Универсальный осцилограф

 

Использование: для исследования параметров электрических сигналов в радиоизмерительной технике. Сущность изобретения: универсальный осциллограф содержит канал вертикального отклонения в составе входного делителя, предварительного усилителя, линии задержки, оконечного усилителя и первого пьезоэлектрического дефлектора, канал горизонтального отклонения в составе усилителя синхронизации, триггера синхронизации, схемы запуска, генератора развертки, усилителя развертки и второго пьезоэлектрического дефлектора, схему блокировки, АЦП в составе светодиода, объектива, щелевой диафрагмы, квантующей линейки светопроводов, блока фотоприемников, шифратора и блока индикации, блоки измерения временного интервала, регистр, блок схем ИЛИ, ключ, счетчик, формирователь импульсов, умножитель частоты, дешифратор, матовый экран. В осциллографе наряду с автоматическим измерением амплитуды сигнала производится автоматическое измерение временного интервала с представлением результатов измерений в цифровом виде, а также обеспечивается повышение точности измерений временных интервалов исследуемых сигналов. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для исследования параметров электрических сигналов.

Известны одноканальные универсальные осциллографы. Прототипом взят универсальный осциллограф, содержащий канал вертикального отклонения в составе последовательно соединенных входного делителя, предварительного усилителя, линии задержки, оконечного усилителя и первого пьезоэлектрического дефлектора, канал горизонтального отклонения в составе усилителя синхронизации, триггера синхронизации, схемы запуска, генератора развертки, усилителя развертки и второго пьезоэлектрического дефлектора, светодиод со схемой питания, объектив, щелевую диафрагму, матовый экран, схему блокировки, последовательно соединенные квантующую линейку светопроводов, блок фотоприемников, шифратор и блок индикации и ключ с генератором тактовых импульсов. Измерение амплитуды сигнала выполняется автоматически преобразователем аналог-код разверткой луча от светодиода по входным зрачкам линейки светопроводов отражателем пьезоэлектрического дефлектора канала вертикального отклонения с погрешностью не хуже 0,1%. А измерение временных интервалов исследуемых сигналов производится визуально на экране с погрешностью не лучше 2-3%.

Недостатком прототипа является низкая точность измерения временных интервалов сигналов.

Цель изобретения - повышение точности измерений временных интервалов исследуемых сигналов.

В заявляемом осциллографе измерение длительности сигнала любой формы выполняется автоматически путем измерения длительностей сигналов одной амплитуды, составляющих в сумме исследуемый сигнал. Цель достигается вводом блока схем ИЛИ, ключа, счетчика импульсов, умножителя частоты и дешифратора.

Структурная схема универсального осциллографа изображена на фиг. 1; плоскость входных зрачков квантующей линейки - на фиг. 2.

Универсальный осциллограф включает канал вертикального отклонения в составе последовательно соединенных входного делителя 1, предварительного усилителя 2, линии 3 задержки, оконечного усилителя 4 и первого пьезоэлектрического дефлектора 5, канал горизонтального отклонения в составе последовательно соединенных усилителя 6 синхронизации, триггера 7 синхронизации, схемы 8 запуска, генератора 9 развертки, усилителя 10 развертки и второго пьезоэлектрического дефлектора 11 и схемы 17 блокировки, аналого-цифровой преобразователь в составе светодиода 12 со схемой 13 питания, объектива 14, щелевой диафрагмы 15 и последовательно соединенных квантующей линейки 18 светопроводов, блока 19 фотоприемников, шифратора 20, первого ключа 22 и генератора 23 тактовых импульсов, блок 21 индикации, матовый экран 16 и блоки, обеспечивающие измерение временных интервалов, в составе последовательно соединенных блока 25 схем ИЛИ, второго ключа 26 и счетчика 27, регистра 24, формирователя 28 импульсов, умножителя 29 частоты и дешифратора 30.

Осциллограф имеет открытый и закрытый входы в канале вертикального отклонения. Исследуемый сигнал подается на вход входного делителя 1, с него поступает в предварительный усилитель 2. Оконечный усилитель 4 усиливает сигнал до величины, достаточной для срабатывания пьезоэлектрического дефлектора 5. Изменение коэффициента усиления производится в каскаде предварительного усилителя 2. Сигнал с второго выхода усилителя 2 поступает на вход усилителя 6 синхронизации канала горизонтального отклонения (при переключателе в положении "внутр."). Усилитель 6 совместно с триггером 7 формирует сигнал на схему 8 запуска генератора 9 развертки. Генератор 9 формирует линейно падающее пилообразное напряжение, усиливаемое в усилителе 10 до величины, необходимой для срабатывания второго пьезодефлектора 11. Блоки 1-20, 22, 23, те же, что и в прототипе. Представление сигнала на матовом экране 16 выполняется разверткой светового луча светодиода 12 первым дефлектором 5 по вертикали и вторым дефлектором 11 по горизонтали. Пьезодефлекторы представляют собой пьезопластины. Световой луч на зеркальный отражатель дефлектора 5 приходит от источника излучения светодиода 12, в качестве которого применен светодиод ЗЛ341Г зеленого цвета, работающий в режиме непрерывного излучения. Диафрагма 15 и объектив 14 формируют луч в виде узкой полосы шириной 0,2 мм, проецируемой на центр отражателя дефлектора 5 и на отражатель среза дефлектора 5. Второй дефлектор 11 производит горизонтальную развертку луча. Зеркальная часть дефлектора 11 имеет ширину 0,2 мм, длину на всю отражающую грань. Экраном 16 является матовое стекло. Схема 13 питания запирает светодиод 12 и обеспечивает его непрерывное излучение.

