Стробоскопический осциллограф со стабилизацией изображения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 51)5 6 01 Я 13/20 ИДЕТЕЛ ЬСТВ о,ЦЧ ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1478130, 1982.Рябинин Ю.А. Стробоскопическое оциллографирование. - М,: Советское ради1972.(54) СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛГРАФ СО СТАБИЛИЗАЦИЕЙ ИЗОБРАЖНИЯ.,Ж 1714524 А жения на экране. Для этого предлагается установить на экране электронно-лучевой трубки фоточувствительные датчики положения фронта импульса и использовать сигкалы с них для стабилизации изображения путем введения соответствующей обратной связи в систему автосдвига. При этом повышаются удобство эксплуатации иточность измерения, снижаются затраты на стабилизацию режимов работы элементов, Устройство содержит электронно-лучевую трубку 5 с усилителями горизонтального и вертикального отклонений, систему автосдвига 2, стробпреобразователь 1, датчики 15 и 16 положения луча и интегратор 17. 1 з.п. ф-лы, 3 ил,Изобретение относится к области измерительных приборов с визуальным отображением измеряемой электрической величины.Известен стробоскопический осциллограф, содержащий стробоскопический преобразователь, систему автосдвига, усилители горизонтальной и вертикальной разверток и электронно-лучевую трубку.Недостатками осциллографэ являются сложность и низкая стабильность изображения при воздействии возмущающих факторов,Наиболее близким к предлагаемому является стробоскопический оСциллограф, содержащий стробоскопический преобразователь, усилители горизонтальной и вертикальной разверток, электроннолучевую трубку и систему автосдвига, вход которой является синхронизирующим входом осциллографа; первый выход соединен через усилитель горизонтальной развертки с первым входом электронно-лучевой трубки, второй выход соединен с первым входом стробоскопического преобразователя, второй вход которого является сигнальным входом осциллографа, а выход через усилитель горизонтальной развертки соединен с вторым входом электронно-лучевой трубки.Недостатком стробоскопического осциллографа является нестабильность положения - изображения на экране электронно-лучевой трубки, Эта нестабильность проявляется в виде медленного смещения наблюдаемого импульса по экрану. Основной причиной этого явления является сильная температурная зависимость параметров смесительного диода, Другими источниками укаэанного смещения изображения могут служить температурные и дрейфовые изменения параметров генераторов быстрого и медленного пилообразного напряжений и других элементов схемы осциллографа. Кроме того, причиной смещения может служить и реальное изменение положения (во времени) измеряемого импульса по отношению к импульсам синхронизации.Дрейф изображения по экрану осциллографа приводит не только к ухудшению восприятия и необходимости использования органов управления задержкой импульсов. Взаимное смещение импульсов начала развертки и измеряемого импульса (нарушение когерентности) затрудняет фильтрацию шумов за счет накопления измерений, а также последующую обработку, например, с помощью ЭВМ. Таким образом, смещение изображения в существенной степени снижает эксплуатационно-технические харак 30 35 40 455055 10152025 теристики стробоскопического осциллографаДля устранения этого эффекта используют температурную стабилизацию смесителя (пассивный метод), различные методы устранения шумов и дрейфов элементов осциллографа, однако все эти методы не обеспечивают достижения желаемого эффекта, поскольку основаны на компенсации с той или иной степенью дестабилизирующих факторов, т,е. основаны на регулированиипо возмущению.Целью изобретения является стабилизация изображения на экране стробоскопического осциллографа при воздействиимедленно меняющихся ограниченных помодулю возмущающих факторов,Для достижения указанной цели стробоскопический осциллограф, содержащий стробоскопический преобразователь, усилители горизонтальной и вертикальной развертки, электронно-лучевую трубку и систему автосдвига, первый вход которой является синхронизирующим входом осциллографа, первый выход соединен через усилитель горизонтальной развертки с первымвходом электронно-лучевой трубки, второй выход соединен с первым входом стробоскопического преобразователя, второй вход которого является сигнальным входом осциллографа, а выход через усилитель горизонтальной развертки соединен с вторым входом электронно-лучевой трубки; дополнительно снабжен интегратором, первым и вторым датчиками положения луча, входы которых связаны с экраном электронно-лучевой трубки, а выходы - с прямым и инвертирующим входами интегратора, выход которОго соединен с вторым входом системы автосдвига.