Устройство подавления нестабильностей стробоскопического регистратора

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в стробоскопических установках при наблюдении периодических сигналов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей при одновременном повышении точности. Через блок 22 коммутации напряжения развертки на вход внешней развертки стробоскопического осциллографа 6 поступает последовательность двух опорных напряжений по шинам 30, 31 и выходного сигнала от генератора 8 пилообразного напряжения, что позволяет в трех блоках 9, 10 и 11 последовательно осуществить запоминание периодического сигнала в трех точках, с помощью блоков вычитания 15, 16 и блока 17 деления осуществить не только коррекцию аддитивной, но и мультипликативной погрешностей измерений. Причем коррекция осуществляется для периодического сигнала произвольной формы каждый момент времени для периода преобразования. Кроме того, на чертеже показаны генератор 1 сигналов, источник 2 зондирующего сигнала, исследуемая система 3, приемник 4 зондирующего сигнала, блок 5 синхронизации, электронно-лучевая трубка 7, фильтры 12, 13 и 14 нижних частот, кольцевой регистр 18, формирователи 19, 20 и 21 импульсов, сумматор 23, ключи 24, 25 и 26, клеммы 27, 28 и 29. 1 ил., 1 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ш G 01 R 13/90

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4 24 966 7/24-21 . (22) 24.03.87 (46) 07.05.89. Бюл ..N - 17 (71) Институт физики твердого тела АН СССР (72) А.А. Полянский и В..С. Горнаков (53) 621.317.335 (088.8) (56) Дудоров В. Н., Логунов М. В., Рандоткин В.В., Червенков В.Д. Устройство подавления помех, дрейфа и шума для магнитооптической установки.- .

ПТЭ, 1985, У i с. 146-148.

Даргис 10.А., Кундротас И.Л. Приставка к стробоскопическому осциллографу для подавления дрейфа и шума. — ПТЭ,. 1980, Ф 4, с. 124-126.

„„Я0„„1478130 А1 (54) УСТРОЙСТВО ПОДАВЛЕНИЯ НЕСТАБИЛЬНОСТЕЙ СТРОБОСКОПИЧЕСКОГО РЕГИСТРАТОРА (57) Изобретение относится к электро- измерительной технике .и может быть * использовано в стробоскопических установках при наблюдении периодических сигналов. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей при одновременном повышении точности. Через блок 22 коммутации напряжения развертки на вход внешней развертки стробоскопического осциллографа 6 поступает последовательность двух опорных напряжений по шинам 30, 31 и выходного сигнала от

1478130 генератора 8 пилообразного напряжения, что позволяет в трех блоках 9, 10 и 11 последовательно осуществить . запоминание периодического сигнала в трех точках, с помощью блоков вычитания 15, 16 и блока 17 деления осуществить не только коррекцию аддитивной, но и мультипликативной погрешностей измерений. Причем коррекция осуществляется для периодического сигнала произвольной формы каждый момент времени для периода

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано в стробоскопических установках при наблюдении периодических сигналов.

Цель изобретения — расширение

l функциональных возможностей при одновременном повышении точности.

На чертеже представлена блок-схеI ма устройства подавления нестабильности стробоскопического регистратора.

На схеме показаны генератор 1 сигналов, .источник 2 зондирующего сигнала, исследуемая система 3, приемник

4 зондирующего сигнала, блок 5 синхронизации, стробоскопический ос-. циллограф 6, двухкоординатный само- писец 7, генератор 8 пилообразного напряжения с регулируемой скоростью нарастания, первый 9, второй 10 и третий 11 блоки выборки и хранения, первый 12, второй 13 и третий 14 фильтры нижних частот, первый 15 и второй 16 блоки вычитания, блок 17 деления, кольцевой регистр 18, первый 19, второй 20 и третий 21 формирователи импульсов, блок 22 коммутации напряжения развертки, состоящий из сумматора 23 и ключей

24-26. Кроме того, на схеме показаны клеммы 27-29 и шины 30 и 31 нормированного и опорного потенциометров соответственно.

