Следящее цифровое измерительное стробоскопическое устройство

Следящее цифровое измерительное стробоскопическое устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

твитно-т - - - М

Союз Советскид

Социалистических

Республик

Ю и и с А н и E

ИЗОБРЕТЕНИЯ

< >7?1554

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 040978 (21} 2662196/18 21 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 1 1080. Бюллетень 11о 38

Дата опубликования описания 151080 (51)М. Кл8

G 01 R 13/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 621. 317.

° 57(088.8) М.М.Гельман, С.Г.Алексеев, A.Ñ.Áîíäàðåâñêèé, E.Ä.Панков, В.А.Новопольский, Н.Н.Моргун и A.Ô.Äåíèñoâ (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СЛЕДЯЩЕЕ ЦИФРОВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ

СТРОБОСКОПИЧЕСКОЕ УСТРОИСТВО

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для ускоренного измерения параметров повторяющихся процессов в широком диапазоне спектра их частот. 5

Известно цифровое стробоскопическое измерительное устройство — стробоскопический осциллограф с цифровым отсчетом, содержащий строб-преобразователь, синхронизатор, генераторы 10 импульсов эон, пилообразного и ступенчатого напряжений, компаратор, цифровой измеритель временных интервалов и блок электронно-лучевой трубки (1) . 15

Недостатками устройства являются .низкое быстродействие, обусловленное ручным управлением процесса измерений, и относительно высокая погрешность. 26

Известно цифровое стробоскопическое измерительное устройство, содержащее строб — преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, блок регистрации данных, синхронизатор, генераторы пилообразного и ступенчатого напряжений и делитель числа импульсов $2) .

Процесс измерений в данном устройстве автоматизирован, а точность из- 30

2 мерений повышена благодаря возможности накопления данных в каждой отдельной точке непрерывно следующих измеряемых сигналов. Однако его недостатком остается снижение быстродействия при уменьшении верхней граничной частоты спектра и увеличении длительности сигналов. Это вызвано тем, что шаг считывания устройства выбирается исходя, в том числе, иэ максимально для него допустимой верхней граничной частоты спектра измеряемых сигналов. Поэтому при снижении верхней граничной частоты спектра сигналов появляются избыточные отсчеты, на что.затрачивается определенное время при регистрации данных и увеличивается время при машинном восстановлении сигналов.

Иначе говоря, увеличивается суммарное время измерений.

Целью изобретения является повышение скорости и точности измерения параметров повторяющихся процессов в широком диапазоне спектра частот.

Указанная цель достигается тем, что в цифровое измерительное стробоскопическое устройство, содержащее аналого-цифровой.преобразователь, блок регистрации и обработки, после771554 довательно включенные синхронизатор, генератор пилообразного напряжения и первый компаратор, генератор ступенчатого напряжения, подключенный к первому компаратору, строб-преобразователь, один вход которого и вход синхронизатора подсоединены ко входу устройства, другой вход строб-преобразователя подключен к выходу первого компаратора, а выход к измерительному входу аналогоцифрового компаратора, а выход — к измерительному входу аналогоцифрового преобразователя, кодовый выход которого соединен с соответствующим входом блока регистрации и обработки, а также делитель числа сиг- 15 налов, введены второй компаратор, последовательно соединенные источник опорного напряжения, дифференциальный элемент, третий компаратор, а также счетчик, три ключа, три элемента ИЛИ, ;Я элемент И-НЕ, два элемента И,элемент

НЕ, два триггера, формирователь задержанного сигнала, реверсивный генератор ступенчатого напряжения, делитель числа импульсов на два, причем один из входов первого ключа соединен с одним входом аналого-цифрового преразователя, другой вход — со входом делителя числа импульсов на два, второго триггера и строб-преобразователя, третий вход — с одним из входов счетчика, другим входом делителя числа импульсов на два, второго и третьего ключей, второго элемента И, перного триггера и реверсивного генератора ступенчатого напряжения, выход делителя числа сигналов соединен с одним из входов первого элемента

ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом третьего ключа, а выход— с входом генератора ступенчатого на- 40 пряжения, третий вход третьего ключа соединен с выходом делителя числа импульсов на два, один вход которого соединен с выходом первого компаратора и с одним из входов четвертого 4 ключа, другой вход которого соединен с выходом блока регистрации и обработки, а выход — с одним из входов третьего элемента ИЛИ и входом делителя числа сигналов, выход генератора ступенчатого напряжения соединен через второй элемент И с одним из входов блока регистрации и обработки и другим входом второго триггера, выход которого соединен с другим входом третьего элемента ИЛИ и с одним входом элемента И-QE, другой вход которого соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ, выходом второго компаратора и другим вхоцом реверсивно го генератора ступенчатого напряже- Щ ния, третий вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход с одним входом второго компаратора и другим входом дифференцирующего элемента, выход элемента И-HE соединен 4 5 с одним входом второго элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом первого элемента И и с четвертым входом третьего элемента ИЛИ, один вход первого элемента И через первый элемент НЕ соединен с выходом третьего компаратора и с другим входом первого триггера, выход которого соединен с другим входом первого элемента И, выход строб-преобразователя соединен с одним входом второго и третьего компараторов и аналогоцифрового преобразователя, другой вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, а выходы — с входами формирователя задержанного сигнала, второго ключа и блока регистрации и обработки, выход формирователя задержанного сигнала через второй ключ соединен с третьим входом блока регистрации и обработки, четвертый вход которого соединен с выходом счет I HK B

Схема устройства представлена на чертеже.

Устройство имеет вход 1 и содержит строб-преобразователь 2, синхронизатор 3, генератор пилообразного напряжения 4, первый ключ 5, счетчик б, первый компаратор 7, генератор ступенчатого напряжения 8, первый элемент

ИЛИ 9, делитель числа сигналов 10, первый элемент И 11, первый элемент

НЕ 12, первый триггер 13, второй элемент ИЛИ 14, второй компаратор 15, третий компаратор 1б, дифференцирующий элемент 17, источник опорного напряжения 18, элемент H-HF. 19, аналогоцифровой преобразователь (АЦН) 20 с одним входом 21, другим входом 22 и выходами 23 и 24, третий элемент ИЛИ

25, второй триггер 26, формирователь

27 задержанного сигнала, второй ключ

28, делитель 29 числа импульсов на два, третий ключ 30, реверсивный генератор ступенчатого напряжения

31 с входами 32 и 33, и 34, второй элемент И 35, блок регистрации и обработки 2б, четвертый ключ 37.

Устройство работает следующим образом.

В исходном .состоянии счетчик б сброшен в нулевое положение, выходной сигнал триггера 13 равен нулю, выходные напряжения генератора ступенчатого напряжения (ГСН) 8 и реверсивного (ГСН) 31 равны нулю, все ключи 5, 28 и 30 открыты. С появле-

1нием измеряемого сигнала на входе 1 в компараторе 7 известным образом формируется строб-импульс, в соответствии с которым на выходе стробпреобразователя 2 выделяется текущее дискретно-преобразованное значение измеряемого сигнала. Выходное напряжение строб-преобразователя 2 сравнивается в компараторе 15 с напряжением реверсивного ГСН 31, а в компараторе 16 с напряжением того

771554 же ГСН 31, :о уменьшенным дифференциальным элементом 17 на величину, соответству|ощую одной ступени реверсивного ГСН 31 и заданную источником опорного напряжения 18.

