Цифровое измерительное стробоскопическое устройство

Цифровое измерительное стробоскопическое устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

!

<>748253

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт, свид-ву (51)hh. Кл.

G 01 В 13/02 (22) Заявлено 120678 (21) 2628748/18-21 с присоединением заявки N4

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 1507,80, Бюллетень ¹ 26 (53) УАК 681.142.Å (088.8) Дата опубликования описания 150780 (72) Автор изобретения

М. М. Гельман (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЕ ИЭИЕРИ1ЕЛЬНОЕ СТРОБООКОПИЧЕСКОЕ

УСТРОАСТВ0

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано в системах ускоренного измерения параметров периоцических. 5 сигналов.

Известно стробоскопическое изме-. рительное устройство с цифровым отсчетом содержащее стробоскопический преобразователь, синхронизатор, ге- 1ð нераторы пилообразного и ступейчатого напряжений и импульсов зон, компаратор, электроннолучевую трубку и цифровой измеритель временных интер"

Недостатками этого устройсгва являются низкие скорость и точность измерений.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности являет-20 ся цифровое измерительное стробоскопическое устройство, содержащее синхронизатор, генератор пилообразного напряжения, генератор ступенчатого напряжения, компаратор, делитель 25 числа сигналов, блок регистрации и аналого-цифровой преобразователь f21

Недостатком этого устройства является низкая скорость измерения параметров периодических сигналов, что обусловлено появлением; из быточных отсчетов при уменьшении верхней граничной частоты спектра и увеличе. ии длительности сигналов.

С целью повышения скорости измерения параметров периодических сигналов, цифровое измерительное стробоскопическое устройство, содержащее синхронизатор, вход которого соединен с измерительным входом устройства, а выход — с входом генератора пилообразного напряжейия, выходом подключенного к первому входу компаратора, второй вход которого связан с первым выходом генератора ступенчатого напряжения, и делитель числа сигналов, вход которого соединен с выходом сигн ала конца цикла блока регистрации и обработки, снабжено линейным аналоговым ключевым элементом, элементом И-НЕ, регистром кода, измерительными компараторами, тремя элементами ИЛИ„ реверсивным генератором ступенчатого напряжения, делителем напряжения, включающим декады резисторов со ступенями от R до .

R 10 ", распределителем сигналов, шунтовыми ключевыми элементами, блоком управления сжатием данных, форми748253 рователем сигнала, делителем:, числа сигналов на два, двумя ключевыми элементами, триггером, элементом И и счетчиком импульсов, выход которого соединен с вторым информационным входом блока регистрации и обработки, счетный вход — e входом генератора ступенчатого напряжения и выходом первого ключевого элемента, а ° вход сброса - с выходом делителя числа сигналов, вторым входом сброса блока управления сжатием данных, вторым входом элемента И и первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу делителя числа сигналов на два,у а второй вход - к выходу формирователя сигнала и второму входу второго элемента

ИЛИ, первый вход которого связан с выходом сигнала конца цикла блока регистрации и обработки, а выход -, с входом сброса регистра кода, выход которого соединен с первым информа-. ционным входом блока регистрации и обработки, кодовые входы -. с выходами измерительных компарагоров, ïåðвый кодовый вход — е первым входом элемента И-,НЕ, второй вход которого подключен к выходу,компаратора, второму входу делителя числа сигналов на два, входу стробирования блока управления сжатием данных, первому входу .второго ключевого элемента и второму входу управления линейного аналогового. ключевого элемента, первйй. вход управления которого связан с выходом синхронизатора, вход — с измерительным входом устройства, выход " с первыми входами измерительных компараторов, а третий вход управления — с выходом триггера и третьим входом второго ключевого элемента, второй вход которого соединен с выходом сигнала отсчета блока уп-. равления сжатием данных и первым . входом первого ключевого элемента, а выход - с входом сигнала приема кбда блока регистрации и обработки и первым входом триггера, вторым " входом подключенного к выходу сигнали конца цикла блока регистрации и обработки, вход сигнала конца измерений которого связан с выходом элемента И, а третий информационный вход— с кодовым выходом распределителя сигналов, вход запуска которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, входом запуска реверсивного генератора ступенчатого напряжения и входом форьярователя сигнала, первый вход реверса - с первым входом первого элемента HJ51, первым входом реверса реверсивного генератора ступенчатого напряжения, выходом к-го измерительного компаратора, (к-1)-ым входом сигнала уровня отсчета блока управле ния сжатием данных, второй вход + реверса - с выходом элемента И-НЕ, вторым входом первого элемента ИЛИ бО

