Преобразователь время-амплитуда импульсов

(19 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕИНЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(46) 15.12.88. Бюл. В 46 (71) Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им. А.Н. Сенченко(56) Авторское свидетельство СССР В 869028, кл. Н 03 М 1/501980.Авторское свидетельство СССР У 1277398, кл. Н 03 М 1/54, 1984(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВРЕМЯ - АМПЛИТУДА ИМПУЛЬСОВ(57) Изобретение относится к информа" ционно-измерительной технике и моает быть использовано в экспериментальной ядерной физике, оптике, радиолокации лазерной дальнометрии при измерении временных интервалов с высокой точностью. Изобретение позволяет повыао 4 Н 03 М 1/50, Н 03 К 9 сить точность преобразования временных интервалов в амплитуду импульсов и расширить область применения путем возможности приема импульсов с различной формой фронта нарастания стоп- импульсов за счет того, что в устройство, содержащее три дискриминатора уровня, три преобразователя время - амплитуда, аналоговый сумматор, два элемента задеркки, введены трн элемен та задержки, два усилителя, два мультиплексора, источник опорного напряжения, элемент вычитания, компаратор, формирователь импульсов и триггер. Введениеэтих блоков позволило оценивать форму фронта стоповых сигналов и автоматически перестраивать параметры устройства таким образом, чтобы уменьшить дополнительную погрешность. измерений, обусловленную изменениями формы фронта, стоповых импульсов и ее отклонения от линейной. 2 ил.Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в экспериментальной ядерной физике, оптике, радиолокации, ,лазерной дальнометрии при измерении временных интервалов с высокой точностью.На фиг, 1 приведена структурная схема преобразователя время-амплитуда 10 импульсов; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы для стоповых импульсов с различной формой фронта нарастания.Преобразователь время - амплитуда 15 импульсов (фиг.1) содержит входные шины 1 и 2 Старт-импульса и Стоп-импульса, дискриминаторы 3,4 и 5 уровня, пять элементов 6-10 задержки, три йреобразователя 11-13 время - ампли туда, компаратор 14, элемент вычитания 15, источник 16 опорного напряжения,триггер 17, мультиплексоры 18 и 19, формирователь 20 импульсов, усилители 21 и 22, аналоговыйсумматор 23 и выходную шину 24.Устройство работает следующим образом,Входной стартовый импульс (фиг.2 а),задающий начало измеряемого интервала30времени, поступает на шину 1 и с неечерез элемент 10 задержки - на стартовый вход преобразователя 11 время -амплитуда, запуская в нем процесспреобразования (фиг.2 б). Входной стоповый сигнал (фиг,2 в) по шине 2 поступает на вхоц дискриминатора.4 уровняи через элемент 6 задержки, с временем задержки приблизительно равныммаксимально возможной длительности 40фронта нарастания стоповых импульсов,на входы дискриминаторов 3 и 5 уровня(фиг. 2 г) . Уровень запуска 01 дискриминатора 4 уровня определяет минимальную амплитуду стоповых импульсов, которые могут регистрироваться устройством. Уровни запуска 0 г и Б дискриминаторов 3 и 5 уровня устанавливаются, исходя из соотношения:50О,с П,си), П, = Ж + П,И 2.В момент превышения входным.стоповым импульсом уровня напряжения Пэ дискриминатор 4 уровня формирует стан. дартный импульс (Фиг,2 д)с длительностью несколько превышающий длительность фронта входного импульса. Этот импульс поступает через первый выход дискриминатора 4 уровня на стартовыйвход преобразователя 12 время - амплитуда и запускает его. Со второго выхода дискриминатора 4 уровня импульс.поступает на управляющий вход нормально заблокированного дискриминатора 3 уровня и разблокирует последний.Дискриминаторы 3 и 5 уровня запускаются в моменты превышения задержаннымэлементом 6 задержки стоповым сигналом пороговых напряжений Б, и Б(Фиг. 2 е,ж) и формируют стандартныестоповые сигналы для преобразователей11 и 12 время - амплитуда.