При этом вход блока 5 синхронизации соединен с выходом генератора 1 сигналов и с клеммой 28, а его выход — с входом синхронизации стробопреобразования. Кроме того, на чертеже показаны генератор 1 сигналов, источник 2 зондирующего сигнала, исследуемая система 3, приемник 4 зондирующего сигнала, блок 5 синхронизации, двухкоординатный самописец 7, фильтры 12, 13 и 14 нижних частот, кольцевой регистр 18, формирователи 19, 20 и 21 импульсов, сумматор 23, ключи 24, 25 и 26 клеммы

27, 28 и 29. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. скопического осциллографа 6, сигнальный вход которого соединен с выходом приемника 4 зондирующего сигнала, вход горизонтального отклонения

5 двухкоординатного самописца 7 соединен с выходом генератора 8 пилообразного напряжения, входы блоков 911 выборки и хранения соединены с выходом усилителя вертикального от10 клонения стробоскопического осциллографа 6, а их выходы соответственно через фильтры 12-14 нижних частот соединены с входами блоков

15 и 16 вычитания, причем выход

15 фильтра 13 нижних частот соединены с входами блоков 15 и 16 вычитания, а выходы фильтров 1 2 и 14 нижних частот соответственно соединены с первым и вторым входами блоков 15 и 16 вычитания, выходы которых соединены с входами блока 17 деления, а его выход соединен с входом вертикального отклонения двухкоординатного

25 самописца 7. Вход кольцевого регистра 18 соединен с выходом блока 5 синхронизации и с входом синхронизации стробоскопического осциллографа 6, а его три выхода соответственно через формирователи 19, 20 и 21 импульсов — с управляющими входами блоков 11, 10 и 9 выборки и хранения ° Блок 22 коммутации напряжения . развертки соединен выходом, которым является выход сумматора 23, с вхо35 дом внешней развертки стробоскопического осциллографа 6, управляемые ключи 24-26 соединены выходами с входами сумматора 23, а их входы соответ14 78130 ственно являются третьим, вторим и первым входами блока 22 коммутации напряжения развертки. Клемма 27 соединена с выходом источника -2 зондирующего сигнала, клемма 29 соединена с входом приемника 4 зондирующего сигнала, первый вход блока 22 коммутации напряжения развертки соединен с выходом генератора 8 пилообразного напряжения с регулируемой скоростью нарастания и с входом усилителя горизонтального отклонения двухкоординатного самописца 7, третий вход — с шиной 30, на которую подан. вспомогательный нормированный потенциал U„,,,,второй вход — с шиной 31, на которую подан вспомогательный опорный потенциал U „„. Упра яющ е входы ючей 26, 25 и 24 20 являются четвертым, пятым и шестым входами блока 22 коммутации напряжения развертки и соответственно соединены с первым выходом кольцевого регистра 18 и с входом третьего формирователя 21 импульсов,с вторым выходом кольцевого регистра 18 и с входом второго формирователя 20 импульсон, с третьим выходом кольцевого регистра 18 и с входом первого формирователя 19 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение возбуждения И „(t) от генератора 1 сигналов с периодом поступает на блок 5 синхронизации и исследуемую систему 3, на которую одновременно воздействует и источник

2 зондирующего сигнала. В результате сигнал, появляющийся на клемме 29, регистрируется приемником 4 зондирующего сигнала и с его выхода поступает на сигнальный вход стробоскопического осциллографа 6. На вход синхронизации осциллографа 6 и на вход кольцевого регистра 18 поступают импульсы с блока 5 синхронизации, амплитуда и длительность которых не зависит от формы и амплитуды выходного напряжения генератора 1 сигналов. Каждый синхроимпульс с выхода блока 5 синхронизации запускает стробоскопический осциллограф 6 и кольцевой регистр 18 с частотой сигнала возбуждения f = 1/tq. При этом при поступлении первого импульса синхронизации на вход кольцевого ре гистра 18 на его первом выходе появляется уровень "1", тогда как на втором и на третьем выходах присутствует уровень "0". При поступлении вт оро г о и тр ет ье r о си нхр онмпул ьс ов на трех выходах кольцевого регистра воз ника ет с оот ветс тв е нно к омбинация уровней "0" "1" "0" и "0" "0"

