Цифровое измерительное стробоскопическое устройство

(51) 4 С 01 Б. 13/О БРЕТЕНИ ПИСА ол. Рй поли хнический ыко(088.8 видете 0121 ство ССС 02, 1979 таУ хад ОСУДАРСТЯЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРОДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) ЦИФРОВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ СТРОВОСКОПИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и,может бытьиспользовано при разработке измерительной аппаратуры повышенной точности для исследования быстропротекающих процессов применительно к задачам обработки гидроакусторадиолокационных сигналов сложной формы. Цель1442921 изобретения - повышение точности параметров быстропротекающих процессов. На вход стробоскопического преобразователя 1 поступает периодическая последовательность коротких сигналов. Импульсом с выхода синхронизатора 6 запускается генератор 7 пилообразного напряжения, Компаратор 8 Формирует строб-импульс в момент равенства напряжений генераторов 7 ,и 15 пилообразного и ступенчатого напряжений, и производится считывание точки исследуемого сигнала, которое поступает на аналоговый сумматор 2 и в блок 3 выборки и хранения, а затем на компаратор 11, где сравнивается с напряжением источника 12 опорного напряжения. Если напряжение источника опорного напряжения больше, то производится повторное считывание той же точки исследуемого сигнала,1Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть ис" пользовано при разработке измерительной аппаратуры повышенной точности для исследования быстронротекающих процессов применительно к задачам обработки гидроакусторадиолокационных сигналов сложной формы,Цель изобретения - повышение точ 5 го напряжения, первый компаратор 8, 20 25ности измерения параметров быстропротекающих процессов.На чертеже приведена структурнаясхема устройства.Устройство содержит стробоскопический преобразователь 1, аналоговый 15сумматор 2, блок 3 выборки и хранения, аналого-циФровой преобразова"тель АЦП) 4, блок 5 деления, синхронизатор б, генератор 7 пилообразно. счетчик 9, блок 10 постоянной памяти, второй компаратор 11, источник 12 опорного напряжения, регистр 13 памя.ти, элемент ИЛИ 14 и генератор, 15 ступенчатого напряжения.Входная клемма подключена к информационному входу стробоскопического преобразователя и через синхронизатор, генератор пилообразного если меньше, то производится считыванием следующей точки исследуемогосигнала, Таким образом, введение вустройство аналогового сумматора 2,блока 10 постоянной памяти, блока 3выборки и хранения, регистра 13 памяти, блока 5 деления позволяет повысить точность измерения параметровкоротких сигналов за счет примененияусреднения с количеством накоплений,.обратно пропорциональным отношениюсигнал/шум. Для больших значенийсигнала количество накоплений будетмалым, для малых значений сигнала -большим, то есть отношение сигнал//шум выходного сигнала будет значительно более равномерным по периодусигнала по сравнению с входным сигна"лом. На чертеже также показаны аналого"цифровой преобразователь 4,счетчик 9, элемент ИЛИ 14, 1 ип. 2напряжения, первый компаратор - к управляющим входам стробоскопического преобразователя, блока выборки и хранения и к входу счетчика, первый вход второго компаратора подключен к информационному входу АЦП, выход эле" мента ИЛИ через генератор ступенчатого напряжения подключен к второму входу первого компаратора, выход ис" точника опорного напряжения подключен к второму входу второго компаратора выход узла деления является выходом устройства, а первый вход соединен с выходом АЦП, вход блока постоянной памяти подключен к первому выходу счетчика, а выход соединен с третьим входом второго компаратора, первый вход аналогового сумматора подключен к выхоуу стробоскопического преобразователя, а выход - к входу блока выборки и хранения, выход которого соединен с вторым входом аналогового сумматора и информационным входом АЦПпервый вход регист" ра памяти подключен к первому выходу счетчика, а выход соединен с вторым входом блока деления, причем выход второго компаратора соединен с управляющим входом регистра памяти, 144292125 а также с входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом переполнения счетчика, а выход подключен к входам установки в нулевое3 состояние блока выборки,и хранения и счетчика, второй выход АЦП подключен к выходу "Готов" устройства, а его управляющий вход соединен с Выходом элемента ИЛИ, выход первого компаратора соединен с управляющим входом блока выборки и хранения и входом счетчика,Устройство работает следующим образом. 