Структурная электрнческая схема устройства представлена на чертеже. устройство состоит из измерительного входа 1, линейного аналогового ключевого элемента 2, синхрониз атора 3, генератора 4 пилообразного наг ряжения, компаратора 5, генератора б ступенчатого напряжения,, элемента

И-HE 7; регистра кода 8i к-измеритеи вторым входом реверса реверсивного генератора ступенчатого напряжения, выход которого подключен ко второму входу к-го измерительного компаратора и выводу последней младшей цека5 ды резисторов со ступенью В 10 " делителя напряжения, вывод первой старшей декады которого связан с общей шиной устройства, соединенные друг с другом выводы декад резисторов со ступенями R.10 " " — со вторыми входами измерительных компараторов, выводы декар резисторов со ступенями R 10 и R - с выходами шунтовых ключевых элементов, управляющие входы которых соединены с выходами управления распределителя сигналов, причем выход второго .измерительного компаратора подключен к пер. вому входу сигнала уровня отсчета блока сжатия данных, первый вход сброса которого связан с первым входом первого ключевого элемента, вторым входом соединенного с выходом делителя числа сигналов на два, а первый вход элемента И подключен ко вто25 рому выходу генератора ступенчатого напряжения. Блок управления сжатием данных включает отдельный элемент

ИЛИ, отдельный триггер и группы взаимосвязанных элементов, каждая из коЗО торых содержит два элемента И, элементы НЕ и ИЛИ и триггер, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход — с выходом первого элемента И, а выход

35 с втоРым входом второго элемента и, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, а первый входк выходу элемента ЙЕ, вход которого связан с первым входом первого эле- . мента И и входом сигнала уровня отсчета данной группы, причем вторые входы первйх элементов И и третьи входы вторых элементов И всех грУпп соединены с входом стробирования блока управления сжатием данных, 45 вторите входы элементов ИЛИ всех групп подключены к первому входу сброса блока управления сжатием данных, а выходы вторых элементов И и триггеров всех групп связаны с вхо5О дами отдельного элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом отдельного триггера, второй вход которого подключен ко второму входу сброса блока управления сжатием дан55 ных, а выход к выходу сигнала отсчета блока управления сжатием данных.

748253 льных компараторов 9, первого элемента ИЛИ 10, реверсивного генератора 11 ступенчатого напряжения с входом 12 запуска, первым входом 13 реверса, вторым-входом 14 ревеРса и выаодом 15; делителя напряжения, 5 включающего декады резисторов 16, 17, 18 со ст тпенями: R» °,,R ° 10 (" ) и

R 10 (" 1 соответственно; распределителя 19 сигналов с входом 20 запуска, первым входом 21 реверса, вторым входом 22 реверса, кодовым вйходом

23 и выходами 24 управления; шунто. вых ключевых элементов 25, блока 26 регистрации и обработки с информационными входами 27, входом 28 сигнала приема кода, выходом 29 сигнала конца цикла и входом 30 сигнала конца измерений, блока управления сжатием данных, включающего (к-1) групп взаимосвязанных элементов, каждая иэ которых содержит элемент ЙЕ 31, первый 32 и второй 33 элементы И,триггер