1 У У f

"1". Далее при поступлении четвертого импульса цикл повторяется. Формирователи 19-21 импульсов запускают ся по срезу выходных импульсов кольцевого регистра 18. Амплитуда и длительность импульсов на выходах формирователей 19-21 импульсов не зависит от формы входных сигналов. Появление уровня "1" на первом выходе кольцевого регистра 18 и его исчезновение приводит к тому, что последовательно открываются .ключ 26 в блоке 22 коммутации напряжения раз-, вертки и блок 9 выборки. и хранения в первом канале, состоящем из блоков 9 и 12. Кпючи 24 и 25 в блоке

22 коммутации напряжения развертки и блоки 10 и 11 выборки и хранения остаются закрытыми. При поступлении второго и третьего импульсов синхронизации соответственно открываются ключ 25 и блок 10 выборки и хранения, ключ 24 и блок 11 выборки и хранения. Поочередное срабатывание ключей 26, 25 и 24 по мере поступления синхроимпульсов приводит к тому, что через равные промежутки времени на вход внешней развертки стробоскопического осциллографа 6 с. выхода сумматора 23 одно за другим поступают три напряжения — медленно изменяющееся напряжение И (Т) развертки с генератора 8 пилообразного напряжения с регулируемой скоростью нарастания, постоянное напряжение U с шины 31 и постоянное напряжение

U, с шины 30. Таким образом, на входе внешней развертки стробоскопи- ческого осциллографа 6 поочередно действуют три источника напряжений.

Одно из них (с выхода генератора 8

Uр,(Т)) является текущим и определяет время полного цикла записи Т, измеряемого U (t) сигнала с периодом

t„. Длительность цикла Т „зависит от скорости нарастания пилообразного напряжения, а его начало определяется моментом запуска генератора

8. Два других напряжения являются вспомогательными и определяют точка| на сигнале t (для U ) и t „(для

U o ), выбранные в качестве опорной 14 78130 и нормировочной. Их значения фиксированы, нб различны и не входят за пределы напряжения внешней развертки стробоскопического осциллогра5 фа 6.

При работе стробоскопического осциллографа в режиме записи на вход его внешней развертки обычно подается изменяющееся за время Т напря- 10

Ч жение U,(Ò) от генератора 8, причем

t время цикла Тц на несколько порядков превышает период напряжения возбуждения t от генератора 1 сигналов.При этом происходит временная трансфор- 15 мация (" растяжка" ) поступающего на сигнальный вход стробоскопического осциллографа 6 быстрого измерительного сигнала в медленное аналоговое напряжение на выходе, усилителя вер" 20 тикального отклонения осциллографа

6. По форме аналоговое напряжение идентично исследуемому, но записано в другом масштабе за время Т . Подача на вход внешней разверткч стробо- 25 скопического осциллографа 6 через блок 22 коммутации напряжения развертки трех последовательно переключаемых уровней напряжений., один из которых изменяется за время записи у)

Тц, а два других фиксированы, приводит к тому, что поступающий с приемника 4 зондирующего сигнала на сигнальный вход быстрый измеряемый сигнал с периодом t „ преобразуется на выходе осциллографа 6 в аналого35 все напряжение, состоящее из трех последовательно чередующихся во времени выборок напряжений. Разделение выборок по трем каналам происходит 4О путем поочередного открытия этих каналов при срабатывании блоков 9" 11 выборки и хранения синхронно с им пульсами на выходе кольцевого регистра 18. Время нахождения блоков 9-11 45 выборки и хранения в открытом сосо тоянии соответствует длительности импульсов формирователей 19-21 и определяется временем запоминания амплитуды выборок, которое устанавливается много меньшим периодом сигнала возбуждения t>..Это позволяет избежать влияния соседних по времени выборок на результаты их последую" щего усреднения в каждом канале.

Фильтры. 12-14 нижних частот устраняют высокочастотные шумы, присутствующие в "растянутом" выходном аналоговом сигнале, и приводят (за счет усреднения) к повышению отношения сигнал — шум, если постоянная времени фильтра a c Тц. Полученные после временной трансформации и усреднения напряжения U „(Т) на выходе фильтров 12-14 нижних частот соответственно первого, второго и третьего каналов в общем случае записываются в виде

U (Т) = К(Т) U,(t.i + U (Т), где К(Т) — усредненный коэффициент преобразования (усиления) измерительного тракта устройства, в который входят источник 2 зондирующего сигнала, приемник 4 зондирующего сигнала, стробоскопический осциллограф 6.

