JPS6020704B2 - デジタル測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はデジタル測定装置、特に二重遅延掃引型オシロ
スコープを用いて選択された２個の波形部分の遅延時間
及び時間差をデジタル的に測定する装置に関する。

オシロスコープは種々の用途を有する最も普及した測定
器の１つであり、複雑な電気的又は物理的現象の全体の
動作貝０ち波形を迅速に観測するのに特に有用である。

然し、直流又は正弦波信号の如き単純な電気信号及び時
間の如き量はデジタル測定器を使用して正確且つ簡単に
測定できる。種々な適用において、周期（周波数）、パ
ルス中、立上り時間、遅延時間又は位相差を求めるため
、オシロスコープに表示される波形上の特定の２点間の
時間差を測定することが屡々必要である。陰極線管のス
クリーンに表示される波形の周期、パルス中、立上り時
間又は立下り時間をデジタル的に測定する従来方法の１
つは日本特許公報昭和４１年第２５９７号に示される如
く、波形上の関○のある２点間の等しいパルス中のゲー
トパルスを発生し、このゲート期間に加わる標準クロッ
クパルスをカウントする。しかしクロツクパルスはゲー
トパルスと同期されないため、従来技法による測定精度
は制限される。他の従来技法は第１及び第２図を参照し
て以下に説明される。

第１図で１点鎖線１０内に囲まれた回路は従来の遅延掃
引オシロスコープと略々同様であり、以下に簡単に説明
する。被観測入力信号は入力端子１４、減衰器及び前層
増中器１６、遅延線回路１８及び垂直出力増中器２０を
介して陰極線管１２に印加される。入力信号の一部分は
減衰器及び前置増中器１６からサンプルされ、トリガパ
ルスを発生するためトリガ発生器２２に印カロされる。
主婦引発生器２４はトリガパルスと同期して傾斜波信号
を発生する。傾斜波信号は制御可能な傾斜即ち婦引速度
制御器２６により１一２一５又は１一３の順序の如き予
定されたステップ方式で選択できる掃引速度を有し且つ
スイッチ２８及び水平出力増中器３０を介して陰極線管
１２の水平偏向板に印加される。主傾斜波信号は一般に
遅延時間倍率器と称するポテンショメータ３４からの制
御可能な基準レベルと比較器３２で比較される。主傾斜
波信号が基準レベルと一致するとき、比較器３２は遅延
したトリガパルスを発生し、掃引速度制御器３８の制御
により掃引速度の選択可能な遅延傾斜波信号発生器３６
から遅延傾斜波信号を開始させる。遅延傾斜波信号はス
イッチ２８を介して選択的に水平出力増中器３０１こ印
加される。夫夫パルス中が主橋引時間及び遅延婦引時間
に対応する主及び遅延ゲート信号は切換え回路４０及び
Ｚ軸増中器４２を介して陰極線管１２の輝度変調電極貝
０ち制御グリッドに印加される。当業者には理解される
如く、前述した従釆のオシロスコープの動作は次の通り
である。

スイッチ２８及び４０が第１図に示した位置（正規モー
ド）にあるとき、主婦引速度で決まる比較的長い時間間
隔の入力信号の波形が陰極線管１２に表示される。切換
え回路４０の下方のスイッチ２８を閉じて（輝度変調モ
ード）Ｚ軸増中器４２に遅延掃引ゲート信号を印加すれ
ば、ポテンショメータ３４及び遅延掃引速度制御器３８
の設定で決まる波形の一部分の輝度が増す。スイッチ２
８及び４０が図示の位置から切換えられるとき（遅延モ
ード）、波形の上述した一部分が両掃引速度比で決る倍
率でスクリーン全面に拡大表示される。遅延時間即ち主
及び遅延掃引の開始点間の時間差は、ポテンショメータ
３４の基準レベルで選択できる。波形上の関０のある任
意２点間の時間間隔の比較的正確な測定は、スクリーン
上の同じ目盛線上にこれら２点が来るようにポテンショ
メータを調整し、その目盛の読みと遅延掃引速度の積か
ら行うことができる。表示波形の任意２点間の遅延時間
則ち時間差をデジタル的に測定するデジタル回路部分４
４を以下に説明する。