Шаг стробирования, т.е. сдвиг строб-импульсов по шкале времени, который определяет шаг временной дискретизации измеряемого сигнала (повторяющегося), делают минимальным (выбором соответствующих параметров генератора пилообразного напряжения 4 и ГСН 8), например, исходя из заданной допустимой верхней граничной частоты спектра измеряемых сигналов, поэтому с ее уменьшением количество отсчетов 15 становится избыточным. Для уменьшения указанной временной избыточности дискретный преобразованный измеряемый сигнал на входе стробпреобразователя 2 дополнительно 20 квантуют по уровню. itlar квантования по уровню выбирается, в общем случае, постоянным, исходя из заданных критериев. Таким образом, отсчеты дискретных значений измеряемо- 25 го сигнала производят только на определенных уровнях (промежуточные дискретные значения не регистрируются) и с увеличением длительности этих сигналов тем самым устраняется избыточность отсчетов, получаемых между этими уровнями квантования. Уровни квантования (отсчетов) формируются реверсивным ГСН 31. Моменты достижения преобразованным измеряемым сигналом (на выходе строб-преобразователя 2)заданных уровней отсчетов указывают компаратор 15 при увеличении измеряемого сигнала и компаратор 16 с подключенными к нему элементами

11, 12, 13, 17 и 18 при его уменьше- 40 нии. В зти моменты времени производят цифровые отсчеты текущего дискретного эначения сигнала, ближайшего к данному уровню. Количество дискретных значений сигнала между уровнями отсчета, т.е. число шагов дискретизации, соответствующее времени изменения сигнала между уровнями двух соседних отсчетов, фиксируется счетчиком б.

Допустим, что входной измеряемый сигнал периодически возрастает и убывает. При появлении первого стробимпульса переключается триггер 26, выходным сигналом которого через элемент ИЛИ 25 запускается АЦП 20. Тем самым измеряется исходный нулевой уровень строб-преобразователя 2. Одновременно сигналом запуска АЦП 20 закрываются ключи 5 и 30. Ключ 5 установлен на входе счетчика б, фик- gp сирующего количество строб-импульсов, т.е. время изменения (длительность) сигнала между уровнями отсчета, задаваемыми реверсивним ГСН 31. Ключевой элемент 30 установлен в цепи эапуска ГСН 8. Через него сигналом запуска АЦП 20, выход элемента ИЛИ 25) блокируют запуск ГСН 8 строб-импульсами после достижения выходным напряжением строб-преобразователя 2 очередного уровня отсчета. Делитель 29 числа строб-импульсов на два задерживает очередной запуск ГСН 8 на один такт. Тем самым исключается немедленное переключение ГСН 8 на уровень следующей ступени при достижении выходным напряжением строб-преобразователя 2 текущего уровня отсчета, заданного реверсивным ГСН 31, и обеспечивается режим накопления полученного дискретного значения сигнала на данном уровне.

После запуска АЦП 20 сигналом триггера 26 (начало отсчета) сигналом конца преобразования (выходом 23 АЦП) включается в работу регистрации и обработки 36, и выполняется считывание кодов из АЦП 20 и счетчика б.

Код АЦП 20 в первом такте измерений характеризует нулевой уровень отсчета, а код счетчика 6 соответствует нулевой метке отсчета измеряемого сигнала по шкале времени. Сигналом конца цикла регистрации блока 36 открывается ключ 37. Первым же появившимся строб-импульсом, переданным через ключ 37, который вновь запирается, и одновременно через элемент

ИЛИ 25 запускается АЦП 20, и вновь повторяется цикл измерения и регистрации дискретного значения сигнала (в данном случае нулевого отсчета) на уровне отсчета, заданном реверсивным ГСН 31, в соответствии со строб-импульсом временной шкалы. Число таких циклов (режим накопления данных на одном и том же уровне отсчета) задают коэффициентом пересчета делителя 10. С появлением сигнала на выходе делителя 10 завершается цикл накопления данного дискретного значения измеряемого сигнала, и ГСН 8 переключается на следующую ступень. Одновременно этим сигналом открываются ключи 5 и 30, закрывается ключ 28 для того, чтобы блокировать передачу сигнала конца преобразования АЦП 20 и тем самым исключить регистрацию результата измерения, который может быть искажен во время переходного процесса при переключении устройства с поступлением очередного сигнала на его вход 1; сбрасываются в исходное состояние счетчик 6, триггер 13 и делитель 29; переключается реверсивный ГСН 31, и на компараторы 15 и 16 подается очередная (в данном случае первая) ступень напряжения (первый уровень отсчета). Далее сигналом конца преобразования АЦП 20 с задержкой в формирователе 27 вновь открывается ключевой элемент 29, и тем

771554 самым блок 36 подготавливается к приему очередного дискретного значения измеряемого сигнала.

