Устройство подавления нестабильностей стробоскопического регистратора

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 09) (11) 8130 С 01 К 13/90 ПИСА БРЕТЕНИЯ ВТОРСК ВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт фила АН СССР(56) Дудоров В.Н., Логунов М.ВРандоткин В.В., Червенков В.Д. Устройство подавления помех, дрейфашума для магнитооптической устанПТЭ, 1985, В 1, с. 146-148,Даргис 10.А., Кундротас И.Л. Приставка к стробоскопическому осциллграфу для подавления дрейфа и шума, - ПТЭ,. 1980, У. 4, с. 124-126. юл, .У 17зики твердого теиовки; ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к электро"измерительной технике .и может бытьиспользовано в стробоскопическихустановках при наблюдении периодических сигналов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностейпри одновременном повышении точности. Через блок 22 коммутации напря"жения развертки на вход внешнейразвертки стробоскопического осциллографа 6 поступает последовательность двух опорных напряжений по пынам 30, 31 и выходного сигнала от ТВО ПОДАВЛЕНИЯ НЕСТАТРОБОСКОПИЧЕСКОГО РЕ1478130 генератора 8 пилообразного напряжения, что позволяет в трех блоках 9,10 и 11 последовательно осуществитьзапоминание периодического сигналав трех точках, с помощью блоков вычитания 15, 16 и блока 17 деленияосуществить не только коррекцию аддитивной, но и мультипликативнойпогрешностей измерений. Причем коррекция осуществляется для периодического сигнала произвольной формыкаждый момент времени для периода Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может бытьиспользовано в стробоскопических установках при наблюдении периодических сигналов,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей при одновременном повышении точности.На чертеже представлена блок-схема устройства подавления нестабильности стробоскопического регистратора.На схеме показаны генератор 1 сигналовисточник 2 зондирующего сигнала, исследуемая система 3, приемник4 зондирующего сигнала, блок 5 синхронизации, стробоскопический ос-.циллограф 6, двухкоординатный само-писец 7, генератор 8 пилообразногонапряжения с регулируемой скоростьюнарастания, первый 9, второй 10 итретий 11 блоки выборки и хранения,первый 12, второй 13 и третий 14фильтры нижних частот, первый 15 ивторой 16 блоки вычитания, блок 17деления, кольцевой регистр 18, первый 19, второй 20 и третий 21 формирователи импульсов, блок 22 коммутации напряжения развертки, состоящий из сумматора 23 и ключей24"26. Кроме того, на схеме показа"ны клеммы 27-29 и шины 30 и 31 нормированного и опорного потенциометров соответственно,При этом вход блока 5 синхронизации соединен с выходом генератора 1сигналов и с клеммой 28, а его выход - с входом синхронизации стробопреобразования. Кроме того, на чертеже показаны генератор 1 сигналов,источник 2 зондирующего сигнала,исследуемая система 3, приемник 4зондирующего сигнала, блок 5 синхронизации, двухкоординатный самописец 7, фильтры 12, 13 и 14 нижнихчастот, кольцевой регистр 18, формирователи 19, 20 и 21 импульсов, сумматор 23, ключи 24, 25 и 26 клеммы27, 28 и 29, 1 з.п.ф-лы, 1 ил. скопического осциллографа 6, сигнальный вход которого соединен с выходомприемника 4 зондирующего сигнала,вход горизонтального отклонения 5 двухкоординатного самописца 7 соединен с выходом генератора 8 пилообразного напряжения, входы блоков 911 выборки и хранения соединены свыходом усилителя вертикального от клонения стробоскопического осциллографа 6, а их выходы соответственно через фильтры 12-14 нижнихчастот соединены с входами блоков15 и 16 вычитания, причем выход 15 фильтра 13 нижних частот соединены свходами блоков 15 и 16 вычитания, авыходы фильтров 12 и 14 нижних частот соответственно соединены с первым и вторым входами блоков 15 и 16вычитания, выходы которых соединеныс входами блока 17 деления, а еговыход соединен с входом вертикального отклонения двухкоординатного 25самописца 7. Вход кольцевого регистра 18 соединен с выходом блока 5 синхронизации и с входом синхронизациистробоскопического осциллографа 6,а его три выхода соответственно через формирователи 19, 20 и 21 импульсов - с управляющими входамиблоков 11, 10 и 9 выборки и храненияБлок 22 коммутации напряжения. развертки соединен выходом, которымявляется выход сумматора 23, с вхо дом внешней развертки стробоскопического осциллографа 6, управляемые ключи 24-26 соединены выходами с входами сумматора 23, а их входы соответ 14 78130ственно являются третьим, вторым ипервым входами блока 22 коммутациинапряжения развертки. Клемма 27 соединена с выходом источника 2 зондирующего сигнала, клемма 29 соединенас входом приемника 4 зондирующегосигнала, первый вход блока 22 коммутации напряжения развертки соединенс выходом генератора 8 пилообразного напряжения с регулируемой скоростью нарастания и с входом усилителя