Стробоскопический осциллограф

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик пц 873133(51) М. Кл.з О 01 а 1 З/гО с присоединением заявки Ио -Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛОГРАФ Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано в автоматических измерителях наносекундных временных интервалов.5Известен стробоскопический осциллограф, содержащий два смесителя, фильтр нижних частот, преобразователь частоты в напряжение, сумматор, управляемый напряжением генератор и формирователь стробимпульсов 13.Недостатком этого устройства явля-. ется то, что он не обеспечивает постоянства длительности измеряемого временного интервала, исследования 15 сигналов любой формы и измерения временных интервалов при неизвестной частоте повторения входного сигнала.Наиболее близким к данному изобретению по технической сущностй явля-ется стробоскопический осциллограф, содержащий два стробоскопических смесителя, первые входы которых соединены с шинами исследуемых сигналов, вторые входы - с выходом генератора стробимпульсов, а выходы - с входами усилителей, выходы которых подключены ко второму и третьему входам электронно-лучевой трубки, первый входкоторой связан с выходом генератора ЗО развертки, входом соединенного с выходом блока выделения разностной частоты и третьим входом блока цифрового отсчета, первый вход которого подключен к первому входу блока выделения разностной частоты, первому входупервого коммутатора и выходу второгоуправляемого напряжением генератора,второй вход - к третьему входу первого коммутатора и выходу блока управления, первый вход которого связан свторым входом второго триггера и первым выходОм второго нормализаторадлительности, а третий вход - с первым выходом первого нормалиэатора длительности, второй выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход - с выходом второгоусилителя и первым входом второго нормализатора длительности, первый входс выходом первого усилителя, вторымвходом второго нормалиэатора длительности, первым входом второго триггераи первым входом первого триггера, выход которого подключен к первому входу блока совпадений, выходом связанного со вторым входом второго триг-гера, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения, выходом подключенного ко второмутриггера и первым выходом второго нормализатора длительности, второй входсо вторым выходом второго нормализатора длительности, а третий вход - спервым выходом первого нормализаторадлительности, второй выход которогосоединен с первым входом первого сумматора, второй вход - с третьим выходом второго усилителя и первым входом второго нормализатора длительности, первый вход - с выходом первогоусилителя, вторым входом второго нормализатора длительности, первым вхо 50 дом второго триггера и первым входомпервого триггера, выход которого.подключен к первому входу блока совпаденийу выходом связанного со вторымвходом второго триггера, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения, выходом подключенного ко второму входу первого 60 сумматора и первому входу второго сумматора, выход которого связан с первым входом второго управляемого напряжением генератора, а второй вход - с третьим выходом второго нормализатовходу первого сумматора и первому входу второго сумматора, выход которого связан с первым входом второго управляемого напряжением генератора, а второй вход - с третьим выходом второго нормалиэатора длительности и вторым входом второго управляемого напряжением генератора, причем выход первого сумматора соединен с входом первого управляемого напряжением генератора, выход управляемого фазовращателя - со вторым входом блока выделения разностной частоты, а вход формирователя стробимпульсов - с выходом первого коммутатора 2 .Недостатком этого устройства является большое время измерения, обус ловленное большим временем поиска синхронизацииЦель изобретения - сокращение времени измерения.Для этой цели стробоскопический 20 осциллограф, содержащий два стробоскопических смесителя, первые входы которых соединены с шинами исследуемых сигналов, вторые входы - с выходом генератора стробимпульсов, а выходы - с входами усилителей, выходы которых подключены ко второму и третьему входам электронно-лучевой трубки, первый вход которой связан с выходом генератора развертки, входом соединен-ЗО ного с выходом блока выделения разностной частоты и третьим входом блока цифрового отсчета, первый вход которого подключен к первому входу блока выделения раэностной частоты, первому входу первого коммутатора и выходу второго управляемого напряжением генератора, а второй вход - к третье.му входу первого коммутатора, и выходу блока управления, первый вход которого связан с вторым входом второго 40 ра длительности и вторым входом второго управляемого напряжением генератора, причем выход первого сумматора соединен с входом первого управляемо-, го напряжением генератора, выход управляемого фазовращателя - со .вторым входом блока вццеления раэностной частоты, а вход формирователя строб- импульсов - с выходом первого коммутатора, снабжен делителем частоты следования импульсов и вторым коммутатором, первый вход которого подключен к выходу делителя частоты и входу управляемого фазовращателя, второй вход - ко входу делителя частоты и выходу первого управляемого напряжением генератора, третий вход - к выходу второго триггера, а выход - ко второму входу первого коммутатора, причем выход блока выделения разностной частоты связан со вторыми входами первого триггера и блока совпадений.