Измерение амплитуды сигнала выполняется следующим образом.

Преобразование сигнала в код выполняется разверткой луча от светодиода 12 дефлектором 5 по плоскости входных зрачков линейки 18. Световой сигнал преобразуется фотоприемником блока 19 в электрический, который, поступая на вход шифратора 20, формирует на его выходе двоичный код, соответствующий мгновенному значению входного сигнала. Зеркальный отражатель на срезе рабочей грани дефлектора 5 расположен горизонтально, его длина 0,4-0,5 мм, ширина 0,01 мм 0,003 мм.

Квантующая линейка 18 (фиг.2) содержит 1024 х 2 шт. светопроводов; два в центре, обозначающих полярность сигнала "+" и "-", и два светопровода прямоугольного сечения П по краям для выявления превышения амплитудой сигнала диапазона измерения. Диаметр светопровода 0,01 мм, ширина светопроводов П 0,2-0,3 мм. Первые 1024 светопровода предназначены для кодирования сигнала положительной полярности в десятиразрядный двоичный код, вторые 1024 светопровода предназначены для кодирования в десятиразрядный код сигнала отрицательной полярности. Каждый выходной торец светопровода линейки 18 оптически сопряжен со своим фотоприемником блока 19. Фотоприемниками являются лавинные фотодиоды с временем срабатывания 10^-8 с, изготовленные методом микроэлектронной технологии на выходных торцах светопроводов. Выходы фотоприемников подключены к соответствующим входным шинам шифратора 20.

Шифратор 20 преобразует сигнал с фотоприемника в двоичный код, соответствующий мгновенному значению входного сигнала. Он формирует 1024 двоичных числа от 0000000000 до 1111111111. Код с шифратора 20 поступает в регистр 24, а с него выдается в блок 21 индикации, где высвечиваются на табло полярность сигнала, поступающего с первого ключа 22, и значение амплитуды в десятичном коде. При превышении сигналом диапазона измерения луч отражается в светопровод П, и на табло блока 21 высвечивается знак П, руководствуясь которым оператор-измеритель переключает следующий диапазон измерений во входном делителе 1. При отсутствии сигнала с ключа 22 в блоке индикации высвечивается знак "+". Ключ 22 формирует сигнал отрицательной полярности. При сигнале отрицательной полярности сканирующее пятно проходит входной торец светопровода "-" (фиг. 2), электрический сигнал с фотоприемника открывает ключ 22, и тактовый импульс с генератора 23 проходит через ключ 22 в разряд знака регистра 24 и с него вместе с кодом амплитуды выдается в блок 21 индикации. При смене полярности сигнал со светопровода "+" закрывает ключ 22. При положительной полярности в разряде знака регистра 24 находится символ "0", при отрицательной - символ "1" (с ключа 22). Генератор 23 формирует соответственно частоте генератора 9 развертки тактовые импульсы, поступающие на вход ключа 22 и на четвертый вход блока 21 индикации в качестве тактовых сигналов. Погрешность измерения амплитуды сигнала составляет от 0,05% в нижней части диапазона измерения до 0,1% в верхней его части.

Измерение временных интервалов.