第１比較器３２と同様な第２比較器４６が設けられ、主
傾斜波信号をポテンショメータ３４からの第１基準レベ
ルとデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）５０からの出
力を加算する加算器４８から得た第２基準レベルと比較
して第２遅延トリガパルスを発生する。ＤＡＣ５ ０は
増／減制御器５４からの入力パルスをカウントするマイ
クロプｏセッサ５２の可逆カウンタからの入力デジタル
信号を受ける。またこの入力パルス数は時間に変換され
且つ例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等のデジタル表示
器５６に表示される。マイク。プロセッサ５２は主掃引
速度制御器２６から制御信号を受け、単位を制御する。
第２比較器４６の出力即ち第２遅延トリガパルスは遅延
傾斜波信号発生器３６１こ印加されてそれを動作させる
。制御回路５８は比較器３２及び４６の両方に制御信号
を印加して、スイッチ５７を閉じるとき主傾斜波信号発
生器２４に応じて第１又は第２遅延トリガパルスが遅延
懐斜波信号発生器３６に交互に印加される。入力信号の
周期を測定する動作を説明すると、輝度変調モードで２
個の高輝度区域×及びＹを表示波形６０（第２図Ａ参照
）に示すように選択表示する。

第１高緯度区域×はポテンショメータ３４の回動により
、波形６０全体上の任意所望の部分に例えば１つの波形
の前緑位置に選択でき且つ第２高輝度区域Ｙは増／減制
御器５４を調節して次の波形の前緑位置に選択する。ス
イッチ２８及び４０を遅延婦引モード‘こしてスイッチ
５７を閉じると（２重遅延モード）、第２図ＡのＸ及び
Ｙ区域に対応する第２図の波形Ｂ及びＣは拡大されて交
互に表示される（蛍光体の残光時間等により同時に観測
できる）。波形Ｂ及びＣの両方が同一水平目盛線上に並
ぶように増／減制御器５４を調節することにより、デジ
タル表示器５６は、これら両信号の前縁間の実際の時間
間隔則ち波形６０の周期を表わす。第１及び第２図に示
す如き従来のデジタル時間測定は、操作者が暗算せずに
波形上の任意２点間の時間差がデジタル形式で測定表示
できる利点はあるが、第２基準レベルは夫々異なる周期
のクロツクパルスを加える複数のレバー・スイッチであ
る増／減制御器５４を使用て調節しなければならないの
で、確度を増すためビット数の大きいデジタル回路を使
用するときは特に操作及び回路が複雑であり長い測定時
間を要する。

更に大きな欠点は遅延時間則ち王及び遅延傾斜波信号の
開始期間をデジタル的に測定できないことである。更に
また第２基準レベルは比較器３２，４６に印加される主
煩斜波信号の最大電圧を越え易く、そのため第２高輝度
区域をスクリーン外に駆動して観測できなくなる。従っ
て本発明の目的は、遅延時間又は時間差を選択的且つ迅
速にデジタル的に測定するためオシロスコープと組合わ
せた改良されたデジタル測定装置の提供にある。

本発明の好適な一実施例の簡略化したブロック線図を示
す第３図を参照し、以下に本発明の詳細を説明する。

尚、同様な素子には第１図と同じ参照符号を付して説明
の重複を避ける。第３図で、第１基準レベルはポテンシ
ョメータ３４から電圧フオロワ増中器６２を介して導出
され、第１比較器３２の基準入力端子に印加される。

第２ポテンショメータ６４は第１ポテンショメータ３４
の両端に接続され、トランジスタ６８及びェミッタ低抗
器７０，７２を含む電流源から抵抗器６６を介してこれ
らポテンショメー夕３４，６４に電流が供給される。ポ
テンショメータ６４の電圧は演算増中器７４の非反転入
力端子に印加される演算増中器７４の出力及び反転入力
端子間に帰還抵抗器７６が接続される。増中器６２，７
４の出力は抵抗の等しい一対の抵抗器７８，８０を介し
て加算され、抵抗器７８，８０の共通接続点は演算増中
器８２の非反転入力端子に接続される。演算増中器８２
の出力端子は抵抗器７８，８０と等しい一対の抵抗器８
４，８６を介して接地され、その共通接続点は増中器８
２の反転入力端子に接続される。増中器８２の出力は第
２比較器４６の基準端子とべ−ス薮地型トランジスタ８
８のェミッタコレクタ接合を介して増中器７４の反転入
力端子にも供給され、トランジスタ８８のベースは抵抗
器８７，８９より成る分圧器に薮綾される。増中器６２
，７４及び８２を含む回路手段の動作を以下に説明する
。

