Цифровое измерительное стробоскопическое устройство

748253 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 120678 (21) 2628748/18-21 с присоединением заявки йо Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(088,8) Дата опубликования описания 150780(54) ЦИФРОВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ СТРОБОСКОПИЧЕСКОЕУСТРОЙСТВО Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может бытьиспользовано в системах ускоренногоизмерения параметров периодических. 5сигналов,Известно стробоскопическое изме-.рительное устройство с цифровым отсчетомсодержащее стробоскопическийпреобразователь, синхронизатор, ге Онераторы пилообразного и ступейчатого напряжений и импульсов зон, компаратор, электроннолучевую трубку ицифровой измеритель временных интер"валов 115Недостатками этого устройсгваявляются низкие скорость и точностьизмерений,Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности являетОся цифровое измерительное стробоскопическое устройство, содержащее синхронизатор, генератор пилообразногонапряжения, генератор ступенчатогонапряжения, компаратор, делитель 25числа сигналов, блок регистрации ианалого-цифровой преобразователь 21,Недостатком этого устройства является низкая скорость измерения пара"метров периодических сигналов, что обусловлено появлением; избыточныхотсчетов при уменьшении верхней граничной частоты спектра и увеличе иидлительности сигналов,С целью повышения скорости измерения параметров периодических сигналов, цифровое измерительное стробоскопическоеустройство, содержащеесинхронизатор, вход которого соединен с измерительным входом устройства, а выход - с входом генераторапилообразного напряжейия, выходомподключенного к первому входу компа"ратора, второй вход которого связанс первым выходом генератора ступенчатого напряжения, и делитель числасигналов, вход которого соединен свыходом сигнала конца цикла блокарегистрации и обработки, снабженолинейным аналоговым ключевым элементом, элементом И-НЕ, регистром кода,измерительными компараторами, тремяэлементами ИЛИ реверсивным генератором ступенчатого напряжения, делителем напряжения, включающим декадырезисторов со ступенями от Н до,В 10 " , распределителем сигналов,шунтовыми ключевыми элементами, блоком управления сжатием данных, Форми65 рователем сигнала, делителем; числа Сигналов на два, двумя ключевыми элементами, .триггером, элементом И и счетчиком импульсов, выход которого соединен с вторым информационным вхо-. дом блока регистрации и обработки, счетный вход - с входом генератора ступенчатого напряжения и выходом первого ключевого элемента, а вход сброса - с выходом делителя числа сигналов, вторым входом сброса блока управления сжатием данных, вторым входом элемента И и первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу делителя числа сигналов на два, а второй вход - к выходу формирователя сигна-.15 ла и второму входу второго элемента ИЛИ, первый вход которого связан с выходом сигнала конца цикла блока регистрации и обработки, а выход - , с входом сброса регистра кода, выход 20 которого соединен с первым информационным входом блока регистрации и обработки, кодовые входы -.с выходами измерительных компарагоров, первый кодовый вход - е первым входом 25 элемента И",НЕ, второй вход которого подключен к выходу,компаратора, второму входу делителя числа сигналов на два, входу стробирования блока управления сжатием данных, первому ЗО входу второго ключевого элемента и второму входу управления. линейного аналогового ключевого элемента, первйй. вход управления которого связан с выходом синхронизатора, вход - с измерительным входом устройства, выход " с первыми входами измерительных компараторов, а третий вход управлейия - с выходом триггера и третьим входом второго ключевого элемента, второй вход которого соединен 4 О с выходом сигнала отсчета блока управления сжатием данных и первым . входом первого ключевого элемента, авыход - с входом сигнала приема кбда блока регистрации и обработки 45 и первым