Контур обратной связи производит регулирование по отклонению управляемой величины и, таким образом, осуществляет комплексную компенсацию возмущений,На фиг. 1 представлена схема предлагаемого осциллографа; на фиг, 2 и 3 - диаграммы, поясняющие его работу.Стробоскопический осциллограф содержит стробоскопический преобразователь 1, систему 2 автоматического сдвига, усилители 3 и 4 вертикального и горизонтального отклонения соответственно, электронно-лучевую трубку 5, вход б исследуемого. сигнала, вход 7 синхронизации, Стробоскопический преобразователь включает смеситель 8, усилитель 9,. расширитель 10 импульсов и генератор 11 стробимпульсов. Система автосдвига состоит из генератора 12 быстрого пилообразного напряжения (БПН), схемы 13 сравнения и ге10 15 20 25 30 35 40 45 55 нератора 14 медленного пилообразного напряжения (МНП).В осциллограф введены датчики 15 и 16 положения луча осциллографа, генератор 17 и сумматор 18.Стробоскопический преобразователь, 1 предназначен для выделения из пачки исследуемых импульсов О, поступающих на вход 6, последовательности отсчетов Ос расш по сигналам с системы 2 автосдвйга. Смеситель 8 пропускает отсчеты исследуемого сигнала с входа 6 на вход усилителя 9 по сигналу от системы автосдвига (фиг. 2). В простейшем случае смеситель может быть реализован по известной схеме, Усилитель 9 обеспечивает усиление мощности импульсов, поступающих со смесителя, Усилитель 8 - импульсный, он может быть реализован на основе операционных усилителей. Расширитель 10 предназначен для увеличения длительности импульсов, поступающих от усилителя. Расширительможет быть реализован по известной схеме. Генератор 11 стробимпульсов обеспечивает формирование коротких импульсов по сигналу со схемы 13 сравнения, Генератор может быть реализован по известной схеме.В современных стробоскопических осциллографах используются более сложные и совершенные схемы преобразователей, в частности имеющие обратную связь от расширителя к смесителю, Однако в рамках изобретения конкретный способ реализации описанных блоков не имеет существенного значения. Последнее относится и к схеме системы 2 автосдвига. Она предназначена для формирования сигналов горизонтальной развертки и сигналов запуска генератора 11 стробимпульсов.Генератор 12 БПН предназначен для формирования коротких пилообразных импульсовв по сигналам с входа 7. Генератор 14 МПН предназначен для выработки медленных пилообразных сигналов, служащих для горизонтальной развертки осциллографа и, ступенчатого (как правило) нарастающего сигнала, подаваемого через сумматор 18 на схему 13 сравнения, Для формированияступенчатого сигнала обычно используют импульсы, поступающие со схемы 13 сравнения. Генераторы могут быть реализованы по известной схеме. Сумматор 18 .предназначен для формирования МПН, сдвинутого относительно сигнала с генератора МПН на величину ЬО, Сумматор может быть реализован на основе операционного усилителя. Сумматор 18 может иметь третий вход (не показан) для подачи напряжения от потенциометра ручной регулировки задержки. Схема 13 сравнения предназначена для выработки импульсов при совпадении амплитуд БПН и сигнала с сумматора 18, Эти импульсы подаются на генератор МПН и генератор стробимпульсов преобразователя 1, Схема 13 сравнения может быть реализована на транзисторах либо операционных усилителях (компараторах).Усилители вертикальной 3 и горизонтальной 4 развертки предназначены для усиления сигналов с преобразователя 1 и системы 2 автосдвига соответственно до уровня, требуемого для работы горизонтальной и вертикальной отклоняющей системы электронно-лучевой трубки 5.