Анализатор амплитудно-временных параметров случайных сигналов

/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЭЖФ,ю 1"1(71) Минское производственное объединение "Калибр"(56) Авторское свидетельство СССР М 1179228, кл, 6 01 й 23/ОО, 1985.Обзоры по злектронной технике. Интегральные фоточувствительные матрицы, М., 1978 вып,2 (581)Пикосекундная злектронно-оптическая диагностика в лазерных исследованиях./Под ред. Н.Г, Бассва, М.: Наука, 1985.Авторское свидетельство СССР М 1624346, кл. 8 01 й 23/00, 1988.(57) Использование: в устройствах скоростного амплитудно-временного анализа случайных сигналов и их обработки в цифровых вычислительных машинах, Сущность изобретения: содержит блок 1 визуализации, матрицу 2, коммутатор 3, АЦП 4, заломинающие устройства 5, 6; блок 7 управления, счетчик 8, вычитающий блок 9, ЦАП 10, контрольный блок 11, входную шину 12 анализатора, шину "Пуск" и выходные шины 14, 15. Особенностью изобретения является использование матрицц в сопряжении с вычитающим блоком и использование обратной связи в качестве вцчитающего блока, что позволяет расширить область применения за счет измерения ультракоротких импульсных сигналов, 1 ил,10 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах скоростного амплитудно-временного анализа случайных сигналов и их обработки в цифровых вычислительных машинах.Известен анализатор амплитудно-временных параметров случайных процессов,Недостаток данного устройства заключается в невысокой чувствительности анализа в результате неучета широкого разброса электрофизических параметров приемно-детектирующих ячеек фотоприемной матрицы, а также изменения их параметров, обусловленных "старением",Наиболее близким к предлагаемому устройству является анализатор амплитудно- временных параметров случайных процессов, выполненный на базе электронно-лучевого визуализатора регистрируемого сигнала и устройства сьема и обработки сигнала с помощью фотодиодной матрицы.Принцип работы данного анализатора основан на фотодетектировании световых сигналов Ф (1) фотоприемной матрицей (ФМ) с выхода визуализатора, считыванием выходных электрических сигналов ФМ О, (где- позиционный номер элементарной детектирующей ячейки (ФМ) и их последовательным преобразованием в бинарный цифровой код("0" или "1") путем порогового сравнения интенсивности выходных сигналов каждого 1-го детектора ФМ О, с интенсивностью шумовых сигналов детекторов ФМ Ош,ь зарегистрированных перед фото- детектированием процесса ч(1) . При этом для получения цифрового бинарного кода сигналов Ол каждого -го детектора ФМ необходимо осуществление следующей последовательности действий: считывание из первого Р" цифрового кода интенсивности шума -гь,детектора ФМ; преобразование цифроаналоговым преобразователем данного кода в электрический аналог Оы; считывание выходного сигнала Ол -го детектора ФМ; сравнение Ос.1 и Ощ. на компараторе, запись в -ю ячейку второго ЗУ "1" при О,Оы или "0" при Ос.Ош. Данная многоэтапная процедура резко снижает скорость обработки информации ФМ, что является причиной ухудшения прочности анализа импульсных процессов с уменьшением их длительности, так как время собственного хранения электрического образа процесса в ФМ ограничено величиной порядка 200 - 500 мкс и зависит от их интенсивности и длительности, Представление информации входных процессов бинарным кодом ограничивает функциональные возможности анализатора, например, не позволяет анализировать процессы с экранов электрооптических преобразователей (ЭОП), в которых информация представляется двухмерным распределением интенсивности света.