SU1444949A1 - Преобразователь врем -амплитуда импульсов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к информационно-измерительной технике и может быть использовано в экспериментальной  дерной физике, оптике, радиолoKaipra, лазерной дальнометрии при измерении временных интервалов с высокой точностью . Изобретение позвол ет повысить точность преобразовани  временных интервалов в амплитуду импульсов и расширить область применени  путем возможности приема импульсов с различной формой фронта нарастани -стоп- импульсов за счет того, что в устройство , содержащее три дискриминатора уровн , три преобразовател  врем  - амплитуда, аналоговый сумматор, два элемента задержки, введены три элемен та задержки, два усилител , два мультиплексора , источник опорного напр жени , элемент вычитани , компаратор, формирователь импульсов и триггер. Введение этих блоков позволило оценивать форму фронта стоповых сигналов и автоматически перестраивать параметры устройства таким образом, чтобы уменьшить дополнительную погрешность, измерений, обусловленную изменени ми формы фронта .стоповых импульсов и ее отклонени  от линейной. 2 ил. (Л с

Description

li фь

4)

;о

Изобретение относитс  к информационно-измерительной технике и может быть использовано в экспериментальной  дерной физике, оптике, радиолокации, дазерной дальнометрии при измерении временных интервалов с высокой точностью .

На фиг. 1 приведена структурна  схема преобразовател  врем -амплитуда импульсов; на фиг. 2 - временна  диаграмма его работы дл  стоповых импульсов с различной формой фронта нарастани .

Преобразователь врем  - амплитуда импульсов (фиг.1) содержит входные шины 1 и 2, Старт-импульса и Стоп- им- пульса, дискриминаторы 3,4 и 5 уровн  п ть элементов 6-10 задержки, три преобразовател  11-13 врем  - ампли- туда, компаратор 14, элемент вычитани  15, источник 16 опорного напр жени , триггер 17, мультиплексоры 18 и 1.9, формирователь 20 импульсов, усилители 21 и 22, аналоговый сумматор 23 и выходную шину 24.

Устройство работает следующим образом .

Входной стартовый импульс (фиг.2а) задающий начало измер емого интервала времени, поступает на шину 1 и с нее чернз элемент 10 задержки - на стартовый вход преобразовател  11 врем  - а|лш1итуда, запуска  в нем процесс Преобразовани  (фиг.26). Входной стоповый сигнал (фиг.2в) по шине 2 поступает на вход дискриминатора .4 уровн  и через элемент 6 задержки, с временем задержки приблизительно равным максимально возможной длительности фронта нарастани  стоповых импульсов, на входы дискриминаторов 3 и 5 уровн  (фиг, 2г). Уровень запуска Uj дискриминатора 4 уровн  определ ет минимальную амплитуду стоповых импульсов, которые могут регистрироватьс  устройством . Уровни запуска U и U дискриминаторов 3 и 5 уровн  устанавливаютс , исход  из соотношени :

и U2 Uj, и (и, + и, )./2.

В момент превышени  входным.стоповым импульсом уровн  напр жени  U дискриминатор 4 уровн  формирует стандартный импул1зс (фиг.2д) с длительностью несколько превьшающий длитель- ность фронта входного импульса. Этот импульс поступает через первый выход

дискриминатора 4 уровн  на стартовый вх од преобразовател  12 врем  - амплитуда и запускает его. Со второго выхода дискриминатора 4 уровн  импульс, поступает на управл ющий вход нормально заблокированного дискриминатора 3 уровн  и разблокирует последний. Дискриминаторы 3 и 5 уровн  запускаютс  в моменты превьш1ени  задержанным элементом 6 задержки стоповьш сигна- лЬм пороговых напр жений U, и U (фиг. 2е,ж) и формируют стандартные стоповые сигналы дл  преобразователей

11и 12 врем  - амплитуда. Преобразователь 11 врем  - ампли туда  вл етс  основным и осуществл ет собственно преобразование временных интервалов, заданных парой старт- и стоп-импульсов в сигнал, пропорциональный амплитуде. Преобразователь

12врем  - амплитуда совместно с усилител ми 21 и 22 обеспечивает -формирование корректирующего сигнала (фиг.2н), который складываетс  с выходным сигналом основного преобразовател  11 врем -амплитуда в сумматоре 23 (фиг.2о) и компенсирует таким образом , погрешности измерени  временных интервалов, возникающие в дискриминаторе 3 за счет флуктуации амплитуды , длительности и формы нарастани  стоповых импульсов.

