CN110244133A - 一种单脉冲宽度测量电路及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单脉冲宽度测量电路及测量方法，属于测量技术领域，该装置包括单脉冲产生电路及测量电路；所述单脉冲产生电路产生待测单脉冲信号，经过测量电路进行测量；所述测量电路与单脉冲产生电路连接；所述测量电路由稳压模块及积分电路组成，单脉冲产生电路所产生的单脉冲信号经过测量电路中的稳压模块后传输到积分电路，通过测量积分电路输出的电压值计算得到单脉冲宽度。所述的测量方法是利用输出电压V₀与单脉冲宽度τ的关系，从而利用万用表来测量单脉冲的宽度；本发明可实现基于电路电子技术测量单脉冲宽度，操作方便，实用性强，可广泛应用于工业生产及实验室研究中，该装置简易，降低了成本并提高了测量的精确性和稳定性。

Description

一种单脉冲宽度测量电路及测量方法

技术领域

本发明属于测量技术领域，具体涉及一种基于电路电子技术的单脉冲宽度测量电路及测量方法。

背景技术

单脉冲，即只有一个脉冲电压的信号，电压在短时间内迅速上升，一段时间后又快速下降，这样就形成一个脉冲，如果只产生一个脉冲，这就是单脉冲。脉冲宽度，就是高电平持续的时间。

脉冲宽度的测量，实质上即是对时间的测量，在现代的生产工程应用和科学技术研究中，我们经常需要对数字信号的脉冲宽度进行测量，脉冲宽度在这里具有极为重要的意义。但是，在现代的生产工程应用中，实际上却没有测量脉冲宽度的相关装置与设备。发生这种情况的原因是在现实的工作环境中，脉冲宽度是比较难以测量准确的，而导致这种现象的发生并非是单纯由于系统本身的原因，而是由于客观条件的限制以及物理条件的限制。为了更好地满足能够测量脉冲宽度这一要求，在保证测量电路具有高精度的同时，还要保证有较高的稳定性。因此，我们采用了电路电子技术来测量单脉冲的宽度。这样的单脉冲宽度测量装置的设计不仅能够节约成本，从而使实验装置性能提高，而且装置的稳定性也会提高。

伴随着电路电子技术的发展，电路电子技术的优点显现了出来。非电量的测量能够通过传感器转换成电信号，再利用电路电子技术进行测量。电路电子技术方面的测量最重要的优势就是更加容易利用计算机与电子技术形成紧密地结合，这样极有利于它通过A/D模数转换或者D/A数模转换与其连接。国内外对于单脉冲宽度的测量装置实际上很普遍，但是，大多数使用的是单片机技术或者CPLD等技术。而使用电路电子技术的几乎没有。

发明内容

基于现有技术中测量脉冲宽度的缺陷，本发明提供了一种基于电路电子技术的单脉冲宽度测量电路及测量方法。

本发明通过如下技术方案实现：

一种单脉冲宽度测量电路，包括单脉冲产生电路及测量电路；所述单脉冲产生电路产生待测单脉冲信号，经过测量电路进行测量；所述测量电路与单脉冲产生电路连接；所述测量电路由稳压模块及积分电路组成，所述稳压模块，用于稳定单脉冲产生电路传输过来的信号，由稳压二极管及电阻组成；所述积分电路，用于测量稳压模块处理过的单脉冲信号的脉冲宽度，由电阻、运算放大器及电容组成；单脉冲产生电路所产生的单脉冲信号经过测量电路中的稳压模块后传输到积分电路，通过测量积分电路输出的电压值计算得到单脉冲宽度。

进一步地，所述单脉冲产生电路由芯片74HC123及外围电路组成，所述外围电路包括两个电容、滑动变阻器Rx及单刀双掷开关S4；其中，芯片74HC123输入引脚/A和引脚GND接地，复位引脚/R和引脚VCC接VCC,引脚B、开关S2及VCC依次连接，引脚B与引脚GND串联R4，引脚RxCx与引脚Cx串联单刀双掷开关S4，S4的一路串联C1，S1的另一路串联C2，引脚VCC与引脚RxCx串联Rx；