входом триггера, вторым" входом подключенного к выходу сигнали конца цикла блока регистрации и обработки, вход сигнала конца измерений которого связан с выходом элемен О та И, а третий информационный вход - с кщовым выходом распределителя сигналов, вход запуска которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ,входом запуска реверсивного генератора ступенчатого напряжения и входом5 форьярователя сигнала, первый вход реверса - с первым входом первогоэлемента ИЛИ, первым входом реверса реверсивного генератора ступенчатого напряжения, выходом к-го измерительного компаратора, (к) -ым входом сигнала уровня отсчета блока управления сжатием данных, второй входреверса - с выходом элемента И-НЕ,вторым входом первого элемента ИЛИ и вторым входом реверса реверсивногогенератора ступенчатого напряжения,выход которого подключен ко второмувходу к-го измерительного компаратора и выводу последней младшей цека 1 ды резисторов со ступенью В 10делителя напряжения, вывод первойстаршей декады которого связан с общей шиной устройства, соединенныедруг с другом выводы декад резисторов со ступенями В.10 (" 1 - совторыми входами измерительных компараторов, выводы дик резисторов соступенями й 10 и В - с выходамишунтовых ключевых элементов, управляющие входы которых соединены с выходами управления распределителя сигналов, причем выход второго,измерительного компаратора подключен к первому входу сигнала уровня отсчетаблока сжатия данных, первый входсброса которого связан с первым входом первого ключевого элемента, вторым входом соединенного с выходом делителя числа сигналов на два, а первый вход элемента И подключен ко второму выходу генератора ступенчатогонапряжения, Блок управления сжатием данных включает отдельный элементИЛИ, отдельный триггер и группы взаимосвязанных элементов, каждая из которых содержит два элемента И, элементы НЕ и ИЛИ и триггер, первыйвход которого соединен с выходомэлемента ИЛИ, второй вход - с выходом первого элемента И, а выходс вторым входом второго элемента И,выход которого подключен к первомувходу элемента ИЛИ, а первый входк выходу элемента ЙЕ, вход которогосвязанс первым входом первого эле-,мента И и входом сигнала уровня отсчета данной группы, причем вторыевходы первйх элементов И и третьивходы вторых элементов И всех грУппсоединены с входом стробированияблока управления сжатием данных,вторите входы элементов ИЛИ всехгрупп подключены к первому входусброса блока управления сжатием данных, а выходы вторых элементов И итриггеров всех групп связаны с входами отдельного элемента ИЛИ, выходкоторого соединен с первым входомотдельного триггера, второй вход которого подключен ко второму входусброса блока управления сжатием данных, а Выход к выходу сигнала отсчета блока управления сжатием данных,Структурная электрйческая схема устройства представлена на чертеже.устройство состоит из измерительного входа 1, линейного аналогового ключевого элемента 2, синхронизатора 3, генератора 4 пилообразного наг ряжения, компаратора 5, генератора б ступейчатого напряжения элемента И-НЕ 7; регистра кода 8, к-измерите.льных компараторов 9, первого элемента ИЛИ 10, реверсивного генератора 11 ступенчатого напряжения с входом 12 запуска, первым входом 13 ре"верса, вторым входом 14 реверса ивыаодом 15; делителя напряжения, 5включающего декады. резисторов 16, 17,18 со сттпенями: ВВ10 (" ) иН 10 ( 1 соответственно; распределителя 19 сигналов с входом 20 запуска, первым входом 21 реверса, вторым 1 рвходом 22 реверса, кодовым вйходом23 и выходами 24 управления; шунто. вых ключевых элементов 25, блока 26регистрации и обработки с информационными входами 27, входом 28 сигнала приема кода, выходом 29 сигналаконца цикла и входом 30 сигнала конца измерений, блока управления сжатием данных, включающего (к) группвзаимосвязанных элементов, каждая иэкоторых содержит элемент НЕ 31, первый 32 и второй 33 элементы И,триггер34, элемент ИЛИ 35, а также включающего отдельный элемент ИЛИ 36, отдельный триггер 