U6(;) — мгновенное значение на.пряжения, поступающего с выхода приемника 4 зондирующего сигнала в момент времени t,. на вход стробоскопи-! ческого осциллографа 6, которое получ ен о п од в озд ейс тви ем мг нов е нного напряжения U(t,) с генератора 1 сигналов с периодом

U (Т) — усредненное напряжение дрейфа измерительного тракта.

Напряжение V (t) не зависит случайным образом от Т, являясь периодической функцией напряжения генератора 1 сигналов, а время t; пробегает все значения его периода (от 0 до

t„), в то время как К(Т) и U (Т) за1 ,висят от Т случайным образом и являются источником медленно меняющихся соответственно мультипликативной нестабильностей исследуемого сигнала. Разделение последовательностей выборок на каналы приводит к тому, что в первый канал (блоки 9 и 12 выборки и хранения) попадают выборки напряжений U .(Т), 1 полученные в моменты подключения к входу внешней развертки стробоскопиъ ческого осциллографа все время изменяющегося напряжения развертки U Р(Т) от генератора 8. Это позволяет записать все мгновенные значения повторяющегося исследуемого сигнала,так как за полный цикл U (Т) время t; пробегает все значения периода исследуемого сигнала t„ Нри подаче на вход внешней развертки постоянного напряжения U „выборки напряжений

П (Т) исследуемого сигнала U<(t,), соответствующие моментам времени попадают во второй канал, а при подаче напряжения U д,р выборки

14 781 30 напряжений U „(Т) с оот ветс твуют исследуемому сигналу U <(t „) в моменты времени t t „и попадают в третий канал. Таким образом, видно, что напряжения на выходе первого U; (Т), второго U (Т)и третьего U „(Т) каналов измерены соответственно в различные моменты периода входного сигнала t., t,, t„. Напряжение U,(Ò) является основным регистрируемым напряжением, несущим информацию о входном сигнале, а U,(Т) и UH(T) являются вспомогательными и служат цля подавления дрейфа нулевого уров10

U 1 (Т) — U,(Т)

U й(T) o(T) с(м) с О

15 ня выходного напряжения измерительного тракта U (Т) и флуктуаций его коэффициента йреобразования К (Т), определяемых возможными нестабильностями источника 2 зондирующего сиг- 20 нала, приемника 4 зондирующего сигнала и стробоскопического осциллографа 6. Фиксированные относительно синхроимпульсов моменты времени t, и в которые происходят выборки опорного И.(Т) и нормировочного

U„(T) напряжений, задаются потенциалами U en u U „, на входах блока,22 коммутации внешней развертки, в то время как текущий момент t сдвигается относительно начала синхроимпульса в каждом последующем периоде исследуемого сигнала синхронно с изменением выходного потенциала генератора 8 пилообразного напряжения с регулируемой скоростью нарастания.

Устранение влияния дрейфа U (Т) на сигналы в первом и третьем каналах получается вычитанием из выходного напряжения первого канала U,(Т) напряжения второго опорного канала

U (Т) в блоке 15 вычитания и соответственно вычитанием из выходного напряжения третьего канала И „(;) напряжения второго опорного канала U, (Т) в блоке 16 вычитания, Правильная ус- 45 тановка вычитаемой последовательности выборок второго опорного канала получается при переключении выходов каналов на входах блоков 15 и. 16 вычитания. Полученные две разности на- 50 пряжений на выходах блоков 15 и 16 вычитания поступают на входы блока

17 деления, на выходе которого, отношение А не зависит уже и от влияния нест абильности К(Т),i5 и пропорционально только U,(t; ) . Таким образом, величина A на выходе устройства оказывается независимой от дрейфа и нестабильности коэффициента преобразования. Соблюдение соотношения U,(t,<) U (t ) достигается при установке фиксированных напряжений U „, и U Ä на входе блока

22 коммутации напряжения развертки.