На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства.Устройство состоит из двуМ стробоскопических смесителей 1 и 2, усилителей 3 и 4, блока 5 выделения раэностной частоты, триггера б, блока 7 совпадения, триггера 8, генератора 9 пилообразного напряжения, второго коммутатора 10, первого сумматора 11 первого управляемого напряжением генератора 12, первого коммутатора 13, формирователя 14 стробимпульсов, первого и второго нормализаторов 15 и 16 длительности, делителя 17 частоты, блока 18 управления, второго сумматора 19, второго управляемого напряжением генератора 20, блока 21 цифрового отсчета, управляемого фазовращателя 22, генератора 23 развертки, электроннолучевой трубки (ЭЛТ) 24. Устройство работает следующим образом.При отсутствии входного сигнала на входе стробоскопического смесителя 1 на выходе усилителя 3 также отсутствует сигнал, Импульс блока 5 выделения разностной частоты опрокидывает первый триггер б, который открывает блок совпадения 7. Следующий импульс блока 5 выделения разностной частоты, пройдя блок совпадения 7, переключает второй триггер 8, включающий генератор 9 пилообразного напряжения и коммутатор 10, В усилителе 3 устанавливается большой коэффициент усиления. С этого момента начинается поиск синхронизации.Генерируемое генератором 9 пилообразное напряжение подается через сумматор 11 на вход первоГо управляемого напряжением генератора 12, в результате чего частота этого генератора постепенно увеличивается от Гн до ГВ, где Н и ГВ - нижняя и верхняя частота генератора 12 соответсвенно.При установлении временного масштаба преобразованного измеряемого интервала, равного опорной длительг ности Т, импульс нормализатора 15 длительности включает блок 18 управления, а последний переключает коммутатор 13, при этом формирователь 14стробимпульсов запускается от второго управляемого напряжением генератора 20, частота которого управляется напряжением сумматора 19. Напряжениена выходе сумматора 19 равно сумме 55 Выходной сигнал генератора 12 через включенные коммутаторы 10 и 13 посту-. пают на вход Формирователя 14 строб- импульсов. Частота следования строб- импульсов изменяется от 1 до 5 ,Прй подборе величин ЕВ и Г, отличающихся на октаву, синхронизация обеспечивается для всех частот повторения сигнала. Изменение частоты стробимпульсов продолжается до тех пор, пока на выходе отсутствует сигнал. рЕсли частота повторения входногосигнала ниже частоты повторения стробимпульсов, то временной масштаб входного сигнала преобразуется в режиме частотных выборок, при этом частота повторения преобразованного сигнала увеличивается, а его амплитуда уменьшается.После поступления сигнала на вход стробоскопического смесителя 1 изменение частоты следования стробимпуль сов продолжается до появления сигнала на выходе усилителя 3. Выходной преобразованный сигнал усилителя 3 фронтом запускает .нормалиэаторы 15 и 16 длительности и переключает тркгге ры 6 и 8, тем самым выключая генератор 9 пилообразного напряжения и коммутатор 10. В усилителе 3 устанавливается меньший коэффициент усиления.Нормализаторы 15 и 16 длительности состоят иэ последовательно соединенных между собой компараторов длительности и преобразователей "длительность-напряжение". Длительности им- пульсов на выходах компараторов, рав- З ные длительности преобразованных измеряемых временных интервалов (фронта, длительности импульса, интерваламежду двумя сигналами и т;д. ), преобразуются в напряжение, Выходное напряжение нормализатора 15 проходит 1 О через сумматор 11 и изменяет частоту генератора 12 таким образом, что преобразованный временной интервал становится равный опорной длительности Т . При выключенном коммутаторе 45, 10 частота сигнала генератора 12 делится в делителе 17 в п раз. Пройдя коммутаторы 10 и 13, сигнал поступает на формирователь стробимпульсов 14, Этим выключается режим частотных 5 р выборок и включается обычный режим последовательного преобразования временного масштаба. напряжений генератора 9 пилоОбразного напряжения и нормализатора 16 длительности. Добавление выходного напряжения генератора 9 пилообразного напряжения позволяет быстрее достичь опорной длительности Т. Нормалиэатор 15 йроводит длительность к заданной величине, когда измеряемый интервал больше или меньше опорной длительности Т 4 . Нормалиэатор 16 производит нормализацию в том случае, если преобразованный измеряемый интервал короче опорной длительности Т. Если преобразованный измеряемый интервал длиннее опорной длительности Т, то напряжение управления сбрасывается, на триггер 8 и блок 18 управления подается импульс сброса, блок 18 управления переключает коммутатор 13 в начальное положение, сбрасывает показания блока 21 цифрового отсчета, и вновь начинается поиск синхронизации и нормализация длительности, Это, продолжается до тех пор, пока измеряемый временной интервал при включении нормализатора 16 длительности не станет короче второй опорной дли- тельности Т, при этом обеспечивается условие 1 ,. /вГ ст, где щ = 1, 2,3 В. При установке длительности измеряемого временного интервала, равного .