37, вход 38 стробйрования, выход 39 сигнала отсчета, первый 40 и второй 4 1 входы сброса ивходы 42 сигналов уровней отсчета;формирователя 43 сигналов, второгоэлемента ИЛИ 44, делителя 45 числасигналЬв на два, первого ключевого 30элемента 46, делителя 47 числа сигналов, третьего элемеита ИЛИ 48, счетчика 49 импульсов, второго ключевогоэлемента 50, триггера 51 и элементаИ 52; 35Устройство работает следующим образом,В исходном положении шунтовые ключевые элементы 25 шунтируют декадырезисторов 16, 17, 18, линейный ана Ологовый элемент 2 закрыт сигналомсинхронизатора 3, выходноенапряжениереверсивного генератора 11 установленона уровне первой ступени, пеРвыйключевой, элемент 46 открыт а второй 45ключевой элемент 50 закрыт, С появлением измеряемого сигнала импульсомсинхронизатора 3 открывается аналоговый ключевой элемент 2 и запускаетсягенератор 4, В момент равенства пило Ообразного напряжения генератора 4 и, ступенчатого напряжения генератора бв компараторе 5 формируется стробимпульс, который вновь з.апирает аналоговый ключевой элемент 2, Дискрет-.ный максимальный уровень части измеряемого сигнала, прошедшей на выходключевого элемента 2, фиксируетсяизмерительными компараторами 9, кото"рые представляют его единичным кодом,при этом кодируется приращение измеряемой величины в пределах младшейдекады кода, Равномерная в пределахмладшей декады шкала уровней квантования формируется делителем напряжения включающего декады резисторов 16, 65 17, 18Ступень приращения напряжения реверсивного генератора 11 ступенчатого напряжения равна младшей декаде кода,При коммутации ступеней резисторов 16, 17 делителя напряжения. величина приращения напряжения на каждойступени резисторов 18 относительнососедней остается всегда постоянной1так как пропорционально изменениюсопротивления делителя одновременноменяется и величина выходного напряжения генератора 11, питающего делитель, но при каждом переключении генератора 11 абсолютное значение напряжения на каждой ступени резисторов18 изменяется на величину, соответствующую младшей декаде кодаЕсли текущее значение измеряемогосигнала превышает установленный уровень выходного напряжения генератора 11, то генератор 11 переключается сигналом сравнения к-го компара"тора через элемент ИЛИ 10. ОдновреМен.Ьо распределитель 19 включает декадурезисторов 16 или 17, Сигнал сравнения также включает или подтверждаетнаправление реверса генератора 1 ираспределителя 19.Если измеряемяй сигнал стачовитсяпо абсолютному значению меньше выходного напряжения генератора 11, товыходной сигнал первого измерительного компаратора 9 равен нулю и очеред-.ной строб-импульс через элемент И-НЕ7 переключает направление реверсагенератора 11 и распределителя 19и с задержкой в элементе ИЛИ 10 переводит генератор 11 и распределитель19 в новоесостояние,Задержка строб-импульса поступающего в цепь запуска генератора 6,делителем 45 числа сигналов на чваисключает переключение генератора 6в момент достижения измеряемым сигнадом уровня отсчета и.обеспечиваетпереключение устройства в режйм накопления, соответствующий уровню отсчета.Для исключения избыточных дискретных отсчетов в блок 26 передают лишьте отсчеты, которые достигают уровней, заданных по шкале квантов, образованной декадой резисторов 18,При достижении измеряемым сигналом одного из этих уровней блок Уп-.равления сжатием данных формирует Сиг"нал (выход 39), разрешающий отсчет,Блок управления сжатием данныхработает следуюцим образом, Если величина измеряемого сигнала, возраста"ет, то при достижении уровня отсчетана выходе соответствующего измерительного компаратора 9 генерируетсясигнал отсчета и с появлением очередного строб-импульса на входе 38 навыходе первого элемента И 32 даннойгруппы появляется сигнал, которыйпереключает триггер 34,выходнйм сиг-.налом которого через элемент ИЛИ Збпвреключается триггер 37. Триггеры 34 запоминают временное положение "-текущих отсчетов измеряемой величины.