумматор с входными регистрами двух чисел, первый из которых подключен к рабочему регистру хранения результатов измерений мгновенных значений исследуемого сигнала и кодов отклонений этих значений от средних величин, к регистру усреднения и хранения средних величин, к регистру одного из преобразователей дискретных величин в непрерывные, к регистру хранения кода текущего времени и к регистру кода числа измерений, а второй соединен со вторым рабочим регистром хранения результатов вычислений истинных значений текущих замеров, с накопительным регистром хранения суммы последовательных измерений одних и тех же величин, со сдвиговым регистром формирования компенсационных кодов и с тумблерными регистрами узла управления; накопительный регистр подключен через группу вентилей к регистру получения средних значений при различном числе замеров, регистр хранения кода текущего времени соединен с регистром второго преобразователя дискретных величин в непрерывные, а выход функционального сумматора подключен ко входам первого и второго рабочих регистров, регистра текущего значения времени, регистров преобразователей и накопительного регистра.

292172

Фи с l

9 иг 2

Составитель М. P. Штильман

Редактор Л. А. Утехина Техред А, А. Камышникова Корректор О. С. Зайцева

Изд. № 166 Заказ 329/9 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2