トランジスタ８８の非導通則ち増中器８２の出力がトラ
ンジスタ８８のベース電位より負である限り、増中器７
４は増中器６２と同様な電圧フオロワ増中器として動作
する。ここでポテンショメー夕３４，６４の摺動子の電
位を夫々Ｅ，，Ｅ２とすると、増中器６２，７４の出力
端子に夫々同じ電位Ｅ，，Ｅ２が現われ、抵抗器７８，
８０の中点にはＥ．及びＥ２の平均電位則ち（Ｅ，十Ｅ
２）／２が現れる。増中器８２の増中度は２であり、増
中器８２の出力電圧は（Ｅ，十Ｅ２）即ち予定の第２基
準電圧となる。トランジスタ８８を含む帰還回路は増中
器８２の出力電位が主煩斜波信号発生器２４の主榎斜波
信号の増大振中と等しく選択されているトランジスタ８
８のベース電位を越すとき導通し増中器８２の出力が煩
斜波信号の技大振中を越すのを防止する。これは２つの
高輝度区域Ｘ及びＹがポテンショメータ３４，６４の設
定に無関係に、常に陰極線管１２のスクリーン内にある
ことを確実にする。主煩斜波信号と基準電圧レベルの関
係を第４図Ａに示す。

第４図Ｂ及びＣは夫々第１及び第２比較器３２，４６か
らの出力を示す。第１及び第２ポテンショメータ３４，
６４から得られる電圧Ｅ，及びＥ２は遅延時間及び関心
のある波形上の２点即ちオシロスコープの高輝度モード
‘こおける高輝度区域×，Ｙ間の時間差に比例すること
に留意されたい。遅延時間又は時間差をデジタル的に測
定するため、増中器６２又は増中器７４の出力がスイッ
チ９２及び抵抗器９４を介してデジタル電圧計９川こ印
加される。デジタル電圧計９０‘ま例えば積分回路、ク
ロックパルス発生器、カウンタ段、デジタル表示装置及
び附属回路を含む任意な従来設計のものでもよい。デジ
タル電圧計９０用の基準電流源９６はトランジスタ９８
、演算増中器１００及び誤差増中器１０２を含む。

トランジスタ９８のェミッ夕は抵抗器１０４を介して正
電圧源に接続され、抵抗器１０４の両端は夫々スイッチ
１０８，１１２を介して抵抗器１０６，１１０‘こ接続
される。トランジスタ９８及び６８のベースは共通接続
され且つ誤差増中器１０２はトランジスタ９８のェミッ
タ電圧をそれのェミッ夕抵抗器及び周囲温度の変化に拘
らずほぼ一定に維持する。基準電位は誤差項中器１０２
の非反転入力端子に印加される。演算増中器１０川まト
ランジスタ９８のコレク夕電流を抵抗器１１４，１１６
によって予定された正確な増中度で増中する。若し主傾
斜波信号発生器２４用の掃引速度制御器２６が掃引速度
を１０進ステップ１−１０−１００・・・・‘で切換え
るならば、電流源トランジスタ９８のェミツタ抵抗器は
固定されてもよく且つデジタル電圧計９０内のデジタル
表示装置の小数点位置のみを掃引速度制御器２６により
切換えれば良い。

然し、掃引速度が掃引速度制御２６により１−２一５一
１０一２０一５０・‘・・・又は１−３−１０−３０・
・・・・のステップで切換えられる研究開発用の高級な
オシロスコープにも、制御器２６と連動してスイッチ１
０８，１１２を制御することにより本発明を適用するこ
とができる。本発明による回路構成は、トランジスタ６
８及び９８へのべ−ス電位が等しいので、誤差増中器１
０２への基準電圧に対し敏感でないことに留意されたい
。デジタル電圧計９川ま実際にはポテンショメータ３４
又は６４の電圧を測定するが、若し選択される掃引速度
を考慮するならば測定電圧は時間に直接関連するので、
デジタル電圧計９川ま電圧一時間変換を介して結果を電
圧ではなく時間で表示できる。以上説明した本発明にる
デジタル測定装置を要約すると、主掃引表示波形上に２
個の波形部分を選択表示し得る所謂二重遅延掃引型オシ
ロスコープの遅延時間及び時間差（△時間）をデジタル
的に測定する為に、第１及び第２連続可変電圧源、両電
圧源の出力電圧加算回路及び両電圧源の出力電圧を測定
するデジタル電圧計を使用し、上記両波形部分の選択は
主婦引信号を第１電圧源の出力電圧及び加算回路の出力
電圧と比較して行なうよう構成したものである。