при ее возрастании. Тем самым исклю- - 5чается повторное формирование сигналов отсчета на уже считанных уровняхизмеряемого сигнала при его повторении в циклах стробирования,Отдельный триггер 37 запоминает 1 Овременное положение строб-имплуьсапо отношению к моменту достиженияйзмйряежм сигналом соответСтвующе"го уровня отсчета и при переключении через выход 39 сигнала отсчета 15своим выходным сигналом блокируетключевой элеьант 46 и деблокируетключевой элемент 50Тем сажм с формированием строб-импульса в очередном цикле стробирования все устройство переходит в режим накопления дан 20,нйх в одной и той же точке сигналапо шкале времени в соответствии сдостигнутымуровнем"отсчета. Теперькаждым строб-импульссм через открытыйключевой элемент 50 и через вход 28сигнала приема кода блока 26 регистрации и,обработки выполняется отсчет.кода дискретного значения измеряемойвеличийы в одной и той жеточке, Количество таких отсчетов оп ределяется коэффициентом пересчетаделителя 47 числа синалов, на время каждого. считывания кода триггер51. блОкйруетпередачу строб-импуль-"сбв в блок 26 регистрации и обработки, которые могут появиться из-заотсутствия в общем случае синхронизации между источником измеряеЪйхсигналов и блоком 26, ОдновременйосигнаЛом триггера 51 блокируется аналоговый ключевой.элемент 2; чтобыисключить кодирование"входной вели-чины и переключение ячеек регистра8 во время считывания и передачи, кода. Сигналом с выхода 29 конца 45цикла регистрации кода блока 26вновь переключается триггер 51, разрешая прохождение Одного строб-иМ- пульса через ключевой элемейт"50 иочередной прием кода данного дискретного значения измеряемой величины.Одновременно с передачей кода младшей декады из регистра 8 в блок26 передается код состояния распределйтеля 19 сигналов, т,е, код всех 55 старших декад считанного дискретного значения измеряемой величины.После каждого приема кода .текущего ускретного значения измеряемого сигнала блок 26 посылает сигнал сброса также и в регистр 8, Этим же сигналом через триггер 51 ключевой элемент 2 подготавливается"к"прйемусиг "йала "сийхроййэатора 3, с появлением которогб-огкрываетсяцейь передачи измеряемого сигнала на измерительныекомпараторы 9.Делитель 47 числа сигналов осуществляет пересчет числа импульсовсброса, благодаря чему реализуетсярежим накопления цифровых данныхизмерения каждого текущего дискретного значения измеряемого процесса,С появлением сигнала на выходеделителя 47 цикл накопления данных всоответствии с достигнутым уровнемотсчета заканчивается. Этим сигналомделитель 45 сбрасывается в исходноесостояние и одновременно переключается триггер 37, выходным сигналомкоторого вновь деблокируется ключевой элемент 46 и блокируется ключевой элемент 50,Выходным сигналом делителя 47сбрасывается в исходное состояниетакже и счетчик 49, который подсчитывает число строб-импульсов междусоседними отсчетами измеряемой величины. Число строб-импульсов,зафикси-рованное счетчиком 49, соответствуетвремени нарастания измеряемой величины между соседними уровнями отсчета. Код со счетчика 49 переда .тся вблок 26С завершением цикла накопленияданиых циклЫ стробирования повторяются аналогично описанному й в случаенарастания изменяемой величины продолжаются до момента достижения этойвеличиной следующего уровня отсчета.Если измеряемая величина,не достигнув следующего уровня отсчета, начнет .уменьшаться, то после того, как онастанет меньше ранее достигйутого уровня отсчета, соответствующий измерительный компаратор изменит свой единичный сигнал на нулевой, Нулевбй сигнал компаратора инвертируется элементом НЕ 31, подключенным к этому компаратору и с появлением текущегостроб-импульса на выходе элемента .