Устройство для измерения затухания сигналов ультразвуковых линий задержки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1670626 А 0 01 й 27/28 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Я ЗАТУ КОВЫХ льАер ыствней инии ряе- пазо- нных ииз ие иа ва О Ол ГОСУДАРСТВЕ ННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТЙЯПРИ ГКНТ СССР АБТОРСКОМЧ СВИДЕТЕЛЬСТВ(561 Авторское свидетельство СССР(54) УСТРОИС ВО Д 1 Я ИЗМЕРЕНХАНИЯ СИГНАЛОВ УЛЬТРАЗВЛИНИЙ ЗАДЕРЖКИ(57) Изобретение относится к измной технике и может быть испол ьзоизмерения затухания сигналов линжки. Цель изобретения - повышенродействия и точности измерениявыходных сигналов ультразвуковзадержки в диапазоне значениймых амплитуд как во всем рабочемне частот, так и в отдельных фикси частотных точках диапазона - достигается введением генератора 5 тактовых импульсов, распределителя 13 импульсов, блока 6 задания установок, генератора 15 ступенчатого напряжения, формирователя 4 модулирующих импульсов, дополнительных измерителей отношений амплитуд сигналов, измерительных каналов 3-13-п, содержащих управляемый аттенюатор 7, коммутатор 8, усилитель 9, пиковый детектор 10 и аналого-цифровой преобразователь 11, Блок 14 обработки цифровых данных содержит формирователи опорного сигнала, цифровые компараторы, две группы элементов И, переключатели и регистрирующий прибор, Устройство также содержит управляемый генератор 1, испытуемую линию 2 задержки, основные измерители отношения амплитуд сигналов. 1 з,п.ф-лы, 3 ил,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения затухания сигналов линии задержки.Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерения уровней выходных сигналов ультразвуковой линии задержки в диапазоне значений измеряемых амплитуд как во всем рабочем диапазоне частот, так и в отдельных фиксированных частотных точках диапазона.На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - блок-схема блока обработки цифровых данных; на фиг.З - временные диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства.Устройство содержит управляемый генератор 1, испытуемую линию 2 задержки, измерительные каналы 3-13 - п, формирователь 4 модулирующих импульсов, генератор 5 тактовых импульсов, блок 6 задания уставок, управляемый аттенюатор 7, коммутатор 8, усилитель 9, пиковый детектор 10, аналого-цифровой преобразователь 11 (щ - число измеряемых параметров) измерители 12-1,12-в отношений амплитуд сигналов, распределитель 13 импульсов, блок 14 обработки цифровых данных, генератор 15 ступенчатого напряжения, формирователи 16-116-П 1 опорного сигнала, цифровые компараторы 17-117 - в, элементы И 18- 118-в, элементы И 19 - 1.19 - в, регистрирующее устройство 20, переключатели 21-121-в.Управляемый генератор 1, являющийся источником входного сигнала в виде радио- импульсов для испытуемой линии задержки, подключен выходом к входным клеммам для подключения испытуемой линии 2 задержки и к первому входу измерительного канала 3-1.Устройство содержит и измерительных каналов 3-1.3-п, которые предназначены для преобразования амплитудных значений радиоимпульсов, присутствующих на выхо. де испытуемой линии задержки, в цифровой код. В каждый из каналов входит усилитель 9, пиковый детектор 10, аналого-цифровой преобразователь 11, а также коммутатор 8 и управляемый аттенюатор 7, обеспечивающий работу усилителя 9 в заданном диапазоне амплитуд входных сигналов, временную выборку которых обеспечивает коммутатор 8. При этом входы управляемого аттенюатора 7 являются соответственно входами измерительного канала 3, выход аттенюатора 7 соединен с первым входом коммутатора 8, второй вход которого является третьим входом измерительного канала. Выход коммутатора 8 соединен с входомусилителя 9, выход которого соединен с пер 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вым входом пикового детектора 10, второй вход которого является четвертым входом измерительного канала. Выход пикового детектора 10 соединен с первым входом АЦП 11, второй вход которого является пятым входом измерительного канала, а выход АЦП 11 является выходом измерительного канала, К второму входу измерительных каналов 3 - 13-п подключены соответственно выходы блока 6, предназначенного для установки внешним управлением значения затухания в аттенюаторе каждого из каналов.