горизонтального отклонениядвухкоординатного самописца 7, третий вход - с шиной 30, на которуюподан. вспомогательный нормированныйпотенциал Бвторой вход - с шиной 31, на которую подан вспомогательный опорный потенциал П . Упра яющ е входы пючей 26, 25 и 24 20являются четвертым, пятым и шестымвходами блока 22 коммутации напряжения развертки и соответственно соединены с первым выходом кольцевогорегистра 18 и с входом третьего формирователя 21 импульсов,с вторым выходом кольцевого регистра 18 и свходом второго формирователя 20 импульсон, с третьим выходом кольцевого регистра 18 и с входом первогоформирователя 19 импульсов.1Устройство работает следующим образом,Напряжение возбуждения Ботгенератора 1 сигналов с периодомпоступает на блок 5 синхронизации иисследуемую систему 3, на которуюодновременно воздействует и источник2 зондирующего сигнала. В результатесигнал, появляющийся на клемме 29,регистрируетсяприемником 4 зондирующего сигнала и с его выхода поступает на сигнальный вход стробоскопического осциллографа 6. На входсинхронизации осциллографа 6 и навход кольцевого регистра 18 поступают импульсы с блока 5 синхронизации,амплитуда и длительность которых независит от формы и амплитуды выходного напряжения генератора 1 сигналов. Каждый синхроимпульс с выходаблока 5 синхронизации запускаетстробоскопический осциллограф 6 икольцевой регистр 18 с частотой сигнала возбуждения Г = 1 Й. При этомпри поступлении первого импульсасинхронизации на вход кольцевого регистра 18 на его первом выходе появляется уровень "1", тогда как на втором и на третьем выходах присутствует уровень "0". При поступлении вт оро г о и тр ет ье г о си нхр онмпул ьс ов на трех выходах кольцевого регистрав оэ ника ет с оот ветс тв е нно к омби нация уровней "0" "1" "0" и "0" "0"1 У У У "1 ч, Далее при поступлении четвертого импульса цикл повторяется, Формирователи 19-21 импульсов запускаются по срезу выходных импульсов кольцевого регистра 18. Амплитуда и длительность импульсов на выходах формирователей 19-21 импульсов не зависит от формы входньи сигналов. Появление уровня "1" на первом выходе кольцевого регистра 18 и его исчезновение приводит к тому, что последовательно открываются .ключ 26 в блоке 22 коммутации напряжения раз-, вертки и блок 9 выборки. и хранения в первом канале, состоящем из блоков 9 и 12. Кпючи 24 и 25 в блоке 22 коммутации напряжения развертки и блоки 10 и 11 выборки и хранения остаются закрытыми. При поступлении второго и третьего импульсов син-. хронизации соответственно открываются ключ 25 и блок 10 выборки и хранения, ключ 24 и блок 11 выборки и хранения. Поочередное срабатывание ключей 26, 25 и 24 по мере поступления синхроимпульсов приводит к тому, что через равные промежутки времени на вход внешней развертки стробоскопического осциллографа 6 с выхода сумматора 23 одно за другим поступают три напряжения - медленно изменяющееся напряжение П (Т) развертки с генератора 8 пилообразного напряжения с регулируемой скоростью нарастания, постоянное напряжение П,п с шины 31 и постоянное напряжение П но с шины 30. Таким образом, на входе внешней развертки стробоскопи-ческого осциллографа 6 поочередно действуют три источника напряжений. Одно из них (с вьиода генератора 8 Пр(Т является текущим и определяет время полного цикла записи Т, измеряемого П (С) сигнала с периодом й. Длительность цикла Т зависит от скорости нарастания пилообразного напряжения, а его начало определяется моментом запуска генератора 8. Два других напряжения являются вспомогательными и определяют точю на сигнале(для П,) и С (для 0 но ), выбранные в качестве опорнойи нормировочной. Их значения фиксированы, нб различны и не входят за пределы напряжения внешней развертки стробоскопического осциллогра 5 фа 6.При работе стробоскопического осциллографа в режиме записи на вход его внешней развертки обычно подается изменяющееся за время Т напряЧ жение У (Т) от генератора 8, причем время цикла Тц на несколько порядков превышает период напряжения возбуждения С от генератора 1 сигналов.При этом происходит временная трансфор мация (" растяжка" ) поступающего на сигнальный вход стробоскопического осциллографа б быстрого измерительного сигнала в медленное аналоговое напряжение на выходе, усилителя вер" 20 тикального отклонения осциллографа 6. По форме аналоговое напряжение идентично исследуемому, но записано в другом масштабе за время ТЧ. Подача на вход внешней разверткч стробо скопического осциллографа 6 через блок 22 коммутации напряжения развертки трех последовательно переключаемых уровней напряжений., один из которых изменяется за время записи З 0 Тч, а два других фиксированы, приводит к тому, что поступающий с приемника 4 зондирующего сигнала на сигнальный вход быстрый измеряемый сигнал с периодом Спреобразуется на выходе осниллографа б в аналого 35 все напряжение, состоящее из трех последовательно чередующихся во времени выборок напряжений. Разделение выборок по трем каналам происходит 40 путем поочередного открытия этих каналов при срабатывании блоков 9"11 выборки и хранения синхронно с им пульсами на выходе кольцевого регистра 18. Время нахождения блоков 9-11 45 выборки и хранения в открытом сосотоянии соответствует длительности импульсов формирователей 19-21 и определяется временем запоминания амплитуды выборок, которое устанавливается много меньшим периодом сигнала возбуждения сЭто позволяет избежать влияния соседних по времени выборок на результаты их последую" щего усреднения в каждом канале. фильтры. 