Датчики 15 и 16 положения луча осциллографа предназначены для формирования сигнала (тока или напряжения), пропорционального яркости свечения участка экрана осциллографа, у которого эти датчики установлены. Датчики располагаются по горизонтальной или наклонной линии и укрепляются любым способом на экране электронно-лучевой трубки. Расстояние между ними выбирается таким образом, чтобы при заданной яркости импульса на экране, ширине линий изображения, чувствительности датчика и диаграмме его направленности смещение изображения влево вызывало бы появление сигнала на выходе одного из датчиков, а вправо - другого датчика, В процессе ручной настойки осциллографа необходимо добиться, чтобы один из вертикальных фронтов исследуемого импульса находился между датчиками. Если у исследуемого сигнала отсутствуют ярко-выраженные фронты, тов двухлучевых стробоскопических осциллографах можно использовать опорные (задающие) сигналы, В качестве датчиковмогут использоваться любые фоточувствительные элементы (фото- диоды, фототранзисторы),Интегратор 17 предназначен для накопления разностного сигнала с датчиков 15 и 16 и подачу полученного значения ЛО в систему автоматического сдвига с целью коррекции отклонений изображения. Интегратор имеет прямой и инверсный входы, к которым подключаются датчики 15 и 16. Ес 50ли изображение сигнала находится строго между датчиками, то сигналы с них равны, следовательно, их разностный сигнал и выходной сигнал интегратора равны нулю, При смещении изображения сигнал с одного из датчиков возрастает и на выходе интегратора 17 появляется сигнал ЬО, пропорциональный величине смещения и имеющий знак, соответствующий направлению смещения. Изображение на экране осциллографа появляется с частотой развертки, поэтому интегратор обеспечивает запоминание ЛО, пропорционального предшествующей величине смещения изображения.Стробоскопический осциллограф работает следующим образом.В исходном состоянии на вход 6 поступают исследуемые импульсы, а на вход 7 - связанные с ними синхронизирующие импульсы. Генераторы БПН 12 и МПН 14 формируют соответствующие импульсы пилообразного напряжения, которые поступают на схему 13 сравнения, При совпадении их амплитуд с точностью до постоянного сигнала с интегратора 17 вырабатывается сигнал, поступающий на генератор 11 стробимпульсов, обеспечивающий открытие смесителя 8 и пропуск мгновенного отсчета исследуемого импульса через усилитель 9 и расширитель 10 импульсов на вход усилителя 3 вертикальной развертки. В свою очередь, сигнал с генератора 14 МПН поступает на усилитель 4 горизонтальной развертки, В результате на экране электронно-лучевой трубки 5 появляется изображение исследуемого импульса. Будем предполагать, что в исходном состоянии один из фронтов исследуемого импульса органами ручного управления осциллографом установлен между датчиками 15 и 16. Сигналы с этих датчиков равны, Разностный сигнал на входе интегратора 17 равен нулю. Выходной сигнал интегратора 17 также нулевой. Отсутствие сигнала на выходе интегратора 17 приводит к томучто выходной сигнал сумматора 18 также равен нулю и схема 13 сравнения вырабатывает сигнал на вход генератора 11 стробимпульсов при совпадении сигналов с генераторов МПН 14 и БПН 12, так как ЬО = О.Пусть в результате какого-либо дестабилизирующего воздействия (действия температуры на смеситель, дрейфа нуля- генераторов БПН, МПН и изменения параметров других элементов схемы) изображение на экране стробоскопического осциллографа сместилось в сторону одного из датчиков, например датчика 15, расположенного слева от наблюдателя, Тогда на выходе датчика 15 появляется сигнал, превосходящий сигнал с датчика 16. Последний при этом может либо уменьшиться, либо остаться .прежним. В результате разностный сигнал поступает на вход интегратора 17, на выходе которого начинается формирование напряжения ЬО О, Это напряжение поступает на сумматор 18, где складывается с сигналом с генератора МПН, Таким образом, из МПН вычитается константаО, что приводит к смещению сигналаМПН вниз. Следовательно, совпадениеМПН и БПН происходит раньше, чем этобыло до подачи Й 3, Сигналы совпадения О5 и Остр смещаются влево (фиг, 2), а из Овыделяются О, в более ранние моментывремени или те же, что и раньше, амплитудыОс мгн появляются позднее В результатеизображение импульса на экране осцилло 10 графа смещается вправо и воздействие дестабилизирующих факторовкомпенсируется,Пусть совпадение Об и Ом после воздействия дестабилизирующих факторов проис 15 ходило в точке А в момент времени О (фиг,3), В результате из сигнала О выделялсяотсчет с амплитудой О(т), который послесоответствующих преобразований изображается на экране осциллографа. В результа 20 те появления сигнала с датчика 15 и егоинтегрирования величина аО вызываетуменьшение О (смещение вниз), что эквивалентно возрастанию О ( смещению вверхПоследнее явление отражено на фиг. 3, так25 как О связано с положением изображенияна экране и его перемещение