Цель изобретения - расширение области использования анализатора путем обеспечения измерения ультракоротких импульсных сигналов. Цель изобретения достигается путем введения вычитающего устройства и новой совокупности функциональных связей На чертеже представлена структурнаясхема анализатора. Анализатор содержит блок 1 визуализации регистрируемого сигнала, фотоприемную матрицу (Ф М) 2, аналоговый коммутатор (АК) 3, аналого-цифровой и реобразователь (АЦП) 4, первое и второе запоминающие устройства (ЗУ) 5 и 6, блок 7 управления (БУ), счетчик 8, вычитающее устройство(ВУ) 9, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 10, видеоконтрольное устройство (ВКУ) 11, входную шину 12 анализатора, шину 13 "Пуск" и выходные шины 14 и 15,Блок 1 визуализации служит для преобразования входного анализируемого процесса О(т) короткой длительности в оптический образ данного процесса 1(т) В качестве блока визуализации могут быть использованы стандартные приборы; скоростные электронно-лучевые осциллографы, электрооптические преобразователи и др. Фотоприемная матрица 2 представляет собой многоэлементный матричный (координатный) фотодетектор (фотодиодная матрица, фотоматрица ПЭС и др.) и служит для преобразования входного светового процесса 6 ф) блока 1 визуализации в электрический эквивалент напряжения (тока), АК 3 осуществляет последовательную коммутацию выходных сигналов Ц элементарных фотодетекторов ФМ 2 на вход АЦП 4, который преобразует значения О в цифровые коды, поступающие затем на хранение в первое и второе цифровые ЗУ 5 и 6, ЗУ 5 служит для запоминания информации с геометрической неоднородности электрофизических параметров (интенсивности шума Ош,) детектирующих ячеек ФМ 2, а ЗУ 6 - для запоминания цифрового образа процесса О Счетчик 8 обеспечивает формирование диаграммы работы анализатора путем задания последовательности адресных кодов опроса ФМ 2, коммутации АК 3, записи и считывания информации в ЗУ 5 и 6, Вычитающее устройство ВУ 9 служит для компен сации шумовой составляющей Ош из результатов измерений сигнальной составляющей Ос, путем вычитания кодовсигнальной и шумовой составляющей длякаждого 1-го детектора ФМ 2, т. е. для получения разности кодов в виде 5ЛФ = О,з - Ош. (1)где Ос. - код интенсивности сигнала Ос, 1-годетектора ФМ 2;Ош- код интенсивности шума 1-го детектора ФМ 2.ЦАП 10 обеспечивает преобразованиекодов величин Ь Ос, - в аналог величинЛ Ос. = Осл - Ош. для их визуального отображения на ВКУ 11. Блок 7 управления служитдля управления работой анализатораАнализатор работает следующим образом,При отсутствии сигнала О(т) на шине 12по сигналу "Пуск" (шина 13) анализатор устанавливается в режим записи "темновогошума" ФМ 2. При этом ЗУ 5 работает врежиме записи информации с АЦП 4, аЗУ 6 - в режиме считывания. С БУ 7 по шинепроходят тактирующие импульсы на управляющий вход АЦП 4, а по шине поступаютна счетный вход счетчика 8, который передначалом цикла записи "темнового шума" обнуляется по шине сигналом "Пуск" и в соответствии с тактовыми импульсамиформирует адресные коды опроса ФМ 2,коммутации АК 3, записи в ЗУ 5 и считывания ЗУ 6, Импульсы переполнения счетчика8 блокируются по шине, визуализация ин 35формации на ВКУ 11 блокируется по шине,Опрос элементов ФМ 2 и перебор адресовЗУ 5 синхронизированы между собой. Вэтой связи интенсивность шума Ош, каждой-той ячейки ФМ 2 записывается по -му адресу в ЗУ 5, В результате в ЗУ 5 формируется цифровой образ геометрическойнеоднородности "темнового шума" ФМ 2.Процесс записи "темнового шума" циклически повторяется с 1-го по и-ый адрес домомента появления на шине 12 входногосигнала О(т).С момента появления сигнала О(т) анализатор автоматически переводится в режим записи сигнала О(т). При этом данныйсигнал преобразуется в блоке визуализации1 в световой эквивалент 1 ф и затем осуществляется его сьем и считывание с выходов ФМ 2, В данном режиме ЗУ 5переводится в режим считывания и обнуляется счетчик 8 по шине, При этом ЗУ 6 переводится в режим записи, тактовыеимпульсы по шине поступают на вход адресного счетчика 8. В результате в ЗУ б записывается цифровой образ процесса О по однократному циклу опроса всех элементов матрицы ФМ 2, Процесс записи сигнала О(1) прекращается по сигналу переполнения счетчика 8, который поступает в БУ 7 по шине,С момента поступления сигнала