SE431803B - Kopplingsanordning for pulsbreddsmetning - Google Patents

Description

7807334-3 2 pEtt utföringsexempel av uppfinningen beskrivs nedan under hänvisning till den bifogade ritningen. På ritningen visar r fig 1 diagram för illustration av de vid pulsbredds- mätning uppträdande mätfelen, fig 2 en kopplingsanordning för pulsbreddsmätning, med vilken de i fig 1 illustrerade mätfelen kan undvikas, och fig 3 ett diagram för illustration av arbetssättet för kopplingsanordningen enligt fig 2. ' Diagram A i fig 1 visar en fyrkantspuls med bredden T och amplituden VS1. Pulsen börjar vid tidpunkten ta och slutar vid tidpunkten te. Mätningen av pulsbredden T kan ske därigenom att en räknare igångsättes vid tidpunkten ta, vilken räknare räknar klockpulser med normerad frekvens och stoppas vid tid- punkten te. Åntalet räknade pulser är då ett mått på puls- bredden T. Styrningen av räknaren kan exempelvis ske genom en tröskelvärdestrigger, som sätter igång räknaren när signalspän- ningen Vs överskrider ett fast inställt tröskelvärde VT som åter stoppar räknaren när signalspänningen åter faller under tröskelvärdet VTR. Vid lodräta pulsflanker stämmer denna tidpunkt R, och exakt med begynnelsetidpunkten ta respektive sluttidpunkten te hos pulsen, så att mätningen av pulsbredden T sker utan mätfel.

Denna mätning skulle även vara invändningsfri i det fall att pulsamplituden VS1 ändrar sig eller att signalspänningen vid slutet av pulsen ej faller till begynnelsevärdet (i det visade -exemplet värdet 0) utan till ett annat spänningsvärde VS2.

Detta gäller givetvis under förutsättning att tröskelvärdet -VTR ligger mellan spänningsvärdena VS1 och V52.

På grund av den begränsade bandbredden hos överförings- systemet och/eller mätsystemet står dock ej vanligen fyrkants- pulser med lodrätt stigande och fallande flanker till förfog- ande för pulsbreddsmätningen. Genom de förekommande tidskon- stanterna utsmetas pulserna, så att pulsflankerna stiger och faller exponentiellt, såsom antyds med streckade linjer i fig 1.

I diagrammen B, C och D i fig 1 har de mätfel visats, som kan uppträda när pulsflankerna är utsmetade. För enkelhets skull är dessa pulsflanker i diagrammen ej exponentiella utan linjära. '7807334-3 Såsom framgår av diagram B motsvarar den uppmätta puls- bredden Tm pulsbredden T för den ursprungliga fyrkantpulsen endast om tröskelvärdet VTR, vid vilket räknaren igångsättes och åter stoppas, ligger exakt på halva höjden för den stigande och fallande flanken. Vid ett högre liggande tröskelvärde V'TR är den uppmätta pulsbredden T'm för kort och vid ett för lågt liggande tröskelvärde V“TR är den uppmätta pulsbredden T"m för lång.

Såsom visas i diagram C i fig 1 kan vid ett fast in- ställt tröskelvärde VTR mätfel även uppkomma om pulsamplituden är underkastad svängningar. Om tröskelvärdet VTR exempelvis är så inställt att det för en puls med amplituden VS1 ligger på halva flankernas höjd och sålunda den uppmätta pulsbredden Tm motsvarar det riktiga värdet T, leder samma tröskelvärde V för en annan puls med amplituden V's1 till en felaktig TR pulsbredd T'm.

Diagram D i fig 1 visar det mätfel som kan förorsakas genom att signalspänningen vid slutet av pulsen ej faller till begynnelsevärdet 0 utan till ett värde VS2. Om i detta fall pulsbredden mäts enligt den ovan beskrivna principen med ett enda fast inställt tröskelvärde VTR1, som ligger på halva den stigande flankens höjd blir den uppmätta pulsbredden T'm för stor. För att i detta fall ett mätfel skall undvikas måste tröskelvärdet VTR2 vid vilket räknaren stoppas ligga på halva den fallande flankens höjd och sålunda vara förskjutet från tröskelvärdet VTR1.

I fig 2 visas en kopplingsanordning med vilken de ovan beskrivna mätfelen kan undvikas.

