SU560202A1 - Способ цифрового измерени длительности электрического импульса - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может использоватьс  в системах измерени  параметров выходных импульсов фотоэлектрических преобразователей наносекундного диапазона.

Известен цифровой способ измерени  длительности импульса, основанный на подсчете числа импульсов эталонной частоты за промежуток времени, равный длительности исследуемого импульса. Этот способ не позвол ет измер ть длительности короче сотен наносекунд из-за ограниченной разрешающей способности счетчиков импульсов. Способ не позвол ет измер ть длительиость на уровне, заданном в процентах от максимального значени  импульса . Точность у известного способа недостаточно высока .

Известен также способ, который построен на сочетании двух способов. В качестве первого способа используетс  способ аналогового преобразованп  длительности исследуемого импульса, основанный на преобразовании временного масштаба - зар дно-накопительный. Второй способ - цифровой способ измерени  интервала времени между началом н концом расширенного импульса - способ последовательного счета. Динамический диапазон длительностей , измер емых способом, от единиц наносекунд до единиц миллисекунд при погрешности измерени  4-5%.

Однако точность этого способа ограничена точностью амплитудной дпскриминации, нелинейностью при зар дно-разр дном расширении зафиксированного интервала времени, предельно BOSMOHOibiM коэффициентом расширени  этого импульса. Быстродействие способа ограничиваетс  длительностью заполн емого счетными и.мпульсами расширенного импульса, котора  определ етс  требовани ми точности.

Цель изобретени  - увеличение точности, быстродействи  и расширение диапазона измер емых длительностей в сторону меньших значений. Это достигаетс  тем, что по способу цифрового измерени  длительности электрического п.мпульса путем сравнени  опорного импульсного напр жени  и мгновенных значений возрастающей и убывающей частей исследуемого импульса, фпксацни моментов равенства и последующей шифрации зафиксированных моментов времени формируют синхронно с исследуемым импульсом вспомогательный одиночный световой импульс пикосекундной длительности , задерживают исследуемый и вспомогательный импульсы на врем  формировани  опорного импульсного напр жени , а последний - дополнительно на эталонные промежутки времени, равные двум трет м его длительности , поочередно возбуждают задержанными световыми ответвленными импульсами

пучки фотоэлектронов в р де каналов сравнени  исследуемого и опорного импульсного напр жений , компенсируют мгновенными значени ми напр жений нарастающей и убывающей частей исследуемого импульса равные отклонени  пучков фотоэлектронов, вызванные опорным импульсным напр жением, выдел ют в моменты полной компенсации путем пространственной селекции Илмпульсы фототока из пучков возбужденных в эти моменты, фиксируют факты по влени  сигналов на выходах каналов сравнени , распредел ют импульсы опроса по элементам, открываемым при фиксации , собирают пропущенные импульсы опроса , исключают импульсы, пропущенные соседними каналами сравнени , раздельно фиксируют исключенные импульсы, подсчитывают число импульсов опроса в интервале времени, ограниченном двум  оставшимис  после исключени  импульсами опроса, и корректируют результат вычитанием числа, равного половине эталонного промежутка времени, при срабатывании двух каналов во врем  нарастани  и добавлением того же числа при срабатывании двух каналов во врем  убывани  импульса, причем опорное импульсное напр жение, равное заданной части максимального значени  исследуемого импульса, получают с помощью р да аналогичных каналов сравнени , в которых возбуждают пучки фотоэлектронов расщиренным вспомогательным световым импульсом , сообщают возбуледенным лучкам эталонные отклонени  с помощью дискретно отличающихс  по величине эталонных посто нных напр жений, а выходные импульсные токи, нарастающие за наносекундное врем  и имеющие заданную амплитуду, получают путем одновибраторного вторично-электронного умножени  и суммируют на общей нагрузке.

При измерении по этому способу, в частности , фиксируютс  моменты равенства значений исследуемого и заранее сформированных опорных импульсов с помощью сверхкоротких импульсов излучени , возникающих через известные эталонные промежутки времени и возбуждающих фотоэлектронные пучки, управл емые опорным и исследуемым сигналами и селектируемые в пространстве.