Амплитуда корректирующего воздействи , формируемого на втором входе аналогового сумматора 23 (фиг.2н), устанавливаетс  различной дл  сигналов, фронт которых описываетс  функци ми с положительной и отрицательной второй производной таким образом, чтобы дл  обоих их типов без дойолнительной перестройки параметров схемы минимизировать св занные с изменени ми входных стоповых импульсов разбросы амплитуды выходных сигналов сумматора. С этой целью используютс  два усилите- л  21 и 22 с различающимис  коэффициентами передачи, так, что величины соотношений v , где - отношение коэффициентов преобразовани  блока 11 и блока 12 дл  заданных сигналов, имеют значени , близкие к оптимальным Выбор величины у , необходимой дл  работы.с текущим стоповым импульсом, осуществл етс  при помощи мультиплексора 18,подключающего,в зависимости от формы фронта стопового импульса, ко второму входу аналогового сумма- iтора 23 один из усилителей 21 или 22.

Оценка формы фронта нарастани  регистрируемого стопового импульса производитс  при помощи блока, содержащего дискриминатор 5 уровн , преобразователь 13 врем -амплитуда, коэффициент передачи которого вдвое пре- вьшает коэффициент передачи преобразоател  12 врем -амплитуда,компаратор 14, элемент (5 вычитани  и источник ю 16 опорного напр жени . Принцип работы этого блока основан на выделении и сравнении временных интервалов между моментами перехода стоповым импульимпульсов , на которой происходит переключение параметров канала компенсации погрешностей (величины у ).

Выходной сигнал U, (фиг.2и) элемента 15 вычитани  сравниваетс  в компараторе 14 с выходным сигналом . преобразовател  13 врем -амплитуда (фиг.2к), трансформирующего в амплитуду временной интервалГ,, зафиксированный дискриминаторами 3 и 5 уровн .

Преобразователь 13 врем -амплитуда имеет коэффициент передачи в два раза

сом трех равномерно размещенных поро-15 превьшающий значение К так, что при

говых напр жений.

Очевидно, дл  случа  линейно на- рас.тай)щего фронта при выполнении ус- . лови  , Uj-U временной интервал ij между моментами перехода сигналом 20 уровней и, и Uj равен половине временного интервала ,3 между моментами перехода сигналом уровней Ui и U-,

регистрации стоповых импульсов с фронтом, описываемьм функцией с положительной второй производной (d 70), амплитуда его выходного сигнала U, превышает выходной уровень напр жени  элемента 15 вычитани , и на выходе компаратора 14 формируетс  уровень логической единицы. При регистрадии

Дл  сигналов, фронт нарастани  которых описываетс  функцией с отрицательной второй производной, гГ,0,5,1, (2 tj.,j), а дл  сигналов противоположной кривизныtj cJjO,5(2C ,7t:jj) , Очевидно также, что временной интервал

Т,5 можно вьфазить через временной ин-30 криминатора 5 уровн  (фиг.2з), задер- тервал At, между моментами запуска дискриминаторов 3 и 4 уровн  (фиг,2в .т). следующим образом