Det antages att de pulser som skall mätas avgives av en pulssändare 1 och efter mottagning av en pulsmottagare 2 och förstärkning i en förstärkare 3 föreligger i den utsmetade formen med sneda respektive exponentiellt stigande och fallande flanker. För mätning av pulsbredden tillföres de på utgången av förstärkaren 3 uppkommande pulserna med amplituden VS signalingången av tröskelvärdestriggern 4, vilken på en tröskel- spänningsingång mottager en tröskelspänning VTR1. Så snart pulsens stigande flank överskrider tröskelspänningen VTR1 avger tröskelvärdestriggern 4 en signal, som sätter igång en klock- ivsováza-3 pulsräknare 5. Klockpulsräknaren 5 mottager på sin räknarin- gång klockpulser, vilka avgives av en klockpulsgenerator 6 med konstant frekvens. Klockpulsperioden är tillräckligt liten i förhållande till den pulsbredd som skall mätas, så att det mot den önskade mätnoggrannheten svarande antalet klockpulser räknas i klockpulsräknaren 5 under varje puls varaktighet.

De på utgången av förstärkaren 3 avgivna pulserna till- föres dessutom signalingången på en andra tröskelvärdestrigger 7, vilken på sin tröskelspänningsingång mottager en tröskel- spänning V . När spänningen på den fallande pulsflanken faller TR2 under tröskelspänningen VTR2 signal, som stoppar klockpulsräknaren 5. Antalet i klockpuls- avger tröskelvärdestriggern 7 en räknaren 5 räknade pulser är då ett mått på pulsbredden.

Räknarens 5 räknarställning och därmed pulsbredden kan indike- ras i en indikeringsanordning 8.

De hitintills beskrivna kopplingsdelarna motsvarar kon- ventionella anordningar för mätning av pulsbredden genom räk- ning av klockpulser. Dessa anordningar ger upphov till de í samband med fig 1 beskrivna mätfelen om tröskelspänningarna V TR1 och VTR har ett fast inställt värde.

Den nâdan beskrivna delen av kopplingsanordningen en- ligt fig 1 erbjuder en fortlöpande inställning av tröskel- värdesspänningarna VÉR1 och VTR2 på sådant sätt att de beskriv- na mätfelen undvikes och mätningen av pulsbredden hela tiden är noggrann.

För detta syftemâl pålägges de av förstärkaren 3 av- givna pulserna styringången i en grindkoppling 9, vilken på 7' signalingången mottager de av klockpulsgeneratorn 6 avgivna klockpulserna och vars utgång är förbunden med ingången av en tillkommande klockpulsräknare 10. Klockpulsräknaren 10 inställes genom en icke visad anordning före varje mätning på sådant sätt, att den efter räkning av ett förutbestämt antal klockpulser kortvarigt sluter en omkopplare 11, som för tyd- lighets skull illustreras såsom en mekanisk kontakt. I verk- ligheten utgöres denna omkopplare emellertid vanligen av en elektronisk omkopplare. Omkopplaren 11 förbinder kortvarigt ett momentanvärdesminne 12 med förstärkarens 3 utgång. Momen- tanvärdesminnet 12 utgöres av en i anglosaxisk litteratur 7807334-3 under beteckningen "sample & hold" känd koppling, vilken av- känner en under kort tid anlagd spänning och lagrar det av- kända värdet.tillnästa avkänning. Momentanvärdesminnet 12 håller sålunda det i ögonblicket för slutning av omkopplaren 11 uppkomna ögonblicksvärdet av pulsspänningen.

Momentanvärdesminnets 12 utgång är ansluten till en spänningsdelare 13, som består av två likadana motstånd R1 och Rz ningen pàlägges såsom tröskelspänning VTR1 tröskelvärdestrig- . Den på spänningsdelarens 13 spänningsuttag uppkomna spän- gerns tröskelspänningsingång.

Till momentanvärdesminnets 12 utgång anslutes vidare en andra spänningsdelare 14, som består av två motstånd R3 och R4, varvid motståndet R3 är väsentligt mindre än motstån- det R4. På spänningsdelarens 14 spänningsuttag uttages sålunda en spänning, som endast är något mindre än den i momentäfifiüfles- minnet 12 lagrade ögonblicksspänningen. Denna spänning till- föres såsom tröskelspänning VTR3 tröskelspänningsingången av en tröskelvärdestrigger 15, vars signalingång mottager de av förstärkaren 3 avgivna pulserna. Tröskelvärdestriggern 15 är så anordnad att den på sin utgång avger en spänning när den på signalingången liggande pulsspänningen ligger under tröskel- spänningen VTR3. Denna spänning pàlägges styringången i en grindkoppling 16, vilken på sin signalingång mottager klock- pulserna från klockpulsgeneratorn 6. Grindkopplingens 16 utgång är förbunden med räknaringângen i en klockpulsräknare 17. Klock- pulsräknaren 17 är på liknande sätt som klockpulsräknaren 10 utformad så att den före början av varje mätning inställes på en förutbestämd räknarställning och på sin utgång avger en signal när antalet räknade pulser motsvarar den förinställda räknarställningen. Genom denna utgångssignal slutes en om- kopplare 18 kortvarigt, vilken omkopplare förbinder ett andra momentanvärdesminne 19 med förstärkarens 3 utgång. Sålunda lagras det vid ögonblicket för slutning av omkopplaren 18 rådande ögonblicksvärdet av pulsspänningen i momentanvärdes- minnet 19.