Преобразователь 11 время - амплитуда является основным и осуществляетсобственно преобразование временныхинтервалов, заданных парой старт- истоп-импульсов в сигнал, пропорциональный амплитуде. Преобразователь12 время - амплитуда совместно с усилителями 21 и 22 обеспечивает формирование корректирующего сигнала(фиг,2 н), который складывается с выходным сигналом основного преобразователя 11 время-амплитуда в сумматоре23 (фиг.2 о) и компенсирует таким образом, погрешности измерения временных интервалов, возникающие в дискриминаторе 3 за счет Флуктуаций амплитуды, длительности и формы нарастания стоповых импульсов,Амплитуда корректирующего воздействия, формируемого на втором входеаналогового сумматора 23 (фиг.2 н), устанавливается различной для сигналов,фронт которых описывается функциямис положительной и отрицательной второй производной таким образом, чтобыдля обоих их типов без догголнительнойперестройки параметров схемы минимизировать связанные с изменениями входных стоповых импульсов разбросы амплитуды выходных сигналов сумматора, Сэтой целью используются два усилителя 21 и 22 с различающимися коэффициентами передачи, так, что величинысоотношений , где- отношение коэффициентов преобразования блока 11и блока 12 для заданных сигналов,имеют значения, близкие к оптимальным,Выбор величины , необходимой дляработы,с текущим стоповым импульсом,осуществляется при помощи мультиплексора 18,подключающего,в зависимостиот Формы фронта столового импульса,ко второму входу аналогового сумматораа 23 один из усилителей 21 или 22, 1444949Оценка формы фронта нарастания регистрируемого столового импульса производится при помощи блока, содержащего дискриминатор 5 уровня, преобразователь 13 время-амплитуда, коэффициент передачи которого вдвое превышает коэффициент передачи преобразователя 12 время-амплитуда,компаратор 14, элемент 15 вычитания и источник 16 опорного напряжения. Принцип работы этого блока основан на выделении и сравнении временных интервалов между моментами перехода стоповым импульсом трех равномерно размещенных поро говых напряжений.Очевидно, для случая линейно нарастающего фронта при выполнении ус-, ловия П-П,=П -П временной интервал с, между момейтами перехода сигналом уровней 0 и П равен половине временного ийтервала с 1 между моментами перехода сигналом уровней П, и Цз. Для сигналов, фронт нарастания которых описывается функцией с отрица тельной второй производной, 11 с 0,5 (211, с.,), а для сигналов противоположной кривизны с, с 0,5(21, с ). Очевидно также, что временной интервал о, можно выразить через временной ин) тервал дС,. между моментами запуска дискриминаторов 3 и 4 уровня (фиг.2 в.ж) следунящим образомл1 Щ= С - ЬЕоткудаг,. 119 Ац 2"ц = Ко - Пгде .К - коэффициент передачи преобра 2/зователя 12 время - амплитуда;- задержка сигналов в элементе1 ЕДб задержки;Ю - амплитуда, выходного сигналайпреобразователя 2 время -амплитуда, пропьрциональнаявременнбму интервалу Й .Формирование велччины Посуществляется при помощи элемента 15 вычитания, на суммирующий вход которой с источника 16 опорного напряжения подается опорный уровень К+ Ц а на вычитающийвход - выходной сигнал преобразователя 12 время - амплитуда. Пьедестал П устанавливается в процес 1се настройки устройства также образом чтобы выбрать оптимальную с точки зрения минимизации погрешности изме, рений промежуточную форму стоповых импульсов, на которой происходит переключение параметров канала компенсации погрешностей (величины).Выходной сигнал 01 (фиг.2 н) элемента 15 вычитания сравнивается в компараторе 14 с выходным сигналом . преобразователя 13 время-амплитуда (фиг.2 к), трансформирующего в амплитуду временной интервалсд, зафиксированный дискриминаторами 3 и 5 уровня. Преобразователь 13 время-амплитуда имеет коэффициент передачи в два раза превышающий значение К так, что приФрегистрации стоповых импульсов с фронтом, описываемым функцией с полосл жительной второй производной (Ы у 0)пвюф амплитуда его выходного сигнала П, превышает выходной уровень напряжения элемента 15 вычитания, и на выходе компаратора 14 формируется уровень логической единицы. При регистрадии стоповых импульсов с противоположной кривизной фронта Пс П и на выР 81ходе компаратора 14 появляется потенциал логического нуля. Полученная таким образом информация фиксируется в триггере 17 (фиг.2 л) импульсом дискриминатора 5 уровня (фиг.2 з), задержанным при помощи элемента 7 задержки на время переходных процессов в преобразователях 12 и 13 время - ам плитуда, элементе 15 вычитания, компараторе 14, и используется далее для управления мультиплексорами 18 и 19. При наличии единичного состояния триггера 17 мультиплексор 18 подключает ко второму входу сумматора 23 выход усилителя 21, который имеет. коэффициент передачи больший, чем усилитель 22 и соответствующий оптимальному значениюдля сигналов с фронтом, описывающимся функцией с положительной второй производной.