Процесс стробирования измеряемого сигнала и изменение (в рассматриваемом случае нарастание) преобразованного сигнала на выходе строб- 5 преобразователя 2 длятся до тех пор, пока текущее дискретное значение преобразованного сигнала не достигнет уровня очередной ступени реверсивного ГСН 31. При этом компара- 10 тор 15 выдаст импульс сравнения, который переключит (или подтвердит) соответствующее направление изменения выходного напряжения реверсивного

ГСН 31, т.е. его возрастание (вход 1$

32), и одновременно через элемент

ИЛИ 25 запустит AOII 20. Далее процесс измерения и регистрации полученного дискретного значения сигнала на данном уровне отсчета, а 2О также всех текущих на очередных последующих уровнях отсчета повторяется аналогично описанному.

Компаратор 16 выдает импульсы сравнения одновременно с компаратором 15, так как его опорное напряжение всегда оказывается меньше на величину одной ступени. Однако в цепь запуска АЦП 20 импульс компаратора 16 поступит только в том случае, когда дискретно-преобразованный измеряемый сигнал на измерительном входе этого компаратора сначала возрастет, и сработает триггер, а затем, не достигнув очередного уровня отсчета (компаратор 15 при этом не сработает), начнет уменьшаться. Сигнал на выходе элемента НЕ 12 изменится при этом, например на единичный, и при наличии единичного сигнала триггера

13 выходным сигналом элемента И 11 4О запустится AUII 20. Одновременно единичным сигналом элемента И 11, пе. рецанным через элемент ИЛИ 14 на вход 33 реверсивного ГСН 31, ГСН переключится на формирование уменьшающегося по уровню ступенчатого напряжения. Далее процесс измерения текущих дискретных значений преобразованного измеряемого сигнала, но уже уменьшающегося по величине, повторяется аналогично вышеописанному.

Когда на элемент И 35 поступит сигнал с выхода ГСН 8, соответствующий

его амплитудному значению, т.е. последнему дискретному значению измеряе— 55 мого сигнала, на другой вход элемента

И 35 поступит сигнал с выхода делителя 10, что будет соответствовать окончанию цикла накопления последнего дискретного значения измеряемого щ сигнала, то выходным сигналом, элемента 35 блокируется действие блока

36 по приему информации, и начинается цикл раббты по восстановлению измеряемого сигнала. 65

Если измеряемый сигнал с началом измерений убывает, то для формирования сигнала реверса ГСН 31 используется элемент И-НЕ 19. Его применение обусловлено тем, что исходный уровень выходного напряжения стробпреобразователя 2 может оказаться ниже исходного опорного уровня компаратора 16, заданного источником опорного напряжения 3.8, и поэтому сигнал на выходе элемента И 11 будет нулевым. При переключении триггера

26, т.е. с началом нулевого отсчета, элемент И-НЕ 19 анализирует состояние компаратора 15 и при нулевом сигнале на его выходе выдает единичный сигнал через элемент ИЛИ 14 на вход

33 реверса ГСН 31.

В отсутствие такого анализа и соответствующей цепи реверса (вход 33

ГСН 31) сигнал на выходе компаратора

16 и, следовательно, сигнал на выходе элемента И 11 по мере дальнейшего уменьшения измеряемого сигнала могли бы оставаться нулевыми. Это приводило бы к ошибкам в результатах измерений из-за того, что начальная часть (фаза) измеряемого сигнала оказывалась бы пропущенной и неучтенной.