Utgångarna av de båda momentanvärdesminnena 12 och 19 är förbundna med de båda ingångarna av en adderingskoppling 20, som är så utformad, att den på sin utgång avger halva summan 7807334-3 av de på sina båda ingångar anliggande spänningarna. Denna ut- gångsspänning tillföres såsom tröskelvärdesspänning VTR2 tröskelspänningsingângen av tröskelvärdestriggern 7.

Arbetssättet för kopplingen enligt fig 2 skall förklaras under hänvisning till diagrammet enligt fig 3. _ Fig 3 visar med punktstreckade linjer en av pulssända- ren 1 avgiven fyrkantpuls, som börjar vid tidpunkten ta och slutar vid tidpunkten te. Pulsen stiger från värdet 0 till amplituden VS1, men faller ej åter ned till begynnelsevärdet 0 utan endast till ett högre liggande spänningsvärde V52. I fig 3 visas den på utgången av förstärkaren 3 alstrade pulsen med utdragna flanker i heldragna linjer, varvid de stigande och fallande flankerna för enkelhets skull åter presenteras linjära, fastän de i verkligheten vanligen har ett exponen- tiellt förlopp, såsom förklarats under hänvisning till fig 1.

Denna skillnad är dock betydelselös för förklaringen av anord- ningens funktionssätt.

Vid tidpunkten t1 kort efter pulsens början har puls- spänningen uppnått ett värde, som svarar mot grindkopplingens 9 omslagströskel, så att räkningen av klockpulserna i klockpuls- räknaren 10 sker fr o m denna tidpunkt. Klockpulsräknaren 10 har före mätningens början inställts på en räknarställning, som svarar mot en tidsperiod t1, som är större än den största väntade varaktigheten av de stigande pulsflankerna, så att efter tiden t1 vid tidpunkten t2 pulsen med säkerhet uppnått sin fulla amplitud V51. Vid tidpunkten t2 kortvaraktigt omkopplaren 11, så att det vid denna tidpunkt sluter pulsräknaren 10 rådande momentanvärdet V lagras i momentanvärdesminnet 12.

S1 .Fr o m denna tidpunkt uppträder en spänning på spänningsdela- rens 13 spänningsuttag, som är lika med hälften av pulsampli- tuden V , så att det för tröskelspänningen V på tröskel- S1 TR1 spänningsingången av tröskelvärdestriggern 4 gäller: V = lg..

TR1 2 Vidare uppträder en tröskelspänning VTR3 på spänningsdelarens 14 spänningsuttag, vilken spänning ligger något under pulsampli- tuden VS1. 7807334-3 När spänningen av den fallande flanken efter pulsens slut vid tidpunkten t3 faller under tröskelspänningen VTR3 avger tröskelvärdestriggern 15 en spänning, som öppnar grindkopplingen 16, så att pulsräknaren 17 börjar räkningen av klockpulser.

Pulsräknaren 17 har före mätningens början inställts på en räknarställning, som motsvarar en tidsvaraktighet tz, som är större än varaktigheten för den längsta förväntade fallande flanken. När sålunda pulsräknaren 17 efter räkning av ett antal pulser svarande mot en varaktighet t2 vid tidpunkten t4 kort- varigt sluter omkopplaren 18 har signalspänningen uppnått vär- det VS2, som numera lagras i momentanvärdesminnet 19.

Adderingskopplingen 20 mottager sålunda på sina båda ingångar spänningarna V51 och V52 och den avger till tröskel- spänningsingången av tröskelvärdestriggern 7 tröskelspänningen: Vs1 J' Vsz TR2 _ 2 Denna tröskelspänning ligger exakt på halva höjden av pulsens fallande flank och detta oberoende av det värde VS2 som signal- spänningen antar efter pulsens slut.

Vid mätning av nästa puls igångsättes sålunda pulsräkna- ren 5 vid tidpunkten t'a, vid vilken tidpunkt spänningen av den stigande pulsflanken når tröskelspänningen VTR1. Om det antages att pulsamplituden V31 ej väsentligt har ändrat sig i förhållande till föregående puls motsvarar sålunda tidpunkten t'a för mätningens början exakt tidpunkten för den riktiga tidsmätningen. vid tidpunkten tz sker åter lagringen av ögonblicksvär- det VS1 av den för tillfället anliggande pulsen, varigenom tröskelspänningen VTR1 fastlägges för mätning av nästa puls.