Т, нормализатор 16 вырабатывает импульс, запускающий блок 21 цифрового отсчета, а также реле времени в блоке 18 управления, которое после определенного времени сбрасывает показания блока 21 цифрового отсчета и переключает коммутатор 13 в начальное положение, при этом цикл измерения повторяется. Выходной сигнал делителя 17 частоты через управляемый фазовращатель 22 поступает на блок 5 выделения раэностыой частоты, а сигнал второго управляемого напряжением генератора 20 - на входы блока 5 выделения разностной частоты и блока 21 цифрового отсчета. Частота повторения сигнала на выходе блока 5 выделения раэностной частоты равна разности частот управляемого нап-. ряжением генератора 20 и делителя 17 частоты. Эта разность равна периоду повторения преобразованного исследуемого сигнала. Поэтому, если в течение двух периодов его повторения навыходе усилителя 3 сигнал отсутствует,включается режим поиска синхронизации, что позволяет увеличить производительность измерения. Кроме того, сигнал блока 5 выделения разностной частоты запускает генератор 23 развертки и поступает на вход блока 21 цифрового отсчета, при выборе Т 4 =2 Т подсчитывается количество периодов частоты сигнала управляемого генератора 20, укладывающихся в период разностной частоты. Измеряемый временной7 8т,ринтервал равен 1 = , гдестртГ - разностная частота генератора 20Ри делителя частоты 17;У р, -частота генератора 20.стрПилообразное напряжение генератора 23 развертки подается на "Х" пластины ЭЛТ 24, на "У" пластины которойпоступают выходные сигналы усилителей 3 и 4, При измерении временногоинтервала между двумя сигналами второй сигнал подается на смеситель 2,на который также подаются стробимпульсы из формирователя 14 стробимпульсов, усиленный в усилителе 4 сигнал подается также на нормалиэаторыпри установке переключателя в нормализаторах длительности положенияафронт" и "Спад" и др. При помощиуправляемого фаэовращателя 22 изменяется фаза одного из сигналов, поступающих на блок 5 выделения разностной частоты, в результате чего регулируется задержка включения генератора 23 развертки, Это позволяетпросматривать на экране ЗЛТ 24 участок исследуемых сигналов, интересующий оператора,Использование режима частотныхвыборок при поиске синхронизации позволяет сократить время поиска синхронизации н 1000 раэ, Дополнительноесокращение времени измерения обусловлено тем, что режим поиска нключаетпосле изменения частоты входногосигнала не позже, чем через два периода преобразованного исследуемогосигнала.формула изобретенияСтробоскойический осциллограф, содержащий два стробоскопическкх смесителя, первые входы которых соединены с шинами исследуемых сигналов, вторые входы - с выходом генератора стробимпульсов, а выходы - с входами усилителей, выходы которых подключены ко второму и третьему входам электронно-лучевой трубки, первый вход которой связан с выходом генератора развертки, входом соединенного с выходом блока выделения ревностной частоты и третьим входом блока цифрового отсчета, первый вход кото- рога подключен к первому входу блока выделения разностной частоты, перво-. му ходу первого коммутатора и. выходу Второго управляемого напряжением генератора, а второй вход - к третье 73133 му входу первого коммутатора и выходу блока управления, первый вход которого связан со вторым входом второго триггера и первым выходом второго нормализатора длительности, второй вход - со вторым выходом второго нормализатора длительности, а третийвход - с первым выходом первого нормалиэатора длительности, второй вы-, ход .которого соединен с первым входом первого сумматора, второй входс третьим выходом второго усилителя и первым входом второго нормализатора длительности, первый вход - с выходом первого усилителя, вторым вхо. - дом второго нормалиэатора длительнос ти, первым входом второго триггераи первым входом первого триггера, выход которого подключен к первому входу блока совпадений, выходом связанного со нторым входом второго тригге ра, выход которого соединен с входомгенератора пилообразного напряжения, выходом подключенного ко второму входу первого сумматора и первому входу второго сумматора, выход которого 25 связан с первым входом второго управляемого напряжением генератора, а второй вход - с третьим выходом второгонормализатора длительности и вторымвходом второго управляемого напряжением генератора, йричем ныход первого сумматора соединен с входом первого управляемого напряжением генератора, выход управляемого фазонращателя - со вторым входом блока выделенияраэностной частоты, а вход формирователя стробимпульсов - с выходомпервого коммутатора, о т л и ч а ю -щ и й с я тем; что, с целью сокращения времени измерения, он снабженделителем частоты следования импуль 4 О сов и вторым коммутатором, первыйвход которого подключен к выходу делителя частоты и входу управляемогофаэовращателя, второй вход - ко входу делителя частоты и выходу первого4 управляемого напряжением генератора,третий вход - к выходу второго триггера, а выход - ко второму входу первого коммутатора, причем выход блокавыделения раэностной частоты связансо вторыми входами первого триггераи блока совпадений.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США 9 3416087,кл. 328-151, 1968.2. Авторское свидетельство СССРР 521521, кл. 6 01 В 13/20, 1974Подписноеомитета ССС"открытийушская наб., д. 4/5 5/70 Тираж 735ВНИИПИ Государственногопо делам нэобретений113035, Москва, Ж, Ра аз олиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектнаи, 4