12-14 нижних частот устраняют высокочастотные шумы, присутствующие в "растянутом" выходном аналоговом сигнале, и приводят (за счет усреднения) к повышению отношения сигнал - шум, если постоян"ная времени фильтрас Тц. Полученные после временной трансформациии усреднения напряжения Ц (Т) навыходе фильтров 12-14 нижних частотсоответственно первого, второго итретьего каналов в общем случае записываются в виде П, (Т) = К(Т) П (е,1 + П, (Т),где К(Т) - усредненный коэффициентпреобразования (усиления) измерительного тракта устройства, в которыйвходят источник 2 зондирующего сигнала, приемник 4 зондирующего сигнала, стробоскопический осциллограф 6.П 6(С,) - мгновенное значение на.пряжения, поступающего с выхода приемника 4 зондирующего сигнала в момент времени 1,. на вход стробоскопического осциллографа 6, которое получено под воздействием мгновенного напряжения Б(С,) с генератора 1сигналов с периодомБ (Т) - усредненное напряжениедрейфа измерительного тракта,Напряжение Ус(й) не зависит случайным образом от Т, являясь периодической функцией напряжения генератора 1 сигналов, а время С; пробегаетвсе значения его периода (от О до), в то время как К(Т) и П (Т) за,висят от Т случайным образом и являются источником медленно меняющихся соответственно мультипликативной нестабильностей исследуемого сигнала. Разделение последовательностей выборок на каналыприводит к тому, что в первый канал(блоки 9 и 12 выборки и хранения)попадают выборки напряжений П,(Т),полученные в моменты подключения квходу внешней развертки стробоскопиъческого осциллографа все время изменяющегося напряжения развертки Б (Т)от генератора 8. Это позволяет записать все мгновенные значения повторяющегося исследуемого сигнала,таккак за полный цикл П (Т) время С;пробегает все значения периода исследуемого сигнала , Нри подаче навход внешней развертки постоянногонапряжения П выборки напряженийП(Т) исследуемого сигнала БЧ(,),соответствующие моментам временипопадают во второй канал, апри подаче напряжения П ц,р выборкинапряжений Б (Т) с оот ветс твуют исследуемому сигналу Б ( ) в моментывремени С,=С и попадают в третийканал. Таким образом, видно, что напряжения на выходе первого У;(Т),второго Б (Т)и третьего Б (Т) каналов измерены соответственно в различные моменты периода входного сигнала С С С. Напряжение Б,(Т)является основным регистрируемым напряжением, несущим информацию овходном сигнале, а П,(Т) и Пд(Т) являются вспомогательными и служатцля подавления дрейфа нулевого уров 10 до 0(Т) - П,(Т) 15 ня выходного напряжения измерительного тракта Б (Т) и флуктуаций его коэффициента йреобразования К(Т), определяемых возможными нестабильностями источника 2 зондирующего сиг О нала, приемника 4 зондирующего сигнала и стробоскопического осциллографа 6. фиксированные относительно синхроимпульсов моменты времени С, и С, в которые происходят выборки 25 опорного Б,(Т) и нормировочногоБ (Т) напряжений, задаются потенциалами 0 и Б , на входах блока,22 коммутации внешней развертки, в то время как текущий момент Т; сдвигается относительно начала синхроимпульса в каждом последующем периоде исследуемого сигнала синхронно с изменением выходного потенциала генератора 8 пилообразного напряжения с регулируемой скоростью нарастания, Устранение влияния дрейфа П (Т) на сигналы в первом и третьем каналах получается вычитанием из выходного напряжения первого канала П.(Т) напряжения второго опорного каналаП,(Т) в блоке 15 вычитания и соответственно вычитанием из выходного напряжения третьего канала Б (Т) напряжения второго опорного канала Б (Т) в блоке 16 вычитания. Правильная установкаа вычитаемой последоват ельности выборок второго опорного канала получается при переключении выходов каналов на входах блоков 15 и 16 вычитания. Полученные две разности на пряжений на выходах блоков 15 и 1 б вычитания поступают на входы блока 17 деления, на выходе которого, отношение А не зависит уже и от влияния нестабильности К(Т) ,5 и пропорционально только Б,(1, ). Таким образом, величина А на выходе устройства оказывается независимой от дрейфа и нестабильности коэффициента преобразования. Соблюдение соотношения Б,(с,)Б с(г. ) достигается при установке фиксированных напряжений 0 , и Пна входе блока 22 коммутации напряжения развертки. Предварительной калибровкой устройства определяется соответствие между величиной А и конкретным физическим параметромизмеряемым в эксперименте.