Устройство для измерения мгновенных значений периодических сигналов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 08 0 4 С 01 К 19/04 РЕТ У СССР1981.ССР1986.ССР1986МГНО(54) УСТРОЙВЕННЫХ ЗНАНАЛОВ ВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЙ ПЕРИОДИЧЕСКИ ГГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(57) Изобретение может быть использовано при создании устройств для измерения параметров периодических сигналов, Целью изобретения являетсяповьппение точности измерения. С помощью усилителя 3 вертикального отклонения, блока 6 развертки и формирователя 16 импульсов на экране электронной трубки формируется изображениеисследуемого периодического сигналаи маркера, положение которого определяется величиной выходного напряжения, регулируемого источника 9 постоянного напряжения. С помощью жомпаратора 12, триггеров 23, 24, блока 10управления и цифроаналогового преобразователя 11 производится выборка иоцифровывание мгновенного значения исследуемого периодического сигнала,При наличии острых пиков на исследуемом сигнале одновибратор 22, ключ 21,триггер 18 формируют стробирующийимпульс, выделяющий один полный импульс исследуемого сигнала, а компаратор 12 поочередно сравнивает выходной сигнал цифроаналогового преобразователя 11 с максимальным и минимальным значениями исследуемого им- апульса, при этом блок 10 управленияфармирует Иифравай хад этих эиачеиир. яВведение блока 10 управления цифроаналогового преобразователя 11, триг- Сгеров 18, 23, 24, одновибратора 22,ключа 14 позволяет одновременно изме- Ерять экстремальное значение сигнала, вефвыделяемого стробирующим импульсом, фчто обеспечивает повьппение точностиизмерения параметров периодическихсигналов при наличии острых пиков.Изобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано при создании устройств, обеспечивающих цифровое измерение параметров периодических сигналов, в частности в электронна-лучевых осциллографах с встроенным блоком, обеспечивающим циФровое измерение ца" раметров .сигналов. ЮЦелью изобретения является повьппе" ние точности измерения за счет обеспечения более точного измерения экстремумов сигнала.Иа чертеже представлена электрическая Функциональная схема устройства.Устройство для измерения мгновенных значений периодических сигналов содержит последовательно соединенные аттенюатор 1, буферныи усилитель 2 усилитель 3 вертикального отключения, выход которого соединен с вертикально отклоняющими пластинами электронно-пученой трубки ЭЛТ) 4, к горизонтальна отклоняющим ппаетинам которой подключен выход усилителя 5 горизонтального отклонения, вход которого соединен с первым выходом блока б развертки, второй выход которого соединен с компаратором 7, выход .которого через Формирователь 8 маркера подключен к вхоцу усилителя 3 вертикальнога отклонения, второй вход компаратора 7 соединен с выходом регулируемого источника 9 настоянного напряжения, блок 10 управления первый выход которого соединен с вхад 014 цифроаналогового преобразователя 11. Выходы буферного усилителя 2 н цифроаналогового преобразователя 11 соединены с соответствующими входами кампаратора 12, управпямглй вход которо" го подключен к выходу формирователя 13 строб-импульсов, вход формирователя 14 импульсов подключен к выходу коммутатора 15, входы котарага подключены соответственно к выходам компаратора 7 и Формирователя 16 импульсов, входы которого подключены соответственно к выходам блока 6 развертки и генератору 17 импульсов, выход триггера 18 соединен с входами Формирователя 14 импульсов и элемента И 19, вьиад которого подключен к первому входу элемента ЙГИ 20, второй вход которого подключен к выходу ключа 21, второй, третий и четвертый выходы блока 10 управления соединены соответственно с управляющим входом коммутатора 15, С-входом триггера 18 и управляющим входом ключа 21, выход формирователя 14 импульсов соединен с входам формирователя 13 строб-импульсов и через одновибратор 22 с входом ключа 21 и с К-входом триггера 18, прямой и инверсный выходы кампаратара 12 соединены соответственно с Я-входами триггеров 3 и 24, установочные вхвды которых подключены к выходу элемента ИЛИ 20, выходы триггеров 23 и 24 соединены с соответствующими входами блока 10 управления.