Двухтактный измеритель энергии одиночных импульсов

)9) ( 11/00 5)5 6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ обьедиК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Пензенское производственное нение "Завод им. Фрунзе". (56) 1, Авторское свидетельство СССР М 1422171, кл, 6 01 й 21/00, 1987.2. Авторское свидетельство СССР М 4443326, кл. 6 01 й 21/00, 1988;3. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. - М Мир, 1982, с. 462,4, Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Учебное пособие для вузов - М.: Высшая школа, 1982, с. 332-333.) ДВУХТАКТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭНЕРИ ОДИНОЧНЫХ ИМПУЛЬСОВ(57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в радиопромышленности, Цель изобретения - повышение статической точности, Для этого в измеритель введены источник 6 опорного напряжения, второй компаратор 8, генератор 10 импульсов, третий ключ 11, цифровой счетчик 12 с соответствующими связями. Измеритель также содержит входную цепь 1, первый ключ 2, квадратор 3, интегратор 4, первый компаратор 5, второй ключ 7, триггер 9 и блок 13 регистрации. Измеритель энергии работает по принципу двухтактного интегрирования, В первом такте производится интегрирование квадратичной функции одиночного импульса за время, равное его длительности; во втором такте - интегрирование инвертированного значения квадрата опорного напряжения до момента равенства выходного напряжения интегратора 4 нулю. 3 ил.Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано, например, в радиопромышленности для измерения энергии одиночн ых импул ьсов. Известен джоульметр, содержащий входную цепь, термопреобразователь, усилитель постоянного тока, детектор, отсчетный блок, формирователь импульсов запуска, блок установки в исходное состояние, логический элемент ИЛИ, одновибратор, аналоговый ключ,. квадратор, интегратор, компаратор, триггер и реле, Принцип работы джоульметра основан на двойном преобразовании электрической энергии импульса в тепловую энергию, выделенную на подогревателе, которая затем преобразуется в термо-ЭДС термопары 1).Недостатком джоульметра является низкая точность измерений, так как термопреобразователь подвержен влиянию температуры окружающей среды,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство измерения энергии одиночного импульса, содержащее, входную цепь, квадратор, первый и второй ключи, интегратор, масштабный усилитель, блок управления, в который входят компаратор, инвертор, первый и второй триггеры и устройство неравнозначности, а также блок измерения и индикации, состоящий из аналого-цифрового. преобразователя и блока регистрации, Устройство работает по принципу интегрирования квадратичной функции от входного одиночного импульса за время, равное его длительности 21.В известном устройстве основными ис. точниками мультипликативной погрешности являются интегратор и квадратор. В случае использования, например, интегратора на прецизионном Оу статическая относительная мультипликативная погрешность, обусловленная конечным значением коэффициента усиления ОУ, неточностью элементов операционной системы (погрешности резистора и конденсатора), а также временной и температурной нестабильностью элементов интегратора резистора и конденсатора),. для наиболее худшего случая, когда предел измерения входного сигнала минимален, а длительность входного импульса максимальна, составляет порядка 0,90 Погрешность квадратора, собранного на аналоговом перемножителе, 0,1. Остальные блоки, входящие в измеритель, имеют погрешность около 0,014, Следовательно, известное устройство имеет низкую точность, Кроме того, его схема сложна, так как содержит отдельный аналого-цифровойпреобразователь.Целью изобретения является повышение статической точности и упрощение уст 5 ройства,Поставленная цель достигается тем, чтов двухтактном измерителе энергии одиночных импульсов, содеожащем входную цепь,квадратор, интегратор, первый и второй10 ключи, источник опорного напряжения, первый и второй компараторы, триггер, генератор импульсов, третий ключ, цифровойсчетчик и блок регистрации, инверсный выход первого компаратора соединен с вто 15 рым входом триггера, а прямой его выход -с входом "Сброс" цифрового счетчика и свторым входом первого ключа.