34, элемент ИЛИ 35, а также включающего отдельный элемент HJIH 36, отдельный триггер 37, вход 38 стробйрования, выход 39 сигнала отсчета, первый 40 и второй 4 1 входы сброса и входы 42 сигналов уровней отсчета; формирователя 43 сигналов, второго элемента ИЛИ 44, делителя 45 числа сигналЬв на два, первого ключевого ЗО элемента 46, делителя 47 числа сигналов, третьего элемеита ИЛИ 48, счетчика 49 импульсов, второго ключевого элемента 50, триггера 51 и элемента

И 52..; 35

Устройство работает следующим образом, Б исходном положении шунтовые ключевые элементы 25 шунтируют декады резисторов 16, 17, 18, линейный àíà- 4(1 логовый элемент 2 закрыт сигналом синхронизатора 3, выходное напряжение реверсивного генератора ll установлено на уровне первой ступени, первый ключевой, элемент 46 открыт. а второй 45 ключевой элемент 50 закрыт. С появлением измеряемого сигнала импульсом синхронизатора 3 открывается аналоговый ключевой элемент 2 и запускается генератор 4, В момент равенства пило- 5О образного напряжения генератора 4 и . ступенчатого напряжения генератора б в компараторе 5 формируется стробимпульс, который вновь запирает аналоговый ключевой элемент 2, Дискретный максимальный уровень части измеряемого сигнала, прсыедшей на выход ключевого элемента 2, фиксируется измерительными компараторами 9, кото рые представляют его единичным кодом, При этом кодируется приращение изме- 60 ряемой величины в пределах младшей декады кода. Равномерная в пределах младшей декады шкала уровней квантования формируется делителем напряже- ния включающего декады резисторов 16, 65

17, 18. Ступень приращения напряжения реверсивного генератора 11 ступенчатого напряжения равна младшей декаде кода, При коммутации ступеней резисторов 16, 17 делителя напряжения. величина тфиращения напряжения на каждой ступени резисторов 18 относительно соседней остается всегда постоянной

1 так как пропорционально изменению сопротивления делителя одновременно меняется и величина выходного напряжения генератора 11, питающего делитель, но при каждом переключении генератора 11 абсолютное значение напряжения на каждой ступени резисторов

18 изменяется на величину, соответствующую младшей декаде кода °

Если текущее значение измеряемого сигнала превышает установленный уровень выходного напряжения генератора 11, то генератор 11 переключается сигналом сравнения к-го компара" тора через элемент ИЛИ 10. ОдновреМен но распределитель 19 включает декаду резисторов 16 или 17, Сигнал сравнения также включает или подтверждает направление реверса генератора ll u распределителя 19, Если измеряемый cHI íàë стачовится по абсолютному значению меньше выходного напряжения генератора 11, то выходной сигнал первого измерительного компаратора 9 равен нулю и очеред-. ной строб-импульс через элемент И-HE

7 переключает направление реверса генератора 11 и распределителя 19 и с задержкой в элементе ИЛИ 10 переводит генератор 11 и распределитель

19 в новое состояние, Задержка строб-импульса поступающего в цепь запуска генератора 6, делителем 45 числа сигналов на чва исключает переключение генератора 6 в момент достижения измеряемым сигнадом уровня отсчета и.обеспечивает. переключение устройства в режйм накопления, соответствующий уровню отсчета.

Для исключения избыточных дискретных отсчетов в блок 26 передают лишь те отсчеты, которые достигают уровней, заданных по шкале квантов, образованной декадой резисторов 18.