15На вход поступает последовательность быстроменяющихся сигналов, следующих с периодом Т. Быстроменяющимся является сигнал, мгновенные значения которого изменяются в большом .20 динамическом диапазоне в течении одного периода. При исследовании тонкой структуры сигнала необходимо анализировать Форму колебания,т.е.все особенности сигнала,в том числе и в области малых мгновенных значений.Синхронизатор 6 предназначен для Формирования стандартного по длительности и амплитуде импульса, синхронного с каждым входным сигналом. Импульсом с выхода синхронизатора 6 запускается генератор 7 пилообразного напряжения. В начальный момент времени генератор 15 ступенчатого напряжения находится в нулевом состоянии, т.е. напряжение на его выходе равно нулю. Компаратор 8 формирует на своем выходе импульс в момент равенства напряжений генераторов 7 и 15 пилообразного ступенчатого напряжений. Поэтому в начальный момент времени строб-импульс на выходе компаратора 8 появляется практически в момент появления входного сигнала. Стробоскопический преобразователь 1 под 45 воздействием этого импульса производит выборку мгновенного значения входного сигнала. Блок 3 выборки и хранения в исходном моменте времени находится в нулевом состоянии, т.е. напряжение на его выходе равно нулю. Поэтому на выходе аналогового сумматора 2 после первого строб-импульса появляется напряжение, равное напряжению с выхода стробоскопического преобразователя 1. Тем же строб-им пульсом суммарное напряжениепереписывается в блок 3 выборки и хранения и хранится там до следующего строб-импульса. С прихоДом следующего информационного сигнала генератор 7 пилообразного напряжения запускается снова, и поскольку состояние генератора 15 ступенчатого напряжения не изменяется, то это приводит к Формированию строб-импульса, с помощью которого производится считывание той же точки входного сигнала, что и в предыдущем периоде.Таким образом до тех пор, пока состояние генератора 15 ступенчатого напряжения не изменится, будет считываться одна одноименная точка по всех периодах входного сигнала, а на выходе блока 3 выборки и хранения будет Формироваться суммарное значение напряжения всех этих отсчетов. Каждый запуск стробоскопического преобразователя. 1 и блока 3 выборки и хранения Фиксируется в счетчике 9, поэтому в каждый момент времени содержимое счетчика 9 равно количеству накопленных периодов. Подсчет копичества накопленных отсчетов необходим для завершения операции усреднения путем деления напряжения с выхода блока 3 выборки и хранения на число накоплений, которое можно снять со счетчика 9.Ограничение количества накоплений. производится следующим путем. Напряжение с выхода блока 3 выборки и хра. нения проверяется на превышение опор. ного напряжения во втором компараторе 11. Опорное напряжение снимается с источника 12 опорного напряжения и численно немного меньше половины максимального значения входного сигнала, или, что то же самое, половины размаха амплитудной характеристики АЦП 4. Для упрощения блока 5 деления проверка превышения напряжением с выхода блока 3 выборки и хранения опорного напряжения производится только в периоды номер которых принадле 7жит ряду чисел 2, где Е = 0,1,2Формирование сигнала, разрешающего проверку превышения, производится блоком 10 постоянной памяти. Этот блок содержит 2 ячеек постоянной памяти, где И - количество разрядов счетчика 9В каждой ячейке этого блока записана "1" или "0". Еслисчитать, что разрешающим сигналом для второго компаратора 11 являетсято во всех ячейках, адреса которых равны 27 где 2, 0 1195 14429 должна быть записана "1", В ячейках с другими адресами должны быть записаны "О". Эта информация заносится в блок постоянной памяти до установки узла в прибор и должна сохраняться5 неизменной в течение всего времени эксплуатации изделия. Адресом для блока 10 постоянной памяти является число из счетчика 9, Если при не котором Е напряжение с выхода блока 3 выборки и хранения не превысило опорное напряжение, то можно утверждать, что к следующему моменту проверки, т.е. к 2периоду входного сигнала накопленное напряжение не превысит разрядную сетку АЦП 4. В случае, если превышение произошло, то процесс накопления следует прекратить, так как за следующие 2 периодов входного сигнала накопленное значение напряжения превысит разрядную сетку АЦП 4. В случае, если превышение произошло, на выходе второго компаратора 11 формируется импульс, 25 который производит запуск АЦП 4, запись количества накопленных периодов со счетика 9 в регистр 13 памяти, сброс блока 3 выборки и хранения в исходное состояние, т.