К третьему входу измерительных каналов 3 - 13-п подключены соответственно третьи выходы распределителя 13 импульсов,К четвертым и пятым входам всех измерительных каналов 3 - .13 - п подключены соответственно четвертый и пятый выходы распределителя 13 импульсов. Первый вход измерительных каналов 3 - 23 - и соединен с выходными клеммами для подключения испытуемой линии 2 задержки.Генератор 5 тактовых импульсов является источником входных сигналов для распределения 13 импульсов и своим выходом подключен к входу последнего, первый выход которого соединен с входом генератора 15 ступенчатого напряжения, первый выход которого соединен с первым входом управляемого генератора 1, а второй выход - с входом блока 14 обработки цифровых даннеых, Генератор 15 ступенчатого напряжения является преобразователем числа импульсов, поступивших на его вход, а напряжение управления частотой управляемого генератора 1,Формирователь 4 модулирующих импульсов входом соединен с выходом 3-1 распределителя 13 импульсов и обеспечивает на своем выходе, соединенном с вторым входом управляемого генератора 1, импульсный сигнал заданной длительности. Выход распределителя 13 импульсов соединен с входом блока 14 обработки цифровых данных, остальные входы которого соединены соответственно с выходами измерителей 12-112-е отношений амплитуд сигналов.Первый вход измерителя 12-1 соединен с выходом измерительного канала 3-1, а второй вход - с входами измерителей 12- 212 - а отношений амплитуд сигналов и с выходом измерительного канала 3 - 1. Вторые входы измерителей 12 - 212-гп соединены соответственно с выходами измерительных каналов 3 - 33 - и.Блок 14 обработки цифровых данных содержит в формирователей 16 опорного сиг 16706265 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 нала, т цифровых компараторов 17, п 1 переключателей 21, п 1 трехвходовых элементов 18 И, п 1 трехвходовых элементов 19 И, регистрирующее устройство, предназначенное для световой или другой регистрации наличия сигналов на соответствующих его входах.Первые входы цифровых компараторов 17 - 117 - т являются соответственно входами блока 14 обработки цифровых данных, а к вторым входам компараторов подключены соответственно выходы формирователей 16 - 1.1 б-в опорного сигнала.Первые выходы цифровых компараторов 17 - 117 - т подключены соответственно к первым входам элементов И 18 - 118 - п 1, а вторые выходы - к входам элементов И 19 - 1,19 - п 1, вторые входы элементов И 18-1 и 19-1, 18-2 и 19-2, , 18-гп и 19 - гп соединены между собой и подключены к клемме соответствующих переключателей 21 - 121 - п 1, вторые клеммы которых соединены между собой и подключены к шине "Лог.1", третьи клеммы соединены между собой и являются вторым входом блока 14 обработки цифровых данных, вход которого соединен с третьим входом всех элементов И 18 - 118-гп и 19 - 119-п 1.Выходы элементов И 18-118-п 1 соединены с соответствующими входами регистрирующего устройства 20, с вторыми входами которого соединены выходы соответствующих элементов И 19-119-п 1,Устройство работает следующим образом,После прихода импульса О 1 (фиг.За) с выхода распределителя 13 импульсов на выходе генератора 15 ступенчатого напряжения устанавливается значение напряжения Ог (фиг.Зб), соответствующее настройке управляемого генератора 1 на начальную частоту рабочего диапазона 11. Количество ступеней напряжения, формируемого генератором 15, определяется требуемым числом контролируемых точек, при этом длительность ступени должна быть больше времени измерений на время переходных процессов в устройстве.