При достижении измеряемым сигналом одного из этих уровней блок уп-. равления сжатием данных формирует Сиг" нал (выход 39), разрешающий отсчет, Блок управления сжатием данных работает следуюцим образом, Если. величина измеряемого сигнала. возраста" ет, то при достижении уровня отсчета на выходе соответствующего измерительного компаратора 9 генерируется сигнал отсчета и с появлением очередного строб-импульса на входе 38 на выходе первого элемента И 32 данной группы появляется сигнал, который

748253

35 переключает триггер 34,выходнйм сигналом которого через элемент ИЛИ 36 пвреключается триггер 37. Триггеры 34 запоминают временное положение — текущих отсчетов измеряемой величины .при ее возрастании. Тем самым исклю- - 5 чается повторное формирование сигналов огсчета на уже считанных уровнях измеряемого сигнала при его повторении в циклах стробирования, Отдельный триггер 37 запоминает 10 временное положение строб-имплуьса по отношению к моменту достижения йзмйряежм сигналом с»оответст»вующе" го уровня отсчета и при переключении через выход 39 сигнала отсчета 15

cioaM выходным сигналом блокирует ключевой элеьинт 46 и деблокирует ключевой элемент 50 ° Тем саум с формированием строб-импульса в очередном цикле стробирования все устройст- 20 во переходит в режим накопления дан,нйх в одной и той же точке сигнала по шкале времени в соответствии с достигнутым уровнем отсчета . Теперь каждым строб-импульсом через открытый ключевой элемент 50 и через вход 28 сигнала приема кода блока 26 регистрации и,обработки выполняется отсчет. кода дискретного значения измеряемой величийы в одной н той жеI точке . Количество таких отсчетов onЪ 30 р»еде»ляетс»я коэффициентом пересчета делителя 47 числа сигналов, на время каждого- считывания кода триггер

51. блокйруеФ передачу строб-импуль-

"сов в блок 26 регистрации и обработки, которые могут появиться из-за отсутствия в общем случае синхронизации между источником изме:ряеЪИх сигналов и блоком 26. Одновреме нйо си»гн»алом триггера 51 блокируется ана- 40 логовый ключевой . элемент 2; чтобы исключить кодирование "входной вели- чины и переключение ячеек регистра

8 во время считывания и передачи, кода. Сигналом с выхода 29 конца 45 цикла регистрации кода блока 26 вновь переключается триггер 51, разрешая прохождение одного строб-йМ пульса через ключевой элемейт 50 и очередной прием кода данного дискретного значения измеряемой величины.

Одновременно с передачей кода младшей декады из регистра 8 в блок

26 передается код состояния распреде лителя 19 сигналов, т,е . код всех старших декад считанного дискретного значения измеряемой величины.

После каждого приема кода .текущего ускретного значения измеряемого сигнала блок 26 посылает сигнал сбро- 0 са также и в регистр 8. Этим же сигналом через триггер 51 ключевой элемент 2 подготавливаФт-ся" к прйему сиг йала "сийхроййэатора 3, с появлением кот орогб о гкрыв ается цейь= передачи измеряемого сигнала на измерительные компараторы 9.

Делитель 47 числа сигналов осуществляет пересчет числа импульсов сброса, благодаря чему реализуется режим накопления цифровых данных измерения каждого текущего дискретного значения измеряемого процесса.

С появлением сигнала на выходе делителя 47 цикл накопления данных в соответствии с достигнутым уровнем отсчета заканчивается. Этим сигналом делит ель 45 сбр асыв ается в и сходное состояние и одновременно переключается триггер 37, выходным сигналом которого вновь деблокируется ключевой элемент 46 и блокируется ключевой элемент 50.

Выходным сигналом делителя 47 сбрасывается в исходное состояние также и счетчик 49, который подсчитывает число строб-импульсов между соседними отсчетами измеряемой величины. Число còðîá-импульсов, з афиксированное счетчиком 49, соответствует времени нарастания измеряемой величины между соседними уровнями отсчета. Код со счетчика 49 переда тся в блок 26, С завершением цикла накопления данных циклЫ стробирования повторяются аналогично описанному и в случае нарастания изменяемой величины продолжаются до момента достижения этой величиной следующего уровня отсчета.

Если измеряемая величина,не достигнув следующего уровня отсчета, начнет . уменьшаться, то после того, как она станет меньше ранее достигйутого уровня отсчета, соответствующий измерительный компаратор изменит свой единичный сигнал на нулевой. Нулевбй сигнал компаратора инвертируется элементом НЕ 31, подключенным к этому ком паратору и с появлением текущего строб-импульса на выходе элемента .