В устройствах, в которых коэффициент преобразования К достаточно стабилен и требуется подавление только высокочастотного шума и дрейфа, возможно устранение третьего канала и одного вспомогательного напряжения Б. При построении устройства по двухканальной схеме его выходом будет блок 15 вычитания, кольцевой регистр 18 может быть заменен триггером, а напряжение вспомогательного источника Б в частном случае, может равняться нулю. Такая схема может быть использована, в частности, для устранения дрейфа нуля непосредственно самого стробоскопичес,кого осциллографа.Для устранения и видов нестабильностей может быть применена схема с и + 1 каналом и соответствующими кольцевым регистром, блоком коммутации напряжения развертки и вычислительными блоками (вычитания, деления и др,). При необходимости в предлагаемом устройстве генератор пилообразного напряжения с регулируемой скоростью нарастания, кольцевой регистр, блоки вычитания и деления могут быть выполнены в виде ЭВМ.формула из обретения1. Устройство подавления нестабильностей стробоскопического регистратора, содержащее генератор сигналов клеммы для подключения исследуемой системы, стробоскопический осциллограф, первый фильтр нижних частот, соединенный выходом с первым входом блока вычитания, второй фильтр нижних частот, соединенный выходом с вторым входом блока вычита14 78130 10 2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок коммутации .напряжения развертки содержит три ключа, сумматор, выход которого соединен с выходом блока коммутации напряжения развертки, а его входы соединены с выходами первого,. второго и третьего ключей,. входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока коммутации напряжения развертки, а их управляющие входы - соответственно с четвертым, пятым и шестым входами блока коммутации напряжения развертки.с Составитель К,КриновРедактор С. Пекарь ТехредЛ.Олийньв Корректор Заказ 2358/44 Тираж 714 Подпис ноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101 ния, двухкоординатный самописец,входом горизонтального отклонения соединенный с выходом генератора пилообразного напряжения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расши 5 рения функциональных возможностей при одновременном повышении точности, оно содержит источник зондирующего сигнала, приемник зондирующего сигнала, блок синхронизации, три блока выборки и хранения, третий фильтр нижних частот, второй блок вычитания, блок деления, кольцевой регистр, три формирователя импульсов и блок коммутации напряжения развертки,первый вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, второй вход - с шиной опорного потенциала, третий вход - с шиной нормиро вочного потенциала, а выход - с входом внешней развертки стробоскопического осциллографа, сигнальный вход которого. соединен с выходом приемника зондирующего сигнала, вход кото рого соединен с одной клеммой для подключения исследуемой системы,другая клемма соединена с выходом генератора сигналов и входом, блока синхронизации, а третья клемма соедине на с источником зондирующего сигнала, вход синхронизации стробоскопического осциллографа соединен с выходом блока синхронизации и входом кольцевого регистра, первый выход которого соединен с.четвертым входом блока35 коммутации напряжения развертки и входом третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с управляющим входом первого блока выборки и хранения, второй выход - с пятым входом блока коммутации напряжения развертки и входом второго формирователя импульсов, выход кото.рого соединен с управляющим входом второго блока выборки и хранения,третий выход - с шестым входом блока коммутации напряжения разверткии входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен суправляющим входом третьего блокавыборки и хранения, вход которогосоединен с выходом усилителя вертикального отклонения стробоскопического осциллографа и входами первогои второго блоков выборки и хранения,а выход - с входом третьего фильтранижних частот, второй блок выборки .и хранения соединен выходом с входомвторого фильтра нижних частот, первый блок выборки и хранения соединенвыходом с входом первого фильтра нижних частот, первый вход второго блокавычитания соединен с выходом второгофильтра нижних частот, выход третьего фильтра нижних частот соединен свторым входом второго блока вычитания, выход кбторого соединен с вторым входом блока деления, первый входкоторого соединен с выходом первогоблока вычитания, а выход - с входомвертикального отклонения двухкоординатного самописца.