е. стирание 30 накопленного напряжения, возврат в нулевое состояние счетчика 9 и пере. ключение генератора 15 ступенчатого напряжения на очередную ступеньку. В блоке 5 деления будет произведена35 операция деления цифрового эквивалента накопленного напряжения на количество периодов, т.е. закончена операция усреднения в текущей точке входного сигнала. Усредненное значение по сигналу "Готов" с второго выхода АЦП 4 может быть считано во внешнее устройство. Момент появления сигнала Готов должен учитывать время, необходимое для выполнения операЯи деления в блоке 5.Операцией деления заканчивается процесс усреднения мгновенных значения отсчетов входного сигнала в одной точке.Поскольку счетчик 9 и блок 3 выборки и хранения приведены в исходное состояние, т.е. устройство готово для накопления отсчетов в следующей точке для получения следующего усредненного значения выходного сиг- нала напряжение с выхода генератора 1 э ступенчатого напряжения принимает значение следующей ступеньки,21 6Очередной строб-импульс смешается по времени относительно своего предшественника внутри периода входного сигнала, Величина смещения определяется скоростью нарастания напряжения генератора 7 пилообразного напряжения и требуемого количества точек, представляющих выходной сигнал.Еще один важный случай - когда напряжение в блоке 3 выборки и хранения Йе достигло порогового значения не только к половине максимально возможного количества периодов, но и к моменту полного заполнения счетчика 9. Это возможно, когда значение информационного сигнала близко к нулю, а спектральная мощность шума невелика. Для того, чтобы работа устройства не остановилась, введен элемент ИЛИ , 14. Импульс с выхода переполнения счетчика 9, проходя через элемент 14 ИЛИ, сбросит на нуль блок 3 выборки и хранения, подтвердит установ" ку в нуль счетчик 9, установит генератор ступенчатого напряжения в следующую ступеньку и запустит АЦП 4. Так как значение кода с выхода АЦП 4 равно нулю, то на выход устройства также будет выставлено нулевое значение,Таким образом, устройство позволяет повысить точность измерения параметров быстропротекающих процессов за счет применения усреднения с колв чеством накоплений, обратно пропорциональным отношению сигнал/шум, Для больших значений информационно" го сигнала количество накоплений будет малым, Для малых мгновенных значений информационного сигнала отношение сигнал/шум будет мало, а усреднение будет производиться с существенно большим количеством накоплений. Таким образом, отношение сигнал/шум выходного сигнала будет значительно более равномерным по периоду сигнала по сравнению с входным сигналом.Формула изобретенияЦифровое измерительное стробоскопическое устройство, содержащее последовательно включенные синхронизатор, генератор пилообразного напряжения, первый компаратор, стробоскопический преобразователь, информационный вход которого является входом устройства и соединен с входом синхронизатора, а также счетщк,. Корректор Г.Решетник Редактор Е. Папп Заказ 6380/42 Тираж 72ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 71442 второй компаратор, вход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом. генератора ступенчатого напряжения, выход которого подключен к второму входу первого компаратора, источник опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу второго компара О тора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок постоянной памяти, аналоговый сумматор, блок выборки и хранения, регистр памяти, блок деления, выход которого является выходом устройства, а первый вход соединен с выходом аналогоцифрового преобразователя, вход блока постоянной памяти подключен к пер ному выходу счетчика, а выход соединен с третьим входом второго компаратора, первый вход аналогового сумматора подключен к выходу стробоскопи 921 8ческого преобразователя, а выход подключен к входу блока выборки и хранения, выход которого соединен с вторым входом аналогового сумматора иинформационным входом аналого-цифрового преобразователя, первый входрегистра памяти подключен к первомувыходу счетчика, а выход соединен свторым входом блока деления, причемвыход второго компаратора соединенс управляющим входом регистра памятии с входом элемента ИЛИ, второй входкоторого соединен с выходом переполнения счетчика, а выход подключен квходам установки в нулевое состояниеблока выборки и хранения и счетчика,второй вьгход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу "Готов" устройства, а его управляющийвход соединен с выходом элемента ИЛИ,выход первого компаратора соединен суправляющим входом узла выборки ихранения и входом счетчика,