Если измеряемый сигнал известен заранее, то уровни отсчета, формируемые ГСН 31, можно задавать программным путем по командам блока 36.

Таким образом, предлагаемое устройство автоматически следит за сигналом и исключает избыточные отсчеты в соответствии с крутизной (скоростью) измеряемого сигнала на отдельных его участках. Это повышает эффективную скорость измерений.

Формула изобретения

Следящее цифровое измерительное стробоскопическое устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь, блок регистрации и обработки,последовательно включенные синхронизатор, генератор пилообразного напряжения и первый компаратор, генератор ступенчатого напряжения, также подключенный к первому компаратору, строб-преобразователь, один вход которого и вход синхронизатора подсоединены ко входу устройства, другой вход строб-преобразователя подключен к выходу первого компаратора, а выход— к измерительному входу аналого-цифро-, вого преобразователя, кодовый выход которого соединен с соответствующим входом блока регистрации и обработки, а также делитель числа сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения скорости и точности измерения параметров процессов в широком диапазоне спектра частот, в устройство введены второй компаратор, последовательно соединенные

771554

10 источник опорного напряжения, дифференциальный элемент, третий компаратор, а также счетчик, три ключа, три элемента ИЛИ, элемент И-НЕ, два элемента И, элемент НЕ, два триггера, формирователь задержанного сигнала, реверсивный генератор ступенчатого напряжения, делитель числа импульсов на два, причем один иэ входов ключа соединен с одним входом аналого-цифрового преобразователя, другой вход — со входом делителя числа импульсов на два, второго триггера и строб-преобразователя„ третий вход — с одним из входов счетчика, другим входом делителя числа импульсов на два, второго и третьего ключей, второго элемента И, первого триггера и реверсивного генератора ступенчатого напряжения, выход делителя числа сигналов соединен с одним из входов первого элемента ИЛИ,другой вход которого соединен с выходом третьего ключа, а выход — e входом генератора ступенчатого напряжения, третий вход третьего ключа соединен с выходом делителя числа импульсов на два, один вход которого соединен с выходом первого компаратора и с

Одним иэ Входов четвертого ключа, другой вход которого соединен с выходом блока регистрации и обработки, а выход — с одним из входов третьего элемента ИЛИ и входом делителя числа сигналов, выход генератора ступенчатого напряжения соединен через второй элемент И с одним из входов блока регистрации и обработки и с другим входом второго триггера, выход которого соединен с другим входом третьего элемента ИЛИ и с одним входом элемента И-НЕ, другой вход которого соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ, выходом второго компаратора и другим входом реверсивного генератора ступенчатого напряжения, третий вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход — с одним входом второго компаратора и другим входом диФФеренцирующего элемента, вы© ход элемента И-BE соединен с одним входом второго элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом первого элемента И и с четвертым входом третьего элемента ИЛИ, один вход первого элемента И через первый элемент HK соединен с выходом третьего компаратора и с другим входом первого триггера, выход которого соединен с другим входом первого элемента И, выход строб-преобразователя соединен

2О с одним входом второго и третьего компараторов и аналого-цифрового преобразователя, другой вход которого соединен с выходом третьего. элемента

ИЛИ, а выходы с входами Формирователя задержанного сигнала, второго ключа и блока регистрации и обработки, выход Формирователя задержанного сигнала через второй ключ соединен с третьим входом блока регистрации и обработки„ четвертый вход которого соединен с выходом счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Рябинин Ю.A. Стробоскопическое осциллографирование. М., Сов.радио, с. 226-230.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 236 3597/21,кл.G 01 R 13/02, 15.08.77.

Составитель Л. Сорокина

ТехредА, Мепанская Корректор О. Ковинская

Заказ 6687/56 Уираж 1019 Подписное

ВНИНПИ Государственного комитета. СССР по делам изобретений и открытий

113О35, Москва„ Ж-35, Рауюскаи наб., д. 4/5

Фнлиал ППП "Патент"., t. Ужгород, ул. Проектная, 4