На выходе распределителя 13 импульсов с задержкой относительно импульса на первом выходе на время установления частоты в генераторе 1 появляется импульсный сигнал Оз (фиг,Зв), в течение времени действия которого формирователем 4 модулирующих импульсов вырабатывается импульс модуляции и на выходе управляемого генератора 1 появляется радиоимпульс О 4 (фиг,Зг). С выхода высокочастотного генератора 1 радиоимпульс О 4 (фиг.Зг) поступает на входную клемму испытуемой линии 2 и на первый вход управляемого аттенюатора 7 измерительного канала 3-1, Сигналы О 5, Об и От на выходе испытуемой линии 2, задержанные относительно сигнала на входе на время номинальной задержки линии (т), тройное время номинальной задержки(3 т) и на время, не равное номинальному или тройному времени (и г) (фиг,Зд), поступают на первые входы аттенюаторов 7 измерительных каналов 3 - 23-п.Усилитель 9 сигналов каждого иэ каналов работает в диапазоне амплитуд сигналов, одинаковом для всех каналов.Для измерения амплитуд сигналов, превышающих максимальную амплитуду данного диапазона, перед усилителем включен аттенюатор для приведения входных сигналов к значениям рабочего амплитудного диапазона усилителя, Затухание аттенюаторов устанавливается с помощью внешних сигналов, поступающих от блока управления аттенюаторами.В блоке 6 перед началом работы устройства для измерения затухания сигналов ультразвуковой линии задержки (УЛЗ) на каждом из его выходов с помощью любых кодирующих устройств (например, набора переключателей, входящих в блок 6) устанавливаются сигналы в виде цифрового кода для установки величины ослабления в соответствующем управляемом аттенюаторе. Значение ослабления А, вносимого аттенюатором, устанавливается для каждого канала в пределах значений;От величины Амин до величиО 1 максОхны АмаксО 1 мингде Ох - амплитуда сигналов, подлежащих измерению на выходе испытуемой УЛЗ, с различной временной задержкой относительно входного сигнала УЛЗ; значение величины этих сигналов заданы относительно величины входного сигнала УЛЗ - Овх, при этом Овх = ОхмаксО 1 макс, О 1 мин МаКСИмаЛЬНОЕ И МИНИ- мальное значения амплитуды рабочего диапазона входных сигналов усилителя.Таким образом, диапазон амплитуд сигналов б, измеряемых в каждом иэ каналов, равен О 1 масА О 1 мин А.Для перекрытия всего диапазона амплитуд сигналов О, действующих на выходе УЛЗ, требуется число каналовОи= -б50 55 При использовании управляемых аттенюаторов с аналоговым управлением в блоке 6 на выходах(например, с помощью потенциометров, входящих в блок 6) устанавливаются сигналы в виде постоянных напряжений, значения которых обеспечивают требуемое ослабление в соответствующем аттенюаторе.Коммутатор 8 каждОго из каналов пропускает сигналы с выхода аттенюатора 7 на вход усилителя 9 в течение времени действия управляющих импульсов (фиг,Зе,ж,з,и), поступающих с одного иэ выходов распределителя 13 импульсов на вход коммутатора 8 соответствующего измерительного канала (фиг.Зе), При этом импульс Ов, в частности импульс Оз (фиг.Зе,в), на выходе распределителя 13 соответствует по времени действию сигнала на входе линии 2 и открывает коммутатор 8 канала 3-1 на время его изменения,Импульс 0 (фиг,Зж) на выходе распределителя 13 задержан относительно импульса на первом выходе на время тэд и соответствует по времени выходному сигналу Ов (фиг.Зд) линии 2, задержанному на основное время задержки линии.Импульс 01 о (фиг.Зз) на одном выходе распределителя 13 задержан относительно импульса на другом выходе на время 3 г и соответствует по времени выходному сигналу Ов (фиг,Зд) линии 2, задержанному на тройное время основной задержки 3 т,Импульс 011(фиг,Зи) на выходе распределителя 13 задержан относительно импульса на первом выходе на время, не равное т и 3 г, не совпадает с ними и соответствует сигналу От (фиг.Зл), задержанному на время п т.Сигналы с выхода коммутатора 8 соответствующего канала усиливаются усилителем 9, затем преобразуются в постоянное напряжение, пропорциональное максимальному значению напряжения сигнала за время открытого состояния коммутатора 8.По окончании действия импульса на выходе распределителя 13 на его выходе, соединенном с АЦП формируется импульс 012 "Пуск" (фиг,Зк), поступающий на вход АЦП измерительных каналов 3-1,3-п.