斯る新規な回路構成の結果、本発明は第１図に示す従来
装置に対し以下の如き種々の顕著な作用効果がある。

○｝ 単一デジタル電圧計を用いて第１及び第２連続可
変電圧源の出力電圧を測定するのみで遅延時間及び時間
差が簡単且つ確実に測定できる。

（２’ ２個の波形部分は夫々ポテンショメータ等を使
用する連続可変電圧源を使用するので、主婦引速度の設
定値に関係なく簡単、正確且つ迅速に任意波形部分の選
択ができる。即ち、従来のデジタル技法による不連続性
及び掃引速度依存性がない。‘３｝、第２基準レベルは
第１及び第２可変電圧源の出力電圧和であるので、２個
の独立した可変電圧源を使用しても必らず第１基準レベ
ル以上となるので測定ミスを犯すおそれがない。

｛４１ 単一連続可変電圧源を使用する従来の遅延婦引
オシロスコープに今一つの可変電流源、加算回路及びデ
ジタル電圧計を付加することにより、本発明によるデジ
タル測定装置が簡単に実現できる。

即ち、従来オシロスコープとのコンパテイピリティーを
具えている。｛５） 加算回路出力を監視し所定レベル
を越すとき第２可変電圧源を制御するりミッタ回路（ト
ランジスタ８８等）を付加することにより、２個の波形
部分を常に陰極線管スクｌｉーン内にとどめることによ
り、不注意による測定ミスが回避できる。

（６ｉ 遅延時間及び時間差はＬＥＤ等により陰極線管
スクリーン近傍に配することもできるが、電子ビームを
文字発生器出力で偏向してスクリーン上に信号波形と同
時に表示することにより観測、特に写真撮影の場合に有
効である。

（７’更に時間測定にデジタル電圧計を使用するので、
入力信号電圧等の測定にも兼用できる。

以上の説明は、本発明の好適な一実施例についてのもの
であるが、本発明の要旨を逸脱せずに種々の変更及び変
形をなし得ることは当業者の理解するところである。例
えば遅延時間と２点間の時間差とをスイッチ９２の自動
切換えにより交互に測定表示するも可である。また基準
電圧発生回路は２つの基準電圧源と差動増中器で構成す
るも可である。更に、輝度変調モードと、第１及び第２
遅延トリガ信号で始動される２つの遅延婦引モードとを
夫々時分割により同じ陰極線管面に同時に表示して測定
を容易にするも可である。

【図面の簡単な説明】

第１図はデジタル測定の可能な従来のオシロスコープの
ブロック線図、第２図は第１図の動作の説明に供する波
形図、第３図は本発明によるデジタル測定装置の好適な
一実施例のブロック線図、第４図は第３図の動作の説明
に供する波形図であり、２４は主婦引発生器、３２，４
６は比較器、３４は第１ポテンショメータ、３６は遅延
傾斜波信号発生器、６２は電圧フオロヮ増幅器、６４は
第２ポテンショメータ、７４，８２は演算増幅器、７８
，８０，８４，８６は抵抗器「 ９０‘まデジタル電圧
計を示す。 第１図 第２図 第４図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 主掃引信号と制御可能な第１及び第２基準レベルと
   を比較して一致点で遅延掃引信号を発生することにより
   表示波形上の２個の波形部分と表示すると共に上記主掃
   引信号開始点から上記最初の波形部分の開始点までの遅
   延時間及び上記両波形部分間の時間差をデジタル的に測
   定する遅延掃引型オシロスコープにおいて、上記第１基
   準レベルは第１連続可変電圧源を用いて発生し、上記第
   ２基準レベルは第２連続可変電圧源及び加算回路を使用
   して上記第１及び第２連続可変電圧源の出力電圧を加算
   して発生し、更に上記遅延時間及び時間差はデジタル電
   圧計を用いて夫々上記第１及び第２連続可変電圧源の出
   力電圧を選択的に測定して求めることを特徴とするデジ
   タル測定装置。