Положительный эффект такого способа обусловлен введением операций над безынерционными фотоэлектронными пучками, возбужденными сверхкороткими импульсами излучени  и управл емыми сравииваемыми импульсами . Благодар  введению этих операций увеличена разрешающа  способность по времени , что позвол ет расщирить диапазон измер емых длительностей в сторону меньщих значений.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - временна  диаграмма импульсов.

Устройство состоит из источника 1 светового импульса пикосекундной длительности, оптической системы 2, включающей линию задержки , ответвители, ослабители и корректирующие

элементы, расщирители 3 светового импульса, блока 4 формировани  опорного импульсного напр жени , линии 5 задержки, блока 6 фотоэлектронных нуль-органов и блока 7 запоминани , шифрации и корректировки результата . Блок 4 включает р д фотоэлектронных каналов сравнени  и формировани  импульсов , источник дискретно отличающихс  эталонных посто нных напр жений и сумматор

импульсов. Каждый канал сравнени  содержит фотокатод, фокусирующую и ускор ющую системы , отклон ющие системы, диафрагму с пр моугольной щелью на входе одиовибраторного вторично-электроиного умножител , а

также механическую систему, включающую щелевую диафрагму и коаксиальный цилиндр - световой и магнитный экран и иозвол ющую управл ть формой и положением светового п тна на внешней поверхности фотокатода .

Способ реализуетс  следующим образом. Исследуемый сигнал (фиг. 2,а) одновременно иоступает на вход источника 1 и вход линии 5. Формируемый синхронно с исследуемым

сигналом одиночный световой импульс (фиг. 2,6) подаетс  на вход системы 2 и расширител  3. Расширенный импульс (фиг. 2,s) поступает на световой вход блока 4. На электрический вход блока 4 подаетс  с отвода лиНИИ 5 задержки задержанный исследуемый сигнал (фиг. 2,г). Исследуемый сигнал иоступает на сигнальные отклон ющие пластины всех каналов сравнени . На опорные отклон ющие пластины подаютс  дискретно отличающиес  эталонные посто нные напр жени . В моменты равенства мгновенных значений напр жени  переднего фронта исследуемого сигнала и эталонных напр жений формируютс  импульсы, суммируемые иа общей нагрузке . Блок 4 формирует опориый импульс напр жени  (фиг. 2,d) с длительностью, превышающей длительность исследуемого сигнала, и амплитудой, равной заданной части пикового значени  этого сигнала. Задержанныепикосекундные световые импульсы (фиг. 2,ж) с выходов системы 2 поочередно поступают на фотокатоды нуль-органов блока 6. Эти нульорганы состо т из тех же элементов, что и устройства сравнени  блока 4, но их умиожители работают в режиме усилени . Световые импульсы возбуждают в нуль-органах узкие плоские пучки фотоэлектронов. Опорный импульс блока 4 подаетс  на первые нары отклон ющих пластин всех нуль-органов блока