所述测量电路中的稳压模块由稳压二极管D1与电阻R1构成，积分电路由电阻R2、运算放大器与电容C3构成，开关S和电阻R2串联到运算放大器的负输入端，运算放大器的正输入端接地，运算放大器的输出端和电容C3相连接于运算放大器的输入端，开关S1与电容C3并联，电阻R1一端接VCC，另一端与开关S相接，稳压二极管D1一端接地，另一端与开关S相接；单脉冲产生电路通过芯片74HC123的输出引脚Q与测量路的开关S相连。

进一步地，所述C1的电容为100pF，所述C2的电容为100μF；所述电阻R1为510欧姆，稳压二极管D1的击穿电压为3.3伏特；所述电阻R2为12千欧姆，电容C3的电容为0.1μF，R4的阻值为1000欧姆，运算放大器型号为芯片OP07。

进一步地，所述通过测量积分电路输出的电压值计算得到单脉冲宽度的公式如下：

其中，V₀为输出电压值，C为电容C3的大小，V_m为运算放大器的电压，R₂为电阻R2的大小，k是固定的数值，τ为所测得的单脉冲宽度。

本发明还提供了一种单脉冲宽度测量电路的测量方法，具体步骤如下：

步骤一、将单脉冲产生电路与测量电路连接，并将单脉冲产生电路及测量电路供电及接地，准备测量；

步骤二、通过单脉冲产生电路产生一个待测单脉冲信号，通过单刀双掷开关来调整档位，通过Rx调整单脉冲信号的宽度范围为1μs-1s；当需要产生脉宽为1μs-1ms的单脉冲时，单刀双掷开关与电容C1接通；当需要产生脉宽为1ms-1s的单脉冲时，单刀双掷开关与电容C2接通；

步骤三、打开串联在主电路上的开关S并闭合并联在电容上的开关S1，使测量电路开始工作，当单脉冲产生电路传过来单脉冲时，用万用表测量运算放大器输出端的电压值；

步骤四、输出电压V₀与单脉冲宽度τ的关系如下：

其中，V₀为输出电压值，C为电容C3的大小，V_m为运算放大器的电压，R₂为电阻R2的大小，k是固定的数值，τ为所测得的单脉冲宽度。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1.本发明基于电路电子技术测量单脉冲宽度，由于电路电子技术测量单脉冲宽度原理简单，操作方便，实用性强，因此可广泛应用于工业生产及实验室研究中；

2.与现有方法相比本发明电路简易，由电路电子技术中的基础原件就可以实现，这些电阻电容之类的原件成本很低，从而大大降低了发明所需的成本；

3.本方法只需用万用表就可以测出最后的结果，而不需要计算机和软件来配合使用，进一步降低了每一次测量的成本；

4.本发明可测量的单脉冲范围是1μs到1s，测量范围大；

5.本发明采用电路电子技术测量单脉冲宽度，改善了其它方法中由于不同计算机及软件，不同设置阈值引入的误差，提高了测量的精确性及稳定性。

附图说明

图1为本发明所述的单脉冲宽度测量电路中的单脉冲产生电路的电路图；

图2为本发明所述的单脉冲宽度测量电路中的测量电路的电路图；

图3为本发明所述的单脉冲宽度测量电路的测试流程图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述。

实施例1

一种单脉冲宽度测量电路，包括单脉冲产生电路及测量电路；所述单脉冲产生电路产生待测单脉冲信号，经过测量电路进行测量；所述测量电路与单脉冲产生电路连接；所述测量电路由稳压模块及积分电路组成，所述稳压模块，用于稳定单脉冲产生电路传输过来的信号，由稳压二极管及电阻组成；所述积分电路，用于测量稳压模块处理过的单脉冲信号的脉冲宽度，由电阻、运算放大器及电容组成；单脉冲产生电路所产生的单脉冲信号经过测量电路中的稳压模块后传输到积分电路，通过测量积分电路输出的电压值计算得到单脉冲宽度。