Räknaren 5 stoppas vid tidpunkten t'e, vid vilken tid- punkt spänningen av den fallande pulsflanken uppnår den av adderingskopplingen 20 avgivna tröskelspänningen VTR2. vid tidpunkten t4 lagras slutligen åter signalspänningen V82 i momentanvärdesmínnet 19, varigenom även tröskelspänningen VTR2 fastlägges för mätningen av nästa puls.

Av fig 3 framgår att den genom räkning av klockpulserna i klockpulsräknaren 5 mätta tiden Tm mellan tidpunkterna t'a 78971534 '-3 och t'e är exakt lika med pulsbredden T mellan tidpunkterna tå och te. Pulsbreddsmätningen sker sålunda exakt oberoende av det faktum att pulsflankerna ej stiger och faller lodrätt samt av det faktum att signalspänningen vid slutet av pulsen ej motsvarar begynnelsevärdet. Kopplingen erbjuder en riktig mät- ning av pulsbredden redan vid den andra pulsen i en pulsföljd och mätningen är riktig så länge som pulsamplituden ej föränd- rar sig väsentligt från en puls till nästa, vilket vanligen är fallet.

Om dock pulsamplítuden med ansenligt belopp sprângvis förändrar sig mellan två på varandra följande pulser är dock pulsbreddsmätningen åter riktig redan fr o m näst-nästa puls.

Man observerar att den beskrivna kopplingen även arbe- tar riktigt i det fall att signalspänningen efter avslutad puls åter faller ned till begynnelsevärdet 0. I detta fall skulle dock samma tröskelspänning VTR1 användas för de båda tröskelvärdestriggrarna 4 och 7, så att kopplingselementen 14, 15, 16, 17, 18, 19 och 20 skulle kunna utelämnas.

Claims (4)

'7807334-3 PATENTKRAV

1. Kopplingsanordníng för pulsbreddsmätning, innefattande en tröskelvärdestrigger, som mottager de pulser som skall mätas och utlöser pulsbreddsmätningen i det ögonblick i vilket puls- spänningen överskrider en tröskelspänning, samt innefattande en anordning som avslutar pulsbreddsmätningen när pulsspän- ningen sjunker under en tröskelspänning, inkluderande ett momentanvärdesminne som avkänner och lagrar pulsamplitudvärdet och såsom tröskelspänning pålägger en i ett konstant förhål- lande till det lagrade pulsamplitudvärdet stående spänning på tröskelvärdestriggern, k ä n n e t e c k n a d av att anordningen för avslutande av pulsbreddsmätningen innefattar en andra tröskelvärdestrigger (7) som mottager de pulser som skall mätas, att ett andra momentanvärdesminne (19) är anord- nat, som efter slutet av den fallande flanken i varje puls utlöses i och för avkänning och lagring av signalspännings- värdet, och att en adderingskoppling (20) är ansluten till ut- gångarna av de båda momentanvärdesminnena (12, 19), vilken adderingskoppling till en med tröskelspänningsingången av den andra tröskelvärdestriggern (7) förbunden utgång avger en spänning, som ligger mitt emellan utgångsspänningarna från de båda momentanvärdesminnena (12, 19).

2. Kopplingsanordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av en första tidsmätningsanordning (6, 10) för utlösning av det första momentanvärdesminnet (12) efter en tidsperiod från. början av varje puls svarande mot varaktigheten för pulsens stigande flank, och av en andra tidsmätningsanordning (6, 17) för utlösning av det andra momentanvärdesminnet (19) vid slutet av den sjunkande flanken av varje puls.

3. Kopplingsanordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att en spänningsdelare (14) med ett spänningsdelningsför- hållande nära l är ansluten till utgången av det första momen- 78017334-3 10 tanvärdesminnet (12), och att en tillkommande tröskelvärdes- trigger (15) är anordnad, vilken mottager de pulser som skall mätas och vars tröskelspänningsingång är förbunden med spän- ningsdelarens (14) uttagspunkt och som sätter igång den andra tidsmätníngsanordningen (6, 17) när pulsspänningen sjunker under tröskelspänningen.

4. Kopplingsanordning enligt krav 2 eller 3, k ä n n e - t e c k n a d av att varje tidsmätningsanordning (5, 6; 6, 10; 6, 17) innehåller en räknare (5, 10, 17), som räknar de av en klockpulsgenerator (6) avgivna pulserna. 7