стоповых импульсов с противоположной 25 кривизной фронта u U,j, и на выходе компаратора 14 по вл етс  потен- циал логического нул . Полученна  таким образом информаци  фиксируетс  в триггере 17 (фиг,2л) импульсом дисжанНым при помощи элемента 7 задерж- .. ки на врем  переходных процессов в преобразовател х 12 и 13 врем  - амплитуда , элементе 15 вычитани , компараторе 14, и используетс  далее дл  управлени  мультиплексорами .18 и 19, При наличии единичного состо ни , триггера 17 мультиплексор 18 подключает ко второму входу сумматора 23 выход усилител  21, который имеет, коэффициент передачи больший, чем усилитель 22 и соответствующий оптимальному значению J дл  сигналов с фронтом, описывающимс  функцией с положительной второй производной,Если триггер 17 выходным сигналом элемента 7 задержки устанавливаетс  в нулевое состо ние, то ко второму входу сумматора 23 подключаетс  выход лител  22 с меньшим значением коэф- фит иента передачи, соответствующим оптимальному значению J дл  сигналов с противоположной кривизной фронта. Стробируетс  мультифтексор 1В выходным сигналом элемента 7 задержки, сформированным формирователем 20 имг пульсов, таким образом, чтобы его. . длительность соответствовала длительност м полок выходных сигналов преоб I ткуда

и

Г, - fit,

}

, - и

ПВА

г

где .К - козффициент передачи преобразовател  12 врем  - амплитуда;

задержка сигналов в элементе 6 задержки;

амплитуда, выходного сигнала преобразовател  12 врем - - амплитуда, пропорциональна  временному интервалу t

-3

ПВА

Формирование величины осуществл етс  при помощи элемента 15 вычитани , на суммирующий вход которой с источника 16 опорного напр жени  по- даетс  опорный уровень Ц, , а на вычитающий вход - выходной сигнал преобразовател  12 врем  - амплитуда, Льедестал Ugустанавливаетс  в процессе настройки устройства таким образом чтобы выбрать оптимальную с точки зрени  минимизации погрешности измег рений промежуточную форму стоповых

регистрации стоповых импульсов с фронтом, описываемьм функцией с положительной второй производной (d 70), амплитуда его выходного сигнала U, превышает выходной уровень напр жени  элемента 15 вычитани , и на выходе компаратора 14 формируетс  уровень логической единицы. При регистрадии

стоповых импульсов с противоположной 25 кривизной фронта u U,j, и на выходе компаратора 14 по вл етс  потен- циал логического нул . Полученна  таким образом информаци  фиксируетс  в триггере 17 (фиг,2л) импульсом дис0 криминатора 5 уровн  (фиг.2з), задер-

5

0

5

жанНым при помощи элемента 7 задерж- .. ки на врем  переходных процессов в преобразовател х 12 и 13 врем  - амплитуда , элементе 15 вычитани , компараторе 14, и используетс  далее дл  управлени  мультиплексорами .18 и 19, При наличии единичного состо ни , триггера 17 мультиплексор 18 подключает ко второму входу сумматора 23 выход усилител  21, который имеет, коэффициент передачи больший, чем усилитель 22 и соответствующий оптимальному значению J дл  сигналов с фронтом, описывающимс  функцией с положительной второй производной,Если триггер 17 выходным сигналом элемента 7 задержки устанавливаетс  в нулевое состо ние, то ко второму входу сумматора 23 подключаетс  выход лител  22 с меньшим значением коэф- фит иента передачи, соответствующим оптимальному значению J дл  сигналов с противоположной кривизной фронта. Стробируетс  мультифтексор 1В выходным сигналом элемента 7 задержки, сформированным формирователем 20 имг пульсов, таким образом, чтобы его. . длительность соответствовала длительност м полок выходных сигналов преоб51444949

разоватеЛей 11 и 12 врем  - амплитуда (фиг.2м).

Триггер 17 управл ет также мультиплексором 19 импульсов, который g совместно с элементом 9 задержки используетс  дл  коррекции пьедеста- ла, возникающего в выходном сигнале устройства при переключении параметров канала компенсации погрешности ю (изменении у ). При переходе от сигналов с положительной второй производной функций фронта нарастани  к сигналам, фронты нарастани  которых описываютс  функцией с отрицательной второй производной, амплитуда выходного сигнала устройства уменьшаетс . Поэтому при регистрации стопового импульса второго вида выходной импульс дискриминатора 3 дополнительно задерживаетс  при помощи элемента 8 задержки, подключаемого через мультиплексор 19 к стоповому входу преобразовател  11 врем  - амвого дискриминатора уровн  подключен к первому входу второго преобразовател  врем  - амплитуда, второй вход которого объединен с входом второго . элемента задержки и подключен к выходу второго дискриминатора уровн , первый вход третьего преобразовател  врем  - амплитуда соединен с первым выходом третьего дискриминатора уровн , о тличающ и,и с   тем.