На фиг. 1 представлена структурная схема двухтактного измерителя энергии оди 20 ночных импульсов; на фиг. 2 - временныедиаграммы ег, работы; на фиг, 3 - характеристика работы двухтактного измерителяэнергии одиночных импульсов.Двухтактный измеритель энергии оди 25 ночных импульсов содержит входную цепь1, первый ключ 2, квадратор 3, интегратор 4,первый компаратор 5, источник б опорногонапряжения, второй ключ 7, второй компаратор 8, триггер 9, генератор 10 импульсов,30 треий ключ 11, цифровой счетчик 12 и блок13 регистрации.Рассмотрим статическое состояние отдел ьн ых блоков.В исходном состоянии первый ключ 235 разомкнут, интегратор 4 сброшен, т,е. напряжение на его выходе равно нулю. Триггер 9 сброшен, его неинвертирующий выходнаходится в состоянии "О", При этом второй7 и третий 11 ключи находятся в разомкну 40 том состоянии, Цифровой счетчик 12 и блок13 регистрации фиксируют нулевые значения энергии. На прямых выходах первого 5и второго 8 компараторов - сигнал "О", Наинверсном выходе первого компаратора 5 -45 сигнал "О", так как. этот компаратор выдаетположительные импульсы установки триггера 9 в "1" только в момент перехода первогокомпаратора 5 из состояния "1" в нулевое,т.е. в. момент окончания измеряемого им-,50 пульса. Для этой цели первый компаратор 5с потенциальными выходами на инверсномвыходе должен иметь дифференцирующуюцепь,Двухтакгный измеритель энергии оди 55 ночных импульсов работает следующим образом.Одиночный импульс на входной цепи 1поступает одновременно на входы разомкнутого первого ключа 2 и первого компаратора 5. С приходом одиночного импульсапервый компаратор Ь формирует на своемвыходе прямоугольный импульс, длительность которого равна длительности входного импульса. Передним фронтом импульса свыхода первого компаратора 5 замыкается первый ключ 2, через который проходит измеряемый импульс на вход квадратора 3, Одновременно сбрасывается цифровойсчетчик 12. Импульс, преобразовавшийся вквадраторе 3 в импульс с квадратичной функцией по отношению к исходной его форме, поступает на вход интегратора 4.Начинается первый такт работы двухтактного измерителя энергии одиночныхимпульсов, в котором производится интегрирование квадратичной функции одиночного импульса за время, равное его длительности, В момент окончания воздействия одиночного импульса во входной цепи 1 первый компаратор 5 задним фронтом своего выходного импульса размыкает первый ключ 2 и перебрасывает триггер 9, который сигналом логической "1" со своего выхода замыкает второй 7 и третий 11 клю чи.Начинается второй такт работы двухтактного измерителя энергии одиночных импульсов, в котором на вход квадратора 3 через открытый второй ключ 7 поступает опорное напряжение О с источника б опорного напряжения. В этом такте интегратор интегрирует инвертированное значение квадрата опорного напряжения до момента равенства выходного напряжения интегра-.тора 4 нулю. В течение этого времени цифровой счетчик 12 производит подсчет числа импульсов, поступающих на его вход с генератора 10 импульсов через открытый третий ключ 11, и производится регистрация измеренного значения энергии в блоке 13 регистрации,В момент равенства нулю выходногонапряжения интегратора 4 срабатывает второй компаратор 8, перебрасывающийтриггер 9 в исходное состояние, После этого сигналом логического "0" с выхода триггера 9 размыкаются второй 7 и третий 11 ключи,Таким образом, устройство подготовлено к приходу следующего одиночного импульса и очередному измерению его энергии,Энергия одиночного импульса, полученного, например, разрядом заряженного конденсатора на сопротивлении вовходной цепи 1, пропорциональна площади кривой мощности и определяется выраже- нием10 15 20 25 30 35 40 45 50 где В - сопротивлениена рузки конденсатора;Овх - мгновенное значение входного напряжения;5 т - постоянная времени, определяемаясопротивлением В и емкостью С входнойцепи,Через время, равное 10 т, практическипроизойдет полный разряд конденсатора,Реально интервал интегрирования зависитот длительности измеряемых импульсов.