Сформированный импульс поступает второй вход АЦП 11 каждого иэ каналов и обеспечивает их работу для преобразования постоянного напряжения, поступающего с выхода типового детектора 10 на первый вход АЦП 11, а цифровой код. Затем через время, равное максимальному времени преобразования АЦП 11 каждого из каналов, на выходе распределителя 13 5 10 15 20 25 30 35 40 45 формируется импульс 01 з "Сброс" (фиг.Зл), поступающий на вход 4 измерительных каналов для воздействия нд второй вход пиковых детекторов 10 и обнуля ющий их элемент памяти,На этом заканчивается процесс измерения входного и выходного сигналов УЛЗ 2 в одной частотной точке при воздействии на входе линии одиночного радиоимпульса, При этом действие амплитуд сигналов происходит в уменьшенном динамическом диапазоне отдельных измерительных каналов.Попарно сравниваемые сигналы с выходов АЦП 11 соответствующих каналов 3- 13 - п поступают на входы делимого и делителя цифровых измерителей 12 - 112- щ отношений. При этом на входах измерителя 12 отношений амплитуд сигналов после импульса 01 з (фиг,З) присутствуют измеряемые сигналы, поступающие с АЦП 11 в виде цифрового кода, сохраняющиеся неизменными до появления импульса 012.Цифровой измеритель 12 - 1 отношений измеряет отношение сигнала с выхода канала 3 - 1 к сигналу с выхода канала 3 - 2,Измерители 12 - 212 - п отношений измеряют отношение сигнала с выхода канала 3 - 2 к сигналам с выходов каналов 3- ЗЗ-п соответственно. Результаты измерений отношений с выходов измерителей отношений 12 - 112 - гп поступают на входы блока 14 обработки цифровых данных,В блоке 14 обработки цифровых данных (фиг.2) сигналы, поступающие на его входы, поступают на первый вход цифровых компараторов 17-117-щ, на второй вход которых поступают сигналы с выходов формирователей 16-116-в опорного сигнала, значение которого устанавливается в соответствии с заданным пороговым значением отношений амплитуд сигналов попарно сравниваемых каналов.Значение й опорного сигнала в блоке 16 определяется нормами на значение М отношений амплитуд измеряемых сигналов в попарно сравниваемых каналах с учетом установленного затухания в аттенюаторах 7 сравниваемых каналов: й= - М, йА 1 1 1 ОгА 201где А 1, Аг - величина ослабления аттен юаторов соответствующих каналов;01, 02 - величины сравниваемых сигналов, действующих на первых входах соответствующих каналов,Результат сравнения с соответствующих выходов компараторов 17-117-гп поступает на первые входы соответствующих10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 элементов И 18-118-гп для сигнала с первого выхода и на первые входы соответствующих элементов И 19 119-гп для сигнала с второго выхода. При измерении параметров выходных сигналов во всем рабочем диапазоне частотпереключатели 21 - 1,21 - гп устанавливаются в положение замыкания контактов 1,2 и на вторые входы всех элементов И 18- 1.18-гп и 19 - 1.19-гп поступает сигнал лог, "1".За время действия импульса 04(фиг.Зм), поступающего на третий вход всех элементов И с второго выхода распределителя 13, происходит регистрация результатов измерений. Импульс 014 (фиг,Зм) на втором выходе распределителя (фиг,1) задержан относительно импульса "Сброс" на четвертом выходе распределителя 13 на время переходных процессов в измерителях 12 отношения амплитуд сигналов и цифровых компараторов.При измерении параметров выходных сигналов на заданной частоте переключатели 21 - 121-т устанавливаются в положение замыкания контактов 1,3, При этом вторые входы всех элементов И подключены к второму входу блока 14 обработки цифровых данных, на который поступает сигнал лог. "1" с второго выхода генератора 15 ступенчатого напряжения при значении напряжения, соответствующего заданной частоте на входе измеряемой линии 2,При измерении части параметров во всей рабочей полосе частот переключатели соответствующих измерительных каналов устанавливаются в положении замыкания контактов 1,2,Формула изобретения 1, Устройство для измерения затухания сигналов ультразвуковых линий задержки,содержащее