Устройство для измерения мгновенных значений периодических сигналов работает следующим образом.Измеряемый сигнал поступает на вход аттенюатора 1, где осуществляется его нормирование и приведение к динамическому диапазону усилителей 2 и 3, которые осуществляют усиление сигнала для подачи на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ 4. Блок 6 развертки формирует из измеряемого сигнала синхроимпульсы, которые подаются на Формирователь 16 импульсов, а также Формирует линейно нарастающее напряжение, которое после усиления уси" лителем 5 горизонтального отклонения подается на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ 4 и осуществляет временную развертку изображения сигнала на экране.Устройство обеспечивает два режима измерения мгновенных значений сигналов; нестробируемьщ режим измерения пиковых значений сигнала и стробируемый режим измерения мгновенного значения сигнала в точке, задаваемой марке 1 ом на экране ЭЛТ. Управление режимами рабаты осуществляется блокам 10 управления. В нестробируемем режиме измерения пиковых значений сигналами с выходов блока 10 производит" ся закрывание ключа 21, а коммутатор 15 переключается так, что пропускает на вход Формирователя 14 импульсов сигнал с выхода формирователя 16 импульсов.Б нестробируемам режиме измерения пиковых значений устройство поочеред" на осуществляет измерение вначале максимального, а затем минимальнога значений сигнала. Алгоритм функционирования и рабата блоков устройства при измерении максимального и минимальнага значений отличаются тем, чтопри н;,.меркни: макакапьног .",аче;фя исполня"тся пФО,"мад,н Г Рь."ада рь гера 23 Гаг,1 Оченнаго к пря .ому як- ходу компаратара 12, а при измерени;: минимального значения используется информация с инверсного выхода триггера 24, подключенного к инверсному выходу компаратора 12.На вход формирователя 16 импульсов 10 поступает сигнал с выхода блока 6 развертки, имеющий вид коротких сикхроимпульсов положительной полярности.Формирователь 16 импульсов Формирует прямоугольные импульсы, синхрониэиро ванкые с измеряемым сигналом, частота повторения которых ке превьппает часто ты сигнала генератора 1, выбранной из расчета быстродействия элементов схемы. 20При частоте измеряемого сигнала ниже частоты генератора 17 на выходе Формирователя 16 импульсов формируется прямоугольный сигнал с частотой повторения в два раза ниже, чем час тата измеряемого сигнала, длительность которого при любой частоте иэмеряемого сигнала составляет не менее одного периода повторения измеряемого сигнала, т,е, в указанный импульс З 0 обязательно попадает максимум и минимум измеряемого периодического сигнала, а частота повторения сигнала ка выходе Фармчравателя 16 импульсов никогда не превышает частоты генератора 17 импульсов, при этом период сигнала генератора 17 выбирается таким, чтобы он в несколько раз превьппал время установления напряжения на выходе цифроаналогового преобразовате 40 ля 11. Блок 10 управления Формирует на третьем выходе сигнал запуска в виде логического импульса, чем устанавливает на выходе триггера 18 уровень логической единицы, разрешающий работу формирователя 14. Одновременно сигнал логической единицы с выхода триггера 18 поступает на вход элемента И 19, на втором входе которого50 присутствует уровень логической единицы с выхода Формирователя 14 импульсов. В результате совпадения сигналов на выходе элемента И 19 Формируется логический импульс, который через элемент ИЛИ 20 поступает на входы триггеров 23 и 24, приводя их в первоначальное состояние."реР,. ",ров.