测量装置电路需要连接单脉冲发生器，单脉冲产生电路，如图1所示：如果输入引脚/A接低电平，复位引脚/R接高电平，则当输入引脚B来一个上升沿时，输出引脚Q会产生一个脉宽为τ的单脉冲。其脉宽τ的大小是由外围电路电阻R_X的大小和电容C的大小决定的，计算公式为：τ＝0.45*R_X*C。单脉冲脉宽的测量范围需要能达到1μs到1s的跨度，因为能达到10⁶跨度的滑动变阻器拧一圈的跨度较大，因此用单刀双掷开关S1来调整档位：1μs到1ms，1ms到1s。R_X选用1203的滑动变阻器，也就是120KΩ，当需要产生脉宽为1μs到1ms的单脉冲时，开关打到100pF的电容上；当需要产生脉宽为1ms到1s的单脉冲时，开关打到100μF的电容上。其中负触发输入端连接电源，正脉冲输出端为该单脉冲产生电路的信号输出端。只需在电源与输入引脚之间串联开关S2即可达到让此单脉冲发生器能够按下开关一次就能够产生一个单脉冲的目的。

测量电路如图2所示，由稳压模块和积分电路构成。测量电路需要连接单脉冲产生电路，之后在输出端用万用表测量输出数值即可。测量电路的稳压模块由稳压二极管D1与电阻R1构成，电阻R1为510欧姆，稳压二极管D1的击穿电压为3.3伏特。稳压模块的作用是稳定单脉冲发生器传输过来的信号。积分电路由电阻R2，运算放大器和电容C3构成，电阻R2为12千欧姆，电容C3的型号是104即0.1μF，运算放大器型号为芯片OP07。芯片OP07是一类低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路，优点有输入失调电压非常低，所以它在许多应用环境下不需要再考虑调零的措施；这种低失调且高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。同时其输入电流低，开环增益高的特点使其适合运用在放大信号的电路的测量设备当中。之所以电阻R2选择比较大的阻值，是因为使用精密电阻成本较高从而选择了常见的电阻，阻值越小造成的误差会越大，相反的情况误差会减小。

积分电路主要是测量该稳定过的信号的持续时间是多少，即单脉冲的宽度。串联在主电路的开关S是整个测量装置的开关，控制着整个测量装置，并联在电容上的开关S2则是积分电路的开关，当它闭合后积分电路不工作，当它断开后积分电路才进入工作状态。运算放大器的芯片由于是双电源激发，所以需要接+5伏特和-5伏特的电压来让运算放大器启动进行工作。该积分电路具体原理如下，利用稳压二极管串联电阻将单脉冲发生器产生的信号进行稳压，再利用运算放大器与电阻以及所电容构成的积分电路测量该单脉冲发生器产生的信号的大小，最后通过万用表测量出的电压值再经过计算可求出输出电压V₀。

本发明还提供了一种基于电路电子技术的单脉冲宽度测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、将单脉冲发生器与测量装置电路按结构示意图(图三)连接，并都供电与接地以做好准备进行测量。

步骤二、通过单脉冲发生器产生一个想要测的单脉冲。单刀双掷开关S1来调整档位：1μs到1ms，1ms到1s。R_X选用1203的滑动变阻器，即120KΩ，当需要产生脉宽为1μs到1ms的单脉冲时，开关打到100pF的电容上；当需要产生脉宽为1ms到1s的单脉冲时，开关打到100μF的电容上。按压在电源与输入引脚之间串联的开关S2即可产生一个想要的单脉冲。

步骤三、闭合串联在主电路上的开关S，断开并联在电容上的开关S1，使测量装置可以工作。用万用表测输出端的电压值。

步骤四、根据积分电路公式Vo＝-1/RC∫vdt。代入实际数值可得输出电压Vo与单脉冲宽度τ的关系是：

其中V₀是输出电压值，C是电容C3的大小，V_m是运算放大器的电压，R2是电阻R2的大小，k是固定的数值，τ是所测得的单脉冲宽度。这样所测量出的数值除以固定数值k就是要求的单脉冲宽度的值。电容C3为0.1μF，电阻R2是120千欧姆，Vm根据测量结果是0.8伏特。经过计算，k的数值是-667。将上述万用表测得的电压值除以k就是单脉冲的宽度。

