Стробоскопический цифровой измеритель сигналов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 292172 Союз Соеетских Социалистических Республикависимое от авт. свидетельстваМП К 6 061 3/00 1967 ( 1 И 4578/26-2 аявлено 29.1 присоединением заявкириоритетпубликовано 06,1,1971, Бюллет омитет оо дела обретений и открыори Сооето Ыиниот К 681.34(088,8 Дата опубл вания описания 26.11.1971 Авторыизобретения И. Гришаков, В. П. Гусев, В. В. Лозовой и Г. А. Судако Заявитель чной механики и вычислительной техник сти СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СИГНАЛОВИзобретение 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 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 ре гистр 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 не прерывные, а выход функционального сумматора подключен ко входам первого и второго рабочих регистров, регистра текущего значения времени, регистров преобразователей н накопительного регистра.20 Это позволяет расширить функциональныевозможности измерителя, повысить его быстродействие и точность.На фиг. 1 дана блок-схема устройства; нафиг. 2 - функциональная схема вычислитель ного блока отработки компенсационных напряжений.Устройство состоит из стробоскопическогоблока 1, цифрового вычислительного блока отработки компенсационных напряжений 2, 30 одного нуль-органа 3 и двух преобразователей3дискретных величин в непрерывные 4 и 5 (см. фиг, 2). Синхронизация работы устройства осуществляется от внешнего генератора 6 импульсов, следующих с частотой не выше 1 О кгиВ 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. В 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 3. В зависимости от того, достигнет или нет величина сигнала с усилителя-расширителя П порога срабатывания нуль-органа 3, 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 3 блок 2 производит соответствующие изменения двоичного кода, управляющего преобразователем 4.Если сигнал с выхода нуль-органа 3 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 3 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 уровнюнуль-органа 3,Для исключения влияния медленного дрейфа строб-блока 1 программа работы блока 2предусматривает поочередное измерение входного сигнала в момент 1, и в момент 1=0, Последний формирует два кода х(1;) и хо, а за 10 тем вычисляется разность у(1;) =х(1;) - хо, которая принимается за истинное значение сигнала в момент 1=1;. Значение сигнала в момент 1=0 принимается за нулевой входнойуровень,Для повышения точности измерений, а именно для уменьшения случайных погрешностей,устройство проводит многократные измерениямгновенного значения сигнала в один и тот жемомент времени, с последующим усреднением20 результатов у,(1,) по 1, 16, 32, 64 и 128 замерам, т, е. вычисляет среднее значение у (1,) поформуле1Ю 5 У;У 1где Л - число замеров.Для того чтобы иметь более полное представление об измеряемой величине, необходимо знать, кроме среднего значения, также ЗОсреднее отклонение Лу(1;). По величине среднего отклонения можно определить интервалдоверительности при заданном числе усреднений (замеров). Среднее отклонение вычисля ется по формулеМЛуР;) = -у(1,) - у; .У 1=Вычисление средних отклонений производит 404 ся за два цикла замеров величин у;(1;) (1=1,2 У). За время одного цикла определяетсяу(1;), за время второго вычисляется Лу(1;),В ходе выполнения программ измерениямгновенных значений исследуемого сигнала45 блок 2 осуществляет последовательный сдвигстроб-импульсов в результате прибавления ккоду 1; кода приращения Л 1.Значение следующего момента времени определяется по формуле501;л = 1;+Л 1(1=1, 2, 3, , т - 1, т), , =О.Измерения ведутся до определенного момента времени Т55т - 1( Т тоНаряду с измерением мгновенных значенийисследуемого сигнала в устройстве предусмотрена возможность измерения момента време 60 ни г(хо) для заданного уровня сигнала хо. Вэтом режиме измерения в самом начале работы устройства на входе преобразователя 4 устанавливается код хо, который не изменяется в процессе измерения, а на входе преобразова 65 теля 5 устанавливается нулевой код. Если ис10 следуемый сигнал возрастает (положительная первая производная по времени), то с выхода нуль-органа 3 в блок 2 поступает сигнал со значением О. Это означает, что величина хо больше мгновенного значения в моменте 1=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 3 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 13, регистр 14 первого числа 14, регистр 15 второго числа 15, регистры 1 б и 17 управления преобразователями 1 б и 17, регистры для хранения результатов промежуточных вычислений 18 - 23, выходные регистры 24 и 25, тумблерные регистры пульта управления 2 б - 30 и сдвиговый регистр 31.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 13.В ходе выполнения программы в регистр 14 передаются числа в прямом коде из регистров 17, 19, 21, 22 и 23, в регистр 15 передаются числа прямым кодом из регистров 18, 2 б, 27, 31 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 1 б 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, уп 15 го г 5 30 35 40 45 50 55 равляющих преобразователями 4 и 5, в результате передач в регистр второго числа 15, функционального сумматора 13.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, отличаюи 1 ийся 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 регистрамп 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.292172фис 1Составитель М. Р. ШтильманРедактор 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, Раушская наб., д, 4/5ография, пр. Сапунова,