И 33 в цепи элемента HE 31 появляется е»диничный сигнал, так как на третьем входе элемента И 33 присутствует единичный сигнал триггера 34, который переключился в предыдущем цикле стробирования, когда измеряемая величина возрастала, С появлением единичного сигнала элемента И 33 этот сигнал через элемент ИЛИ 35 данной группы элементов переключает связанный с ним триггер 34, а через элемент ИЛИ 36 этот же сигнал переключает отдельный триггер 37, после чего устройство вновь переходит в режим накоплений данных аналогично описанному. Время формирования сигнала компаратором 9 при достижении измеряемой величиной соответствующего уровня отсчета и время появления ближайшего строб-импульса в общем случае не совпадают. Поэтому каждое стробирование измеряемой

748253 величины и ее дискретный отсчет в режиме накопления данных смещены по уровню и во времени относительно точки отсчета, определяемой соответствующим опорным уровнем, количество измерительных компара- 5 торов выбирают, исходя иэ требуемого шага квантования измеряемой величины по уровню. Час-. ь из этих кбмпарато- . ров одновременно используется и для задания шага дискретизации иэмеряе- 1О мой величины по времени с учетом ми- нимального шага дискретизации, определяемого строб-импульсами, и априорных прикидовных оценок спектральных и временных параметров сигналов Для того, чтобы положение элементов блока

15 управления сжатием данных и регистра

8 соответствовало изменившимся с пере, ключением r åíåðàòîðà 11 сигналам компараторов 9, с появлением сигнала запуска генератора 11 в формирователе

43 формируется сигнал сброса. Этот сигнал передается в цепи сброса регистра 8, блока сжатия данных, делителя 45 числа сигналов на два и одновременно блокирует возможную передачу строб-импульсов через ключевой элемент 46 на время переключения этих блоков, Измерения заканчиваются регистрацией последнего дискретного. значения измеряемой величины после, 30 завершения цикла накопления. Об этом блоку 26 сигнализирует элемент И 52 по совпадению сигналов последней ступени генератора 6 и делителя 47.

После регистрации совокупности 35 дискретных эйачений начинается режим обработки данных и восстановления исходной измеряемой неличины, Изобретение позволит повысить скорость измерений параметров периодичес-№О ких сигналов с изменяющимися в широком диапазоне формой, длительностью и уровнем благодаря переходу от равно--. мерного к неравномерному шагу дискретиэ ации. №5

Формула изобретенИя

1. Цифровое иэмерительное стробоско- 5 пическое устройство, содержащее синхронизатор, вход которого соединен с измерительным входом устройства, а выход — с входом генератора пилообразного напряжения, выходом подключенного к первому входу компаратора, второй вход которого связан с первым ныходом генератора ступенчатого напря. жения и делитель числа сигналов, вход которого соединен с выходом сигнала конца цикла блока регистрации 60 и обработки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения скорости измерения параметров периодических сигналов, оно снабжено линейным аналоговым ключевым элементом, .эле- . 65 ментом И-НЕ, регистром кода, измери— тельными компаратораьи, тремя элементамй ИЛИ, реверсивным генератором ступенчатого напряжения, делителем напряжения, включающим декады резисторов со ступенями от R до R 10 " распределителем сигналов, шунтовыми ключевыми элементами, блоком управления сжатием данных, формирователем сигй ала, делителем числа сигналов на два, двумя ключевыми элементами, триг - гером, элементом И и счетчиком импульсов, выход которого соединен с вторым информационным входом блока регистрации и обработки, ".четный входс входом генератора ступенчатого напряжения и выходом первого ключевого элемента, а нход сброса - с выходом делителя числа сигналов, вторым входом сброса блока управления сжатием данных, вторым входом .элемента И и первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу делителя числа сигналов на два, а второй вход — к выходу формирователя сигнала и второму входу второго элемента ИЛИ, первый вход которого связан с выходом сигнала. конца цикла блока регистрации и обработки, а выход — с входом сброса регистра кода, выход которого соединен с первым информационным входом блока регистрации и обработки, кодовые входы — с выходами измерительны.: компарат ор ов, первый к одовый вход — с первым вхо,ом элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу компаратора, второму входу делителя числа сигналов на дна, входу стробирования блока управлеНия сжатием данных, первому входу второго ключевого эле-мента и второму входу управления ли- нейного аналогового ключевого з..емента, первый вход управления которого связан с выходом синхронизатора, :вход — с измерительным входом устроЯства, выход - с первыми входами измерительных коипараторов, а третий вход управления - с выходом триггера и третьим входом второго ключевого элемента, второй вход которого соединен с выходом сигнала отсчета блока управления сжатием данных и первым входом первого ключевого элемента, а выхбд с входом сигнала приема кода блока регистрации и обработки и первым вхо» дом триггера, вторым входом подключенного к выходу сигнала конца цикла блока регистрации и обработки, вход сигнала конца измерений которого связан с выходом элемента