переполнения анализатор автоматически переводится в режим вывода и индикации информации на ВКУ 11. При этом ЗУ 5 и ЗУ 6 находятся в режиме считывания, тактовые импульсы управления АЦП 4 блокированы, счетчик 8 формирует адресные сигналы считывания, сигналом по шине ВКУ 11 устанавливается в режим визуализации аналога информации Ь .; = Ол - О опредек, кляемой выражением (1) и преобразованной для наблюдения в аналоговую величину ЦАП 10. Процесс считывания информации ЗУ 5 и ЗУ 6 и визуализации разности ЛОс = =Ос. - Оы на экране ВКУ 11 многократно повторяется до момента прихода на шину 13 импульса "Пуск".На экране ВКУ 11 наблюдается входной быстропротекающий процесс, скомпенсированный на двухмерную. функцию "темносвого шума" ФМ 2, С момента поступления импульса "Пуск" указанный алгоритм работы анализатора повторяется для регистрации очередного входного процесса Цт).Таким образом, из алгоритма работы данного анализатора исключен ряд операций прототипа, Это позволило более чем в 3 раза повысить быстродействие анализатора, При этом быстродействие считывания информации с ФМ 2 также повышено в 3 раза, что позволило во столько же раз уменьшить и требуемое время хранения электрического образа используемого процесса в ФМ 2, а соответственно в 2 - 3 раза уменьшить погрешность анализа ультракоротких процессов вследствие уменьшения погрешности хранения ФМ 2, которая пропорциональна времени хранения. Одновременно анализатор позволяет получать цифровые образы не только осциллографических изображений, но также и двухмерных многоградационных полей, например. с экранов ЭОП, что существенно расширяет область использования анализатора для анализа ультразвуковых импульсных процессов.Формула изобретения Анализатор амплитудно-временных параметров случайных сигналов, содержащий блок визуализации регистрируемого сигнала, вход которого является входной шиной анализатора, фотоприемную матрицу, вход которой оптически связан с выходом блока1758576 Составитель В, ИвановТехред М,Моргентал Корректор Т, Палий Редактор С. Лисина Заказ 2997 Тираж Подписное ВНЙИЛИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 визуализации, а выход через последовательно соединенные аналоговый коммутатор и аналого-цифровой преобразователь подключен к информационным входам первого запоминающего блока, второй запоминающий блок, выход которого является первой выходной шиной анализатора, блок управления, первый вход которого подключен к входной шине анализатора; второй вход которого подключен к шине "Пуск",а первый выход которого подключен к управляющему входу второго запоминающего блока, счетчик, информационный вход которого подключен к второму выходу блока управления, шина "Сброс" которого подключена к третьему выходу блока управления, шина переполнения которого подключена к третьему входу блока управления, а информационные выходы которого подключены к адресным шинам фотоприемной матрицы и второго запоминающего блока, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и видеоконтрольный блок, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расширения области использования путем измерения ультракоротких импульсных сигналов, введен вычитающий блок, первая группа вхо дов которого подключена кинформационным выходам второго запоминающего блока, а выход соединен с входом цифроаналогового преобразователя, информационные выходы счетчика подключе ны к адресным шинам аналоговогокоммутатора и первого запоминающего блока, управляющий вход которого подключен к четвертому выходу блока управления, пятый выход которого подключен к управля ющему входу аналого-цифрового преобразователя, а шестой выход соединен с управляющим входом видеоконтрольного блока, информационные входы второго запоминающего блока подключены к выходам 20 аналого-цифрового преобразователя, а информационные выходы первого запоминающего блока являются второй выходной шиной анализатора и соединены с второй группой входов вычитающего блока,