6 и смещает в них иучки фотоэлектронов в сторону от щелей диафрагм. Исследуемый сигиал (фиг. 2,е), задержанный линией 5 на врем  формировани  опорного импульса, поступает на вторые пары отклон ющих пластин всех нуль-органов блока 6. В моменты равенства мгновенных значений напр жени  переднего и заднего фронтов исследуемого сигнала и напр жени  опорного импульса пучки фотоэлектронов, возбуждаемые в эти моменты в нуль-органах, попадают в щели диафрагм )i на выходах нуль-органов, в которых равенство напр жений совпало с по влением пучка фотоэлектронов, по вл ютс  сигналы (фиг. 2,з). Эти сигналы измен ют состо ние фикснрующих триггеров блока 7. После окончани  исследуемого сигнала производитс  шнфрацн  зафиксированных моментов времени . При этом с разр дных выходов распределител  блока 7 на импульсные входы схем совпаденн , открываемых фиксирующими триггерами, поочередно поступают импульсы опроса. Этн импульсы пропускаютс  открытыми схемами совпаденн , собираютс  и подаютс  через схему исключени  импульсов, пропущенных соседними каналами сравнени , на цифровой измеритель чнсла онросиых импульсов в иитервале времени, ограниченном двум  оставпшмнс  после исключени  импульсами опроса. Полученный результат равен числу эталонных промежутков времени в интервале времени, равном длительности иссследуемого сигнала на заданном уровне. С целью уточнени  результата фиксируют факты срабатывани  двух соседних каналов сравнени , использу  дл  этого исключенные импульсы. Эти импульсы с помощью логических схем раздельно подаютс  на два дополнительных триггера. После окончани  опроса фиксирующих триггеров импульс с распределител  подаетс  на две дополнительные схемы совнаденн , св занные с дополнительными трнггерамн, и проходит через ту из схем, котора  оказалась открытой . К выходу первой дополнительной схемы совпадени  подключена схема, осуществл юща  вычитание, а к выходу второй - схема , осуихествл юща  добавление в случае ироиускани  импульса опроса числа, равного половнне эталонного нромежутка времени, к полученному результату. При исследовании выходных импульсов фотоэлектрических преобразователей может быть также использован несинхронизируемый источник одиночного светового импульса (оптический генератор с самосинхронизацией мод в сочетании со схемой выделени  одиночного импульса). В этом случае входы исследуемого фотоэлектрического преобразовател  и блока формироваии  опор}1ого импульса оптически св зывают с расширителем импульсов.

Формула и 3 о б р е т е и и  

Способ цифрового измерен   длительности электрического импульса путем сравнени  опорного импульсного напр жени  и мгносскиых значений возрастающей и убывающей частей исследуемого импульса, фиксации моментов равенства ;; последующей шнфрации зафиксированных моментов времени, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  точности , быстродействи  и расщиренн  диапазона измер емых длительностей в сторону меньщих значений, формируют синхронно с исследуемым импульсом всиомогательный световой импульс пикосекундной длительности, задерживают исследуемый и вспомогательный импульс на врем  формировани  опорного нмпульсного напр жени , а последний - дополнительно на эталонные промежутки времени, равные двум трет м его длительности, ноочередно возбуждают задержанными световыми ответвленнымн импульсами пучки фотоэлектронов в р де каналов сравненн  исследуемого и опорного имиульсиого напр жений, компенсируют мгновенными значенн мн напр жений

нарастающей и убывающей частей исследуемого импульса равные отклонени  пучков фотоэлектронов , вызванные оиорным импульсным напр жением, выдел ют в мо.менты полной компенсации путем пространственной селекции импульсы фототока из пучков, возбужденных в эти моменты, фиксируют факты ио влепи  сигналов на выходах каналов сравнени , распредел ют импульсы опроса ио элементам , открываемым при фиксации, собнрают пропуиденные импульсы опроса, исключают импульсы, пропущенные соседними каналами сравиени , раздельно фиксируют исключенные имнульсы, подсчитывают число импульсов опроса в интервале времени, ограниченном двум 

оставншмие  после п.ллючени  н 1нульсамн оп)оса, и корректируют результат вычитанием числа, равного половпие эталонного промежутка времени, при срабатываиии двух каиалов во врем  нарастани  и добавлением того

же чнсла прп срабатывании двух каналов во убывани  мнульса, причем опорное импульсиое напр жение, равное заданной части максимального значени  исследуемого нмпульса , получают с помощью р да аналогичных каналов сравнени , в которых возбужда от пучки фотоэлектронов раси1преииым вспомогательным световым импульсом, сообщают возбужденным пучкам эталонн1з1е отклонени  с помощью дискретно отличающихс  по величине эталоииых посто нных напр жений, а выходные импульсные токи, нарастающие за наносекундное врем  и имеющие задаиную амплитуду, получают путем одновпбраторного вторично-электронного умножени  ммиpyют па общей нагрузке.