нежелательнов интересах повышения наглядности. Присмещении Оь относительно О совпадениеих амплитуд происходит в точке Св момент30 времени 2, а из сигнала О выделяется амплитуда Щтг), На экране осциллографа после преобразований появляется отсчетОс(12). Следующее совпадение Оа и О происходит в точке Е в момент времени сз и35 выделяется значение Ос(тз), которое в рассматриваемом примере равно О(т), Такимобразом, амплитуда Щс 1) = О(1 з) появляется на экране осциллографа со смещениемсз - ц, т,е. изображение сдвинуто вправо.40 Отметим, что этот результат может быть достигнут как смещением О, так и Об на величину ЛО,Описанная система управления положением изображения на экране осцилло 45 графа является системой автоматическогорегулирования, к которой предъявляютсяизвестные требования по качеству функционирования, в частности по устойчивости.Обеспечение устойчивости заключается в50 правильном подборе параметров схемы;чувствительности и расположения датчиков15 и 16 и коэффициента передачи интегратора 17, которые окончательно проявляютсяв соответствии динамики смещения изобра 55 жения величины ЛО. Так, малые значенияЬО могут не обеспечить возврат изображения в середину зазора между датчиками, абольшие приводят к выбиванию изображе.ния за зону стабилизации, Выбор парамет.ров схемы наиболее целесообразно производить экспериментально с учетом характера конкретных возмущений,Таким, образом, предложенная схемастробоскопического осциллографа обеспечивает стабилизацию изображения на экране.Предложенная схема может быть реализована как в аналоговом, так и в цифровомвиде на основе типовых электронных элементов, что доказывает возможность еепрактической реализации,Технико-экономический эффект изобретения, Стабилизация изображения на экране стробоскопического осциллографа при 15воздействии возмущающих факторов: повышает удобство эксплуатации, исключая необходимость постоянной ручнойподстройки; облегчает обработку сигналов,поскольку стабильное положение сигнала 20по отношению к началу развертки позволяет осуществлять накопление информации,когерентную обработку; снижает потребность в сравнительно дорогих и малоэффективных методах активной и пассивной 25стабилизации (термостабилизация, радиаторы, цепи обратной связи и компенсации ит,д. и т.п,) стробоскопических осциллографов за счет дешевого, простого и вместе стем универсального метода; обеспечиваю-, 30щего полную (в пределах определенных динамических параметров дрейфа)компенсацию воздействия возмущений.Формула изобретения1. Стробоскопический осциллограф со 35стабилизацией изображения,.содержащийстробоскопический преобразователь, усилители горизонтальной и вертикальной разверток и систему автосдвига, первый вход которого является синхронизирующим входом осциллографа; первый выход соединен через усилитель горизонтальной развертки с первым входом электронно-лучевой трубки, второй выход соединен с первым входом стробоскопического преобразователя, второй вход которого является сигнальным входом осциллографа, а выход через усилитель горизонтальной развертки соединен с вторым входом электронно-лучевой трубки, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью стабилизации изображения на экране, в него введены интегратор., первый и второй датчики положения луча, входы которых связаны с экраном электронно-лучевой трубки, а выходы - с прямым и инвертирующими входами интегратора, выход которого соединен с вторым входом системы автосдвига.2, Осциллограф по и, 1, о т л и ч а ю щи йс я тем, что система автосдвига содержит генераторы быстрого и медленного пилообразных напряжений, сумматор и схему сравнения, первый вход которой соединен с выходом генератора быстрого пилообразного напряжения,второй - с выходом сумматора, первый выход - с входом генератора медленного пилообразного напряжения, а второй выход - с вторым выходом системы автосдвига, первый выход генератора медленного пилообразного напряжения соединен с первым выходом системы автосдвига, а второй - с первым входом сумматора, вход генератора быстрого пилообразного напряжения является первым входом системы автосдвига, второй вход сумматора соединен с вторым входом системы автосдвига,1714524 2 г 5 5 Составитель П. Ииляевковецкая Техред М.Моргентал Корректор Т, Мал дактор Заказ 690 ВНИИПИ Государствен м при ГКН 1130 Тираж Подписное ного комитета по изобретениям и открытия 35, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101