Сигналы с фотоприемников поступают на входы схем ИЛИ блока 25, с выхода которого передний фронт импульса открывает ключ 26, пропускающий импульсы с умножителя 29 частоты на счетный вход счетчика 27. Ключ 26 открыт в течение временного интервала, пока сканирующее пятно стоит на входном торце одного и того же светопровода. При изменении величины сигнала пятно смещается с этого светопровода, с выхода блока 25 сигнал прекращается и ключ 26 закрывается, а счетчик 27 приостанавливает счет длительности временного интервала этой амплитуды. Одновременно по переднему фронту сигнала с блока 25 формирователь 28 импульса формирует импульс выдачи для счетчика 27 и регистра 24. В момент выхода с блока 25 сигнала импульс с формирователя 28 выдает код амплитуды со знаком полярности из регистра 24 с обнулением его разрядов и код временного интервала со счетчика 27 без обнуления его разрядов в блок 21 индикации. На табло блока 21 появляются величина амплитуды сигнала со знаком полярности и ее временной интервал в десятичном коде. Счетчик 27 ведет нарастающий счет временного интервала входного сигнала, пока значение амплитуды не окажется равным нулю. Обнуление и последнюю выдачу значения всего временного интервала входного сигнала из счетчика 27 производит сигнал U_о с выхода дешифратора 30. Дешифратор формирует этот сигнал выдачи-обнуления, когда с регистра 24 на его входы поступает код из одних нулей (единица знака полярности на дешифратор не заводится). Умножитель 29 частоты производит умножение частоты тактовых импульсов генератора 23 в 1000 (или более раз в зависимости от требуемой точности измерений) раз, что обеспечивает погрешность измерения 0,1%, т.е. на порядок лучше, чем в прототипе. Таким образом вместе с автоматическим измерением величины амплитуды входного сигнала (как у прототипа) заявляемый осциллограф производит и автоматическое измерение временного интервала с представлением его в цифровом виде.

Работа осциллографа.

Исследуемый сигнал подается на вход делителя 1, усиливается в усилителе 4 и своим воздействием на первый пьезодефлектор 5 отклоняет луч светодиода в вертикальной плоскости. При этом сканирующее пятно от отражателя на срезе дефлектора 5 попадает во входное окно соответствующего светопровода квантующей линейки 18, которая совместно с блоком 19 фотоприемников и с шифратором 20 производит измерение амплитуды сигнала с представлением его в регистре 24 в двоичном коде. Блок 25, ключ 26 и счетчик 27 с помощью умножителя 29 частоты производят измерение длительности сигнала при неизменной его амплитуде. При каждой смене уровня амплитуды в сторону большего или меньшего значения на величину квантования из регистра 24 выдается значение амплитуды в блок 21 индикации, а из счетчика 27 выдается значение временного интервала. Регистр 24 обнуляется с каждой выдачей кода, счетчик 27 обнуляется только в момент равенства амплитуды входного сигнала нулю. До сброса счетчика 27 на ноль сигналом с дешифратора 30 он производит счет нарастающего временного интервала. Число разрядов в счетчике 27 зависит от величины измеряемой длительности сигнала и принимается при конкретном конструировании осциллографа. Темп измерений не равномерный, так как задается не тактовыми импульсами, как в прототипе, а частотой изменения амплитуды входного сигнала на принятую величину квантования в линейке 18. Чем круче фронт сигнала, тем чаще идут измерения амплитуды и длительности, чем реже изменение амплитуды, тем реже выдача измерений.

Технико-экономический эффект заявляемого осциллографа состоит в автоматическом измерении наряду с амплитудой сигнала и его длительности, причем погрешность на порядок меньше (0,1%), чем у прототипа (2-3%).

Формула изобретения

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ОСЦИЛОГРАФ, содержащий канал вертикального отклонения в составе последовательно соединенных входного делителя, предварительного усилителя, линии задержки, оконечного усилителя и первого пьезоэлектрического дефлектора, канал горизонтального отклонения в составе последовательно соединенных усилителя синхронизации, триггера синхронизации, схемы запуска, генератора развертки, усилителя развертки и второго пьезоэлектрического дефлектора, а также схему блокировки, выход которой подключен к второму входу схемы запуска, светодиод со схемой питания, последовательно расположенные щелевую диафрагму, объектив и матовый экран, последовательно соединенные квантующую линейку светопроводов, блок фотоприемников, шифратор и блок индикации, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и первый ключ, второй и третий входы которого подключены к соответствующим выходам блока фотоприемников, а третий вход блока индикации подключен к соответствующему выходу блока фотоприеников, четвертый вход блока индикации подключен к выходу генератора тактовых импульсов, отражающая грань первого пьезоэлектрического дефлектора оптически сопряжена с плоскостью входных зрачков квантующей линейки светопроводов, отличающийся тем, что в него введены умножитель частоты, последовательно соединенные блок схем ИЛИ, второй ключ и счетчик, последовательно соединенные формирователь импульсов и регистр, причем входы блока схем ИЛИ подключены к выходам блока фотоприемников, выходы счетчика - к соответствующим входам блока индикации, сигнальные входы регистра - к выходам шифратора, вход разряда знака регистра - к выходу первого ключа, а выходы регистра - к соответствующим входам блока индикации, вход формирователя импульсов подключен к выходу блока схем ИЛИ, а выход параллельно - к управляющим входам регистра и счетчика, вход умножителя частоты подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход - к сигнальному входу второго ключа, входы дешифратора подключены к выходам регистра, а выход - к второму управляющему входу счетчика.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2