Для двухтактового измерителя энергииодиночных импульсов имеет место следующее соотношение для выходного напряжения интегратора О 1 при интегрировании впервом такте (фиг, 3):ОВх,ср 1 и р)где Овх.ср - усредненное значение входногонапряжения эа время длительности импульса;С 1 и - ВРЕМЯ ИНтЕГРИРОВаНИЯ В ПЕРВОМтакте, равное длительности входного одиночного импульса;й - сопротивление нагрузки во входнойцепи.При интегрировании во втором тактеинвертированного значения квадрата опорного напряженияО 1=ОО ги,где Оо - опорное напряжение;12 и - время интегрирования во второмтакте.Сравнивая правые части полученныхвыражений (2) и 3), получают интервал времени интегрирования во втором такте 12 и,несущий информацию об энергии измеряемого одиночного импульса;2 и = -О(4)ЙОЧисло импульсов, подсчитанное цифровым счетчиком 12 за время второго тактаинтегрирования, может быть определено поформулеКх =1 т 2 и, (5)где 1 - частота генератора 10 импульсов.Отсюдавх.срОах.су1 иС 1 и -ОоЙгде К - коэффициент пропорциональности,т,е. число импульсов, подсчитанное цифровым счетчиком 12, пропорционально энергии одиночного импульса,Конструктивно блоки предлагаемого устройства могут быть выполнены на известной элементной базе,В качестве квадратора 3 можно импользовать аналоговый перемножитель 525 ПС 3,первый 2, второй 7 и третий 11 ключи могутбыть выполнены на микросхеме серии К 590 КН, интегратор 4 - на прецизионном ОУ К 140 УД 17. Компараторы 5 и 8 могут быть реализованы на микросхеме К 554 САЗ, В качестве генератора 10 импульсов можно при менить кварцевый генератор.Следовательно, по сравнению с известным предлагаемое устройство проще, так как не содержит отдельного аналого-цифрового преобразователя, а остальные узлы не 10 сложны.Кроме того, предлагаемое устройство при одинаковых с известным точностных характеристиках отдельных узлов - квадрато. ра, интегратора - позволяет получить более 15 высокую точность, так как в известном устройстве общая погрешность определяется суммой погрешностей отдельных узлов, а в предлагаемом устройстве погрешности интегратора и квадратора компенсированы. 20 Это обеспечивается за счет того, что в первом такте интегрирования суммарная мультипликативная погрешность этих узлов входит с одним знаком, а во втором такте - с обратным знаком, Суммарная статическая 25 мультипликативная погрешность интегратора.и квадратора в предложенном измерителе энергии может быть снижена на порядок и составит не более 0;1 , Кроме того, вместо аналого-.цифрового преобразо вателя, имеющего погрешность, например, для К 572 ПВ 2 порядка 0,01 ь, в предлагаемом устройстве используется цифровое устройство, позволяющее получить более высокую точность. Формула изобретения Двухтактный измеритель энергии одиночных импульсов, содержащий квадратор, интегратор, первый и второй ключи, триггер, блок регистрации и последовательно включенные входную цепь и первый компаратор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения статической точности, в него введены источник опорного напряжения, второй компаратор, последовательно соединенные генератор импульсов, третий ключ и цифровой счетчик, выход которого соединен с входом блока регистрации, причем входная цепь выходом соединена с входом первого ключа, выход .которого соединен с последовательно включенными квадратором, интегратором, вторым компаратором, выход которого соединен с первым входом триггера, входы управления второго и третьего ключей соединены с вы-. ходом триггера, прямой выход первого компаратора - с входом управления первого ключа и входом сброса цифрового счетчика, а инверсный выход первого компаратора - с вторым входом триггера, второй ключ соединен входом с источником опорного напряжения, а выходом - с входом квадратора,.о Ьюу 7о Подлисноеомитета по изобретениям и открытиямосква, Ж, Раушская наб., 4/5