чТо, с целью повышени  точности преобразовани  и расширени  области применени  за счет возможности приема им15 пульсов с различной формой фронта нарастани  стоп-импульсов, введены первый и второй усилители, первый и второй мультиплексоры, комЛаратор, триггер , фор шр9ватель импульсов, третий,

20 четвертый и п тый элементы задержки, источник опорного напр жени  и элемент вычитани , первый вход которого подколочен к выходу источника опорного напр жени , второй вход подключен к шштуда. Величина этой задержки выби- 25 выходу третьего преобразовател  вре- раемой равной- ли/КJ, . . м  амплитуда, а выход - к йервому

входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу второго преобразовател  врем  - амплитуда, а выЗО хрд - к информационному входу триггера , тактовый вход которого объединен с входом формировател  импульсов и подключен к выходу второго элемента задержки, выход формировател  под-g клюЧен к стробирующему входу первого

- мультиплексора, к первому и второму информационным входам которого подключены соответственно выходы первого и второго усилителей, входы которых держки, в свою очередь, компенсирует Q объединены и подключены к выходу тре- пьедестал в амдлитуде выходного сигна- тьего преобразовател  врей  - ампли- ла устройства, возникающий из-за эле- туда, второй вход которого соединен

с первым выходом первого дискриминатора уровн , второй вход которого

45 соединен с вторым выходом третьего

дискриминатора уровн , вход которого

где К - коэффициент передачи преобразовател  11 врем  - амплитуда; ди - изменение среднего уровн 

выходного сигнала устройства при переходе от одной формы стоповых импульсов к другой.

Claims (1)

1. Включенный на втором выходе дис- криМинатора 3 элемент 9 задержки служит дл  компенсации времени подготовки сигнала управлени  мультиплексором 19 в элементах 5,7,17. Элемент 10 заментов 9 и 6 задержки. Формула изо бретени 

   Преобразователь врем  - амплитуда i импу льсов, содержащий первый, второй и третий дискриминаторы уровн , пер- вый второй и третий преобразователи врем  - амплитуда, первый и второй элементы задержки и аналоговый сумматор , выход которого  вл етс  выходной шиной, а первый вход подключен к выходу первого преобразовател  врем  амплитуда, первый вход первого дискриминатора уровн  объединен с. входом второго дискриминатора уровн  и через первый элемент задержки подключен к входной стоп-шине, первый выход пер50

    вл етс  шиной стоп-импульса, а второй выход первого дискриминатора уровн  через третий и четвертый последовательно соединенные элементы задержки подключен к первому информационному входу второго мультиплексора, к второму информационному входу кото- рого подкрочен выход третьего элемен- j. та задержки, управл ющие входы первого и второго мультиплексоров объединены и подключены к выходу триггера, выход первого мультиплексора соединен с вторым входом аналогового сум-

   вого дискриминатора уровн  подключен к первому входу второго преобразовател  врем  - амплитуда, второй вход которого объединен с входом второго . элемента задержки и подключен к выходу второго дискриминатора уровн , первый вход третьего преобразовател  врем  - амплитуда соединен с первым выходом третьего дискриминатора уровн , о тличающ и,и с   тем.

   50

    вл етс  шиной стоп-импульса, а второй выход первого дискриминатора уровн  через третий и четвертый последовательно соединенные элементы задержки подключен к первому информационному входу второго мультиплексора, к второму информационному входу кото- рого подкрочен выход третьего элемен- j. та задержки, управл ющие входы первого и второго мультиплексоров объединены и подключены к выходу триггера, выход первого мультиплексора соединен с вторым входом аналогового сум-

   |

   Ш I

   в в f «3

   а, к

   X

   ,

   Н

   Фае 1

   ,29-4