И, а третий информационный вход - с кодовым выходом распределителя сигналов, вход запуска которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, входом запуска реверсивного генератора ступенчатого напряжения и входом формирователя сигнала, пе ный

748253 12

ЦНИИПИ Заказ 5249/2

Фйлиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

I вход реверса - с первым входом первого элемента ИЛИ, первым входом реверса реверсивного генератора ступенчатого напряжения, выходом к-го измерительного компаратора, (к-1) =ым входом сигнала уровня отсчета блока уп- 5 равления сжатием данных, второй вход реверса -- с выходом элемента И-НЕ, вторым входом первого элемента ИЛЙ к вторым входом реверса реверсивного генератора ступенчатого напряжения выход которого подключен ко второму входу к-го измерительного компаратора и выводу последней младшей декады резисторов ""о стуйенью R ° 10 делителя напряжения, вывод первой 15 старшей декады которого связан с обшей шиной устройства, соединенные друг с другом выводы декад резисторов со ступеня н R 10 и- ) со вто рыми входами йзмерительнйх" компараторов, выводы декад резисторов со ступенями R 10 " и R - c выходами шунтовых клюЧевых элементов, управляющйе входй которых соединены с вы.ходами управления распределителя сигналов, причем выход второго измерительного компаратора подключен к первому входу сигнала. уровня отсчета блока сжатия данных, первый вход сброса .которого связ ан, с первым входом первого ключевого элемент а, вторым ®О входом соединенного с выходом делителя числа сигналов на два, а первый вход зламейта И подключен ко. второму выходу генератора ступенчатого напряжения. Э5

2. Устройство по и, 1 о т л и ч а ю ш е е с я тем, что блок управ

1 ления сжатием данных включает отдельный элемент ИЛИ, отдельный триггер и группы взаимосвязанных элементов, каждая из которых содержит два злемейта И, элементы HE и ИЛИ и трйггер, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход — с выходом первого элемента И, а выходс вторым входом второго эЛемента И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, а первый входк выходу элемента ЙЕ, вход которого связан с первым входом первого .элемента И и входом сигнала уровня отсчета данной группы, причем вторые вхо(дя первых элементов И и третьи входы вторых элементов И всех групп соединены с входом стробирования блока управления сжатием данных, вторые входы элементов ИЛИ всех групп подключены.к первому входу сброса блока управления сжатием данных, а выходы вторых элементов И и триггеров всех групп свяэ аны с входами отдельного элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом отдельного триггера, второй вход которого подключен ко второму входу сброса блока управления сжатием данных, а выход к выходу сигнала отсчета блока управления сжатием данных, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .1. Рябинин Ю. A. Стробоскопическое осциллографирование, Советское радио™ И., 1972, с, 226-230.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2363597/2 1, кл. G 01 и 13/02, 1976 (прототип) .

Тираж 1019 Подписное.