И 33 в цепи. элемента НЕ 31 появляетсяединичный сигнал, так как на третьемвходе элемента И 33 присутствует единичный сигнал триггера 34, которыйпереключился в предыдущем цикле стробирования, когда измеряемая величинавозрастала, С появлением единичногосигнала элемента И 33 этот сигнал через элемент ИЛИ 35 данной группы элементов переключает связанный с нимтриггер 34, а через элемент ИЛИ 36этот же сигнал переключает отдельныйтриггер 37, после чего устройствовновь переходит в режим накопленийданных аналогично описанному, Времяформирования сигналакомпаратором 9при достижении измеряемой величинойсоответствующего уровня отсчета и время появления ближайшего строб-импульса в общем случае не совпадают. Поэтому каждое стробирование измеряемойФормула изобретенИя величины и ее дискретный отсчет в режиме накопления дайных смещены поуровню и во времени относительно точки отсчета, определяемой соответствующим опорным уровнем,количество измерительных компараторов выбирают, исходя иэ требуемогошага квантования измеряемой величиныпо уровню. Час-. ь из этих кбмпараторов одновременно используется и длязадания шага дискретизации иэмеряемой величины по времени с учетом ми-нимального шага дискретизации, опре-деляемого строб-импульсами, и априорных прикидовных оценок спектральныхи временных параметров сигналов Длятого, чтобы положение элементов блока15управления сжатием данных и регистра 8 соответствовало изменившимся с пере.ключением генератора 11 сигналам компараторов 9, с появлением сигнала запуска генератора 11 в форроват е 2043 формируется сигнал сброса. Этотсигнал передается в цепи сброса регистра 8, блока сжатия данных, делителя 45 числа сигналов на два и одновременноо бло киру ет воз можную передачу строб-импульсов через ключевойэлемент 46 на время переключенияэтих блоков, Измерения заканчиваютсярегистрацией последнего дискретного,значения измеряемой величины после, 30завершения цикла накопления. Об этомблоку 26 сигнализирует элемент И 52по совпадению сигналовпоследней1 ступени генератора 6 и делителя 47.После регистрации совокупности35дискретных эйачений начинается режимобработки данных и восстановления исходной измеряемой неличины,Изобретение позволит повысить скорость измерений параметров периодичес-щ 0ких сигналов с изменяющимися в широкомдиапазоне формой, длительностьюи уровнем благодаря переходу от равно.мерного к неравномерному шагу дискретиэ ации. 45 1, Цифровое иэмерительное стробоскопическое устройство, содержащее синхронизатор, вход которого соединен с измерительным входом устройства, а выход - с входом генератора пилооб" разного напряжения, выходом подключенного к первому входу компаратора, второй вход которого связан с первым ныходом генератора ступенчатого напря жения и делитель числа сигналов, вход которого соединен с выходом сит- нала конца цикла блока регистрации 60 и обработки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения скорости измерения параметров периодических сигналов, оно снабжено линейныманалоговым ключевым элементом, .эле- . 65 ментом И"НЕ, регистром кода,-измери -тельными компаратораьи, тремя элементамй ИЛИ, реверсивным генераторомступенчатого напряжения, делителемнапряжения, включающим декады ремис"торов со ступенями от В до В 10 "распределителем сигналов, шунтовымиключевыми элементами, блоком управления сжатием данных, формирователемсигйала, делителем числа сигналов надва, двумя ключевыми элементами, триг-гером, элементом И и счетчиком импульсов, выход которого соединен с вторым информационным входом блока регистрации и обработки, ".четный входс входом генератора ступенчатого напряжения и выходом первого ключевогоэлемента, а нход сброса " с выходоМделителя числа сигналов, вторым входом сброса блока управления сжатиемданных, вторым входом .элемента И ипервым входом третьего элемента ИЛИ,выход которого подключен к первомувходу делителя числа сигналов на два,а второй вход - к выходу формирователя сигнала и второму входу второгоэлемента ИЛИ, первый вход которогосвязан с выходом сигнала. конца цикла блока регистрации и обработки,а выход - с входом сброса регистракода, выход которого соединен с пер-вым инФормационным входом блока регистрации и обработки, кодовые входы - с выходами измерительны.: компараторов, первый кодовый вход - с первым вхоом элемента И-НЕ, второй .