ть; : чм"зсау. ас, "тллят вьщление перво га целага импульса из пропускаемой коммутатором 15 последовательности импульсов с выхода Формирователя 16 импульсов. СФормированный таким образом импульс через формирователь 13 строб-импульса разблокирует па стробирующему входу кампаратор 12, который осуществляет сравнение в течение длительности строб-импульса исследуемого сигнала, поступающего с выхода буферкого усилителя 2, с капряжением постоянного тока, поступающим на второй вход компаратора 12 с выхода цифроаналогового преобразователяВключенные на выходе кампаратора 12 триггеры 23 и 24 осуществляют запоминаниерезультатов сравнения пиковых значений измеряемого сигнала с напряжением постоянного тока, при этом триггер 23 несет информацию а состоянии максимального, а триггер 24 - минимального значения измеряемого сигнала и напряжения постоянного така,Запирание кампаратара 12 и, следовательно, окончание единичного цикла сравнения сигнала с напряжением постоянного тока производится спадом стробирующего импульса с выхода Фоамирователя 13 строб-импульса. Одновременно спад импульса с выхода фор" мирователя 14 импульсов запускает адновибратар 22, который Формирует короткий импульс, возвращающий триггер 18 в исходное состояние и заканчивающий цикл сравнения. После окончания цикла сравнения блок 10 управления производит анализ состояния триггеров 23 и 24.Па результатам сравнения блок 10 управления изменяет соответствующим образом цифровой код, поступающий с первого выхода на вход цифроаналогового преобразователя 11, изменяя тем самым постоянное напряжение на входе кампаратора. После этого процедура сравнения повторяется до тех пор, пока напряжение на выходе цифро-. аналогового преобразователя 11 не станет равным измеряемому пиковому значению исследуемого сигнала с точностью до величины младшего разряда.Перевод устройства в стробируемый режим измерекия мгновенных значений сигнала производится блоком 10 управ55 5 14308ленйн путем установки на четвертомвыходе сигнала, открывающего ключ 21,и переключением коммутатора 15 в состояние, при котором на вход формирователя 14 импульсов поступает сигналс выхода компаратора 7, время появления которого соответствует времениформирования маркера.Для формирования маркера служитсигнал, поступающий на второй входусилителя 3 вертикального отклоненияс выхода формирователя 8 маркера, Компаратор 7 осуществляет сравнение линейно нарастающего напряжения с выхо" 15да блока б развертки с выходным напряжением регулируемого источника 9постоянного тока. Б момент равенствауказанных напряжений на выходе компаратора 7 формируется перепад напряжений, который далее формирователем 8маркера приводится к динамическомудиапазону усилителя 3 вертикальногоотклонения, через который и осуществляется формирование маркера совместно с изображением исследуемогосигнала на экране ЭЛТ 4, Изменяя выходное напряжение регулируемого источника 9, можно изменять местоположение маркера на экране ЭЛТ, совмещая ЗОего с любой интересующей оператораточкой на изображении сигнала.На выходе компаратора 7 формируются периодически повторяющиеся логические импульсы, спад которых совпадает35с моментом равенства пилообразногонапряжения развертки с блока б и напряжения на выходе регулируемого источника 9 постоянного тока. Укаэанные импульсы через открытый коммутатор 15 поступают на вход формирователя 14 импульсов.Алгоритм работы устройства встробируемом режиме измерения мгновенных значений сигнала аналогиченалгоритму работы .в нестробируемом режиме измерения пиковых значений и заключается в последовательном проведении ряда циклов сравнения мгновенного значения сигнала с напряжениемпостоянного тока с выхода цифроаналогового преобразователя 11, в результате чего указанное постоянное напряжение приближается с точностью доединицы младшего разряда к величинезначения в момент стробирования,Цикл сравнения также инициализируется блоком 10 управления путем подачи импульсного сигнала на вход триггера 18, в результате чего единичный уровень с выхода триггера 18 снимает блокировку формирователя 14 импульсов, Последний осуществляет выделение первого целого импульса, следующего после момента срабатывания триггера 18, иэ последовательности импульсов, формируемых компаратором 7. Укаэанный импульс, пройдя через формирователь 13 строб-импульса, разблокирует