Claims (5)

1.一种单脉冲宽度测量电路，其特征在于，包括单脉冲产生电路及测量电路；所述单脉冲产生电路产生待测单脉冲信号，经过测量电路进行测量；所述测量电路与单脉冲产生电路连接；所述测量电路由稳压模块及积分电路组成，所述稳压模块，用于稳定单脉冲产生电路传输过来的信号，由稳压二极管及电阻组成；所述积分电路，用于测量稳压模块处理过的单脉冲信号的脉冲宽度，由电阻、运算放大器及电容组成；单脉冲产生电路所产生的单脉冲信号经过测量电路中的稳压模块后传输到积分电路，通过测量积分电路输出的电压值计算得到单脉冲宽度。

2.如权利要求1所述的一种单脉冲宽度测量电路，其特征在于，所述单脉冲产生电路由芯片74HC123及外围电路组成，所述外围电路包括两个电容、滑动变阻器Rx及单刀双掷开关S4；其中，芯片74HC123输入引脚/A和引脚GND接地，复位引脚/R和引脚VCC接VCC,引脚B、开关S2及VCC依次连接，引脚B与引脚GND串联R4，引脚RxCx与引脚Cx串联单刀双掷开关S4，S4的一路串联C1，S1的另一路串联C2，引脚VCC与引脚RxCx串联Rx；

所述测量电路中的稳压模块由稳压二极管D1与电阻R1构成，积分电路由电阻R2、运算放大器与电容C3构成，开关S和电阻R2串联到运算放大器的负输入端，运算放大器的正输入端接地，运算放大器的输出端和电容C3相连接于运算放大器的输入端，开关S1与电容C3并联，电阻R1一端接VCC，另一端与开关S相接，稳压二极管D1一端接地，另一端与开关S相接；单脉冲产生电路通过芯片74HC123的输出引脚Q与测量路的开关S相连。

3.如权利要求1所述的一种单脉冲宽度测量电路，其特征在于，所述C1的电容为100pF，所述C2的电容为100μF；所述电阻R1为510欧姆，稳压二极管D1的击穿电压为3.3伏特；所述电阻R2为12千欧姆，电容C3的电容为0.1μF，R4的阻值为1000欧姆，运算放大器型号为芯片OP07。

4.如权利要求1所述的一种单脉冲宽度测量电路，其特征在于，所述通过测量积分电路输出的电压值计算得到单脉冲宽度的公式如下：

其中，V₀为输出电压值，C为电容C3的大小，V_m为运算放大器的电压，R₂为电阻R2的大小，k是固定的数值，τ为所测得的单脉冲宽度。

5.如权利要求1所述的一种单脉冲宽度测量电路的测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、将单脉冲产生电路与测量电路连接，并将单脉冲产生电路及测量电路供电及接地，准备测量；

步骤二、通过单脉冲产生电路产生一个待测单脉冲信号，通过单刀双掷开关来调整档位，通过Rx调整单脉冲信号的宽度范围为1μs-1s；当需要产生脉宽为1μs-1ms的单脉冲时，单刀双掷开关与电容C1接通；当需要产生脉宽为1ms-1s的单脉冲时，单刀双掷开关与电容C2接通；

步骤三、打开串联在主电路上的开关S并闭合并联在电容上的开关S1，使测量电路开始工作，当单脉冲产生电路传过来单脉冲时，用万用表测量运算放大器输出端的电压值；

步骤四、输出电压V₀与单脉冲宽度τ的关系如下：

其中，V₀为输出电压值，C为电容C3的大小，V_m为运算放大器的电压，R₂为电阻R2的大小，k是固定的数值，τ为所测得的单脉冲宽度。