вход которого подключен к выходу компаратора, второму входу делителя числа сигналов на дна, входу стробирования .блока управления сжатием данных,первому входу второго ключевого эле мента и второму входу управления ли-нейного аналогового ключевого з,.емента, первый вход управления которогосвязан с выходом синхронизатора,:вход - с измерительным входом устроЯства, выход - с первыми входами измерительных коипараторов, а третий входуправления - с выходом триггера й третьим входом второго ключевого элемен"та, второй вход которого соединен свыходом сигнала отсчета блока управления сжатием данных и .первым входомпервого ключевого элемента, а выхбдс входом сигнала приема кода блокарегистрации и обработки и первым входом триггера, вторым входом подключенного к выходу сигнала конца цикла блока регистрации и обработки, вход сигнала конца измеренийкоторого связан с выходом элементаИ, а третий информационный вход - скодовым выходом распределителя сигналов, вход запуска которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ,входом запуска реверсивного генератора ступенчатого напряжения и входом формирователя сигнала, первый11 74825312 вход реверса - с первым входом первого элемента ИЛИ, первым входом реверса реверсивного генератора ступенчатого напряжения, выходом к-го измерительного компаратора, (к) -"ым входом сигнала уровня отсчета блока уп равления сжатием данных, второй вход реверсас выходом элемента И-НЕ, вторым входом первого элемента ИЛЙ к вторымвходом реверса реверсивного генератора ступенчатого напряжения выход которого подключен ко второму входу к-го измерительного компаратора и выводу последней мпадшей декады резисторов со стуйенью В10-" -:х-" " делителя напряжения, вывод первой 15 старшей декады которого связан с обшей шиной устройства, соединенные друг с другом выводы д 1 екад резисторов со ступенями В 10. - со вторыми входами йзмерительнйх компарато" ров, выводы декад резисторов со ступенями В 10 "и В - с выходами шунтовых ключевых элементов, управляющйе входй которых соединены с вы.ходами управления распределителя сигналов, причем выход второго измерительного компаратора подключен к первому входу сигнала. уровня отсчета блока сжатия данных, первый вход сброса;которого связан,с первйм входом первого ключевого элемента, вторым. ЗО входом соединенного с выходом делителя числа сигналов на два, а первый., вход хзламейта И подключен ко. второму выходу генератора ступенчатого напряжения. Э 52, Устройство по и, 1 о т л и ч а ю ш е е с я тем, что блок управ 1ления сжатием данных включает отдельный элемент ИЛИ, отдельный триггери группы взаимосвязанных элементов,каждая" из которых содержит два злемейта И, элементы НЕ и ИЛИ и трйггер,первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход - свыходом первого элемента И, а выходс вторым входом второго эЛемента И,выход которого подключен к первомувходу элемента ИЛИ, а первый входк выходу элемента ЙЕ, вход которогосвязан с первым входом первого .элемента И и входом сигнала уровня отсче"таданной группы, причем вторые входя первых элементов И и третьи входывторых элементов И всех групп соединены с входом стробирования блока управления сжатием данных, вторые входы элементов ИЛИ всех групп подключены.к первому входу сброса блока управления сжатием данных, а выходы вторых элементов И и триггеров всехгрупп свяэ аныс входами отдельногоэлемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом отдельного триггера, второй вход которого подключенко второму входу сброса блока управления сжатием данных, а выход к выходу сигнала отсчета блока управпениясжатием данных,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе.1. Рябинин Ю. А. Стробоскопичес"кое осциллографирование, Советское радио И., 1972, с, 226-230.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2363597/2 1,кл. С 01 В 13/02, 1976 (прототип) . ЦНИИПИ Заказ 5249/2Фйхлхихал ППППатентф, г, Ужго 19 Подписное,р роектная,хдХх-" ХхХйх ,-хЕ хЫЬ:Х Ю: .- ХжФЕЪие;.хх "-х хХХХх 4 ЕМФ, х - -, .хихон М,Ъхх:ю юо -х.- . - х;,ъ-;, х,чх