компаратор 12, который осуществляет сравнение сигнала с выхода усилителя 2 с выходным напряжением цифроаналогового преобразователя 1 1. Спад стробирующего импульса запирает компаратор 12. Это происходит в момент времени, совпадающий с моментом формирования маркера на экране ЭЛТ 4. Таким образом, после запирания компаратора 12 на входах триггеров 23 и 24 содержится информация о соотношении значений сигнала и напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 11, которая сформулирована в течение строб-импульса. Импульс, сформированный одновибратором 22 по спаду стробирующего импульса, проходит через открытый. в режиме измерения мгновенных значений ключ 21 и производит перепись информации с выходов заблокированного компаратора 12 на выходы триггеров 23 и 24.Таким образом, выходные сигналы триггеров 23 и 24 после окончания цикла. сравнения несут информацию о соотношении мгновенного значения сигнала в момент стробирования и постоянного напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 11.Код, являющийся результатом измерения мгновенного значения сигнала, с выхода блока 10 управления поступает на внешний регистратор или ЭВМ. Последовательно перемещая метку по горизонтали вдоль всего экрана, можно организовать поточечное считывание на внешнюю ЭВМ всего кадра исследуемого сигнала, отображенного на экране ЭЛТ.Формула изобретенияУстройство для измерения мгновенных значений периодических сигналов, содержащее блок развертки, первый выход которого через усилитель горизонтального отклонения соединен с горизонтально отклоняющими пластинамиЗаказ 5339/48 Тираж 772 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 45 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул Проектная, 4 электронно-лучевой трубки, вход устройства через последовательно соединенные аттенюатор, буферный усилитель,усилитель вертикального отклонениясоединен с вертикально отключающимипластинами электронно-лучевой трубки,выход буферного усилителя также соединен с первым входом первого компа"ратора, управлякнций вход которогоподключен к выходу формирователястроб-импульсов, вход синхронизацииблока развертки подключен ко второмувыходу усилителя вертикального отклонения, а второй выход - к первомувходу второго компаратора, второйвход которого подключен к регулируемому источнику напряжения, выход второго комнаратора подключен к входуформирователя маркера, о т л н ч а ю-.щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок управления, цифроаналоговыйпреобразователь, трн триггера, одновибратор, ключ, элемент И, элементИЛИ, коммутатор, два формирователяимпульсов, генератор импульсов, выход которого соединен с первым входомпервого Формирователя импульсов, второй вход которого соединен с третьимвыходом блока развертки, а выход - спервым входом коммутатора, первый выход блока управления соединен с вхо"дом цифроаналогового преобразователя,выход которого соединен со вторымвходом первого компаратора, прямойи инверсный выходы которого соединень 1с Я-входами первого и второго триггеров соответственно, установочные. вхо.ды которых объединены и подключены квыходу элемента ИЛИ, выходы первогои второго триггеров соединены соответственно с первым и вторым входами,блока управления, второй, третий ичетвертый выходы которого соединенысоответственно с управляющим вхьдом коммутатора, С-входом третьего триггера иуправляющим входом ключа, выход второгокомпаратора соединен с вторым входомкоммутатора, выхоД которого соединен.с первым входом второго формировате.ля импульсов, первый выход которогосоединен с первым входом элемента И,выход которого соединен с первым входом элемента ИЯ, второй выход второго формирователя импульсов соединен с входом формирователя строб-импульсов и через одновибратор с К-входом третьего триггера и входом ключа,выход которого соединен, с вторымвходом элемента ИЛИ, выход Формирователя маркера соединен с. вторым входом усилителя вертикального отклонения, выход третьего триггера соединен с вторьии входами здементаИ и второго формирователя импульсов.