Предварительной калибровкой устройства определяется соответствие между величиной А и конкретным физическим параметром,,измеряемым в эксперименте.

В устройствах, в которых коэффициент преобразования К достаточно стабилен и требуется подавление только высокочастотного шума и дрейфа, возможно устранение третьего канала и одного вспомогательного напряжения

U „ р . При построении устройства по двухканальной схеме его выходом будет блок 15 вычитания, кольцевой регистр 18 может быть заменен триггером, а напряжение вспомогательного источника U в частном случае, может равняться нулю. Такая схема может быть использована, в частности, для устранения дрейфа нуля непосредственно самого стробоскопичес,кого осциллографа.

Для устранения и видов нестабильностей может быть применена схема с п + 1 каналом и соответствующими кольцевым регистром, блоком коммутации напряжения развертки и вычислительными блоками (вычитания, деления и др.). .При необходимости в предлагаемом устройстве генератор пилообразного напряжения с регулируемой скоростью нарастания, кольцевой регистр, блоки вычитания и деления могут быть выполнены в виде ЭВИ.

Формула иs обретения

1. Устройство подавления нестабильностей стробоскопического регистратора, содержащее генератор сигналов клеммы для подключения исследуемой системы, стробоскопический осциллограф, первый фильтр нижних частот, соединенный выходом с первым входом блока вычитания, второй фильтр нижних частот, соединенный выходом с вторым входом блока вычита 14 78130

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок коммутации .напряжения развертки содержит три ключа, сумматор, выход которого соединен с выходом блока коммутации напряжения развертки, а его входы соединены с выходами первого, второго и третьего ключей,. входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока коммутации напряжения развертки, а их управляющие входы — соответственно с четвертым, пятым и шестым входами блока коммутации напряжения развертки. с

Составитель К.Кринов редактор C. Пекарь ТехредJI.Îëèéíûê Корректор С. Черни

Заказ 2358/44 Тираж 714 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,103 ния, двухкоординатный самописец,входом горизонтального отклонения соединенный с выходом генератора пилообразного напряжения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расши5 рения функциональных возможностей при .одновременном повышении точности, оно содержит источник зондирующего сигнала, приемник зондирующего сигнала, блок синхронизации, три блока выборки и хранения, третий фильтр нижних частот, второй блок вычитания, блок деления, кольцевой регистр, три формирователя импульсов и блок коммутации напряжения развертки,первый вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, второй вход - с шиной опорного ютенциала, третий вход — с шиной нормиро- 20 вочного потенциала, а выход - с входом внешней развертки стробоскопического осциллографа, сигнальный вход которого. соединен с выходом приемника зондирующего сигнала, вход кото- 25 рого соединен с одной клеммой для подключения исследуемой системы,другая клемма соединена с выходом генератора сигналов и входом, блока синхронизации, а третья клемма соедине- 30 на с источником зондирующего сигнала, вход синхронизации стробоскопического осциллографа соединен с выходом блока синхронизации и входом кольцевого регистра, первый выход которого соединен с четвертым входом блока

35 коммутации напряжения развертки и входом третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с . управляющим входом первого блока выборки и хранения, второй выход - с пятым входом блока коммутации напряжения развертки и входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен с управляющим входом второго блока выборки и хранения, тр ети и вых од — с шес т ым входом бл ока коммутации напряжения развертки и входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с управляющим входом третьего блока выборки и хранения, вход которого соединен с выходом усилителя вертикального отклонения стробоскопического осциллографа и входами первого и второго блоков выборки и хранения, а выход — с входом третьего фильтра нижних частот, второй блок выборки . и хранения соединен выходом с входом второго фильтра нижних частот, первый блок выборки и хранения соединен выходом с входом первого фильтра нижних частот, первый вход второго блока вычитания соединен с выходом второго фильтра нижних частот, выход третьего фильтра нижних частот соединен с

BTopbM входом второго блока вычитания, выход кбторого соединен с вторым входом блока деления, первый вход которого соединен с выходом первого блока вычитания, а выход — с входом вертикального отклонения двухкоординатного самописца.