Если триггер 17 выходным сигналом элемента 7 задержки устанавливается в нулевое состояние, то ко второму входу сумматора 23 подключается выход уси,%; лителя 22 с меньшим значением коэффициента передачи, соответствующим оптимальному значениюдля сигналов с противоположной кривизной фронта. Стробируется мультицпексор 18 выходным сигналом элемента 7 задержки, сформированным формирователем 20 импульсов, таким образом, чтобы его, длительность соответствовала длительностям полок выходных сигналов преоб5 144 разователей 11 и 12 время - амплитуда (фиг,2 м),Триггер 17 управляет также мультиплексором 19 импульсов, который совместно с элементом 9 задержки используется для коррекции пьедестала, возникающего в выходном сигнале устройства при переключении параметров канала компенсации погрешности 1 (изменении). При переходе от сигналов с положительной второй произ" водной функций фронта нарастания к сигналам, фронты нарастания которых описываются функцией с отрицательной второй производной, амплитуда выходного сигнала устройства уменьшается. Поэтому при регистрации стопового импульса второго вида выходной импульс дискриминатора 3 дополнительно задерживается при помощи элемента 8 задержки, подключаемого через мультиплексор 19 к стоповому входу преобразователя 11 время - амплитуда. Величина этой задержки выбираемой равной ЬБ/К,где К, - коэффициент передачи преобразователя 11 время - ампли"туда;П - изменение среднего уровнявыходного сигнала устройства при переходе от однойформы стоповых импульсов кдругой.Включенный на втором выходе дискриминатора 3 элемент 9 задержки слу-жит для компенсации времени подготовки сигнала управления мультиплексором 19 в элементах 5,7,17. Элемент 10 задержки, в свою очередь, компенсирует пьедестал в амдлитуде выходного сигна. ла устройства, возникающий Из-за элементов 9 и 6 задержки.Формула изобретения Преобразователь время - амплитуда импульсов, содержащий первый, второй и третий дискриминаторы уровня, первый, второй и третий преобразователи время - амплитуда, первый и второй элементы задержки и аналоговый сумматор, выход которого является выходной шиной, а первый вход подключен к выходу первого преобразователя время амплитуда, первый вход первого дискриминатора уровня объедйнен с входом второго дискриминатора уровня и через первый элемент задержки подключен к входной стоп-шине, первый выход пер 4949 6Ювого дискриминатора уровня подключенк первому входу второго преобразователя время - амплитуда, второй входкоторого объединен с входом второго .элемента задержки и подключен к выходу второго дискриминатора уровня,первый вход третьего преобразователявремя - амплитуда соединен с первымвыходом третьего дискриминатора уровня, о т л и ч а ю щ и,й с я тем,что, с целью повышения точности преобразования и.расширения области применения за счет воэможности приема им пульсов с различной формой фронта нарастания стоп-импульсов, введены первый и второй усилители, первый и второй мультиплексоры, компаратор, триггер, формирователь импульсов, третий, 2 О четвертый и пятый элементы задержки,источник опорного напряжения и элемент вычитания, первый вход которогоподкпочен к выходу источника опорногонапряжения, второй вход подключен к 25 выходу третьего преобразователя время - амплитуда, а выход - к первомувходу компаратора, второй вход которого подключен к выходу второго преобразователя время - амплитуда, а вы- ЗОход - к информационному входу триггера, тактовый вход которого объединенс входом формирователя импульсов иподключен к выходу второго элементазадержки, выход формирователя подклюЧен к стробирующему входу первогомультиплексора, к первому и второмуинформационным входам которого подключены соответственно выходы первогои второго усилителей, входы которых 40 объединены и подключены к выходу третьего преобразователя время - амплитуда, второй вход которого соединенс первым выходом первого дискриминаторауровня, второй вход которого 45 соединен с вторым выходом третьегодискриминатора уровня, вход которогоявляется шиной стоп-импульса, а второй выход первого дискриминатора уровня через третий и четвертый последо О вательно соединенные элементы задержки подключен к первому информационному входу второго мультиплексора, к,второму информационному входу которого подключен выход третьего элемента задержки, управляющие входы первого и второго мультиплексоров объединены и подключены к выходу триггера,выход первого мультиплексора соединен с вторым входом аналогового сум1444949 матора, а выход второго мультиплексора подключен к первому входу первого преобразователя время - амплие оставитель В. Геинрихсехред Л,Сердюкова Корректор Л. Пилипенк Редакто ляник 929венного хамитеетений и. откры5, Раушская на Заказ 6515 57 ПодписноеСССР 4/ 303 иэводственно-полиграфическо ктн Тираж ИИПИ Государс по делам иэоб 5, Москва, Ж туда, второй вход которого через пятый элемент задержки подключен квходной шине старт-импульса. едприятие, г. Ужгород, ул