управляемый генератор, выход которого соединен с входными клеммами для подключения линий задержки, измеритель отношений амплитуд сигналов, выход которого соединен с первым входом блока обработки цифровых данных, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений, в него введены генератор тактовых импульсов, распределитель импульсов, блок задания уставок, генератор ступенчатого напряжения, формирователь модулирующих импульсов, дополнительные измерители отношений амплитуд сигналов, а также и измерительных каналов, выполненных в виде последовательно соединенных управляемого аттенюатора, коммутатора,усилителя, пикового детектора и аналогоцифрового преобразователя, причем первый вход управляемого аттенюатора измерительного канала соединен с входными клеммами для подключения линий задержки, первые входы всех измерительных каналов. начиная с второго, соединены с выходными клеммами для подключения линий задержки, вторые входы управляемых аттенюаторов измерительных каналов соединены с соответствующими выходами блока задания уставок, вход распределителя импульсов соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а его первый выход - с входом генератора ступенчатого напряжения, первый выход которого соединен с первым входом управляемого генератора, а второй выход - с вторым входом блока обработки цифровых данных, третий вход которого соединен с вторым выходом распределителя импульсов, третий выход которого соединен с управляющим входом коммутатора первого измерительного канала и через формирователь модулирующих импульсов - с вторым входом управляемого генератора, четвертый выход распределителя импульсов соединен с управляющими входами пиковых детекторов всех измерительных каналов, управляющие входы аналого-цифровых преобразователей всех измерительных каналов соединены с пятым выходом распределителя импульсов, а управляющие входы коммутатора измерительных каналов, начиная с второго, соединены с соответствующими остальными выходами распределителя импульсов, выход аналогоцифрового преобразователя первого измерительного канала соединен с первым входом первого измерителя отношений амплитуд сигналов, второй вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя второго измерительного канала и с первыми входами всех измерителей отношений амплитуд сигналов, начиная с второго, вторые входы измерителей отношений амплитуд сигналов, начиная с второго, соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей соответствующих измерительных каналов, начиная с третьего, выход второго и выходы каждого из последующих измерителей отношений амплитуд сигналов соединены с соответствующими остальными входами блока обработки цифровых данных.2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок обработки цифровых данных содержит формирователи опорного сигнала, цифровые компараторы, две группы элементов И, переключатели и регистрирующий прибор, причем выход каждого формирователя опорного сигнала соединен с первым входом соответствующего цифрово 11167062612го компаратора, его первый выход соединен с первым входом соответствующего элемента И первой группы, а второй выход - с первым входом соответствующего элемента И второй группы, вторые входы элементов И первой и второй групп подключены к первому контакту соответствующего переключателя, вторые контакты которых соединены с шиной логической единицы, второй вход первого цифрового компаратора соединен с первым входом блока обработки цифровых данных, второй вход блока обработки цифровых данных соединен с третьими контактами всех переключателей, а третий вход блока обработки цифровых данных соединен с третьими входа ми всех элементов И первой и второйгрупп, выход каждого из них соединен с соответствующим входом регистрирующего устройства, вторые входы цифровых компарато ров, начиная с 10 второго, являются соответствующимиостальными входами блока обработки цифровых данных.роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 2749 ВНИИПИ Гос Тираж 4397 Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5