Устройство для автоматического измерения шумов

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ШУМОВ, содержащее блок сравнения,, подключенныйчереэ усилитель к. источнику шума, и блок управления, один из выходов которого подключен к управляющему входу источника шума, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения шумов, в него , введены блок статистической обработки , один из входов которого подключен к выходу блока сравнения, а второй - к одному из выходов блока управления , и цифроаналоговый . преобра- .зователь, управляющие входы которого подключены к выходам блока управления , а выход - к опорному входу блока сравнения, а управляющий выход блока статистической обработки подключен к управляющему выходу блока управления. .i. 2. Устройство по п. 1, о т л. и i чающеесЯ тем, что блок статистической обработки состоит из (Л микромалой электронной вы 1ислительной машины с блоком вывода результатов измерений. о 4 Ю СО 01

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 G 01 R 29/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО:ДЕЛ(АМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ

1 5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И. АВТОВСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3457217/18-21 (22) 18. 06. 82 (46) 30.12.83..Бюл. Р 48 (72)-В.A.Ïèëèïoâè÷, С.Г.Шматин, .В.К.Кулешов и Ю.A.Татаринов (71) Институт электроники AH БССР (53) 621.317(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Е 796775 кл. а 01 R 29/26, 1981

2. Авторское свидетельство СССР

Р 798640, кл. G Ol R 29/26,,1981.

3. Заявка ФРГ Р 2000353, кл. G 01 R 29/26, Н 04 N 5/22, 1979 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТНЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ИУМОВ, содержащее блок сравнения, подключенный через усилитель к источнику шума, и блок управления, один из выходов которого подключен к управляющему входу

„„SU„„1064235 А источника шума, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения шумов, в него введены блок статистической обработки, один из входов которото подключен к выходу блока сравнения, а второй — к одному из выходов блока управления, и цифроаналоговый.преобра-. зователь, управляющие в>оды которого подключены к выходам блока управления, а выход — к опорному входу бло-. ка сравнения, а управляющий выход блока статистической обработки подключен к управляющему входу блока управления.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю ц е е с я тем, что блок ста- Е тистической обработки состоит из микромалой электронной вычислительной машины с блоком вывода результатов измерений.

1064235

В

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения основных параметров фотоприемников и излучателей.

Известно устройство для автоматического измерения коэффициента шума, содержащее источник шума, исследуемый четырехполюсник, делитель напря.жения, измеритель малых мощностей,, электронный ключ, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микропроцессор и индикатор. Выход источника шума через исследуемый четырехполюсник связан с последовательно соединенными делителем напряжения, из.мерителем малой мощности, электрон- 15

- ным ключом. АЦП, микропроцессором и индикатором. Выходы микропроцессора раздельно соединены с управляющими входами электронного ключа, делителя . напряжения и источника шума (1). 20

Недостатком данного устройства .является невысокая точность измере- . ния шумов, так как делитель напряжения на входе измерителя малых мощностей, электронйый ключ на входе 25 .,АЦП являются источниками дополнительных шумов. Кроме того, на точность измерения накладывает ограничение сам принцип непосредственного измерения мощности шума путем примене- ЭО .Ния измерителя малых мощностей. . Известно также устройство.для измерения сигнала и шума фотоприемника, которое состоит из фотоприемника, амплитудно-импульсного модуля- 35 тора, источника излучения, коммутатора .и двух измерительных каналов, каждый из которых содержит усилитель и индикатор. В устройстве оптически последовательно связаны источник из- 40 ..лучения, амплитудно-импульсный модулятстр и фотоприемник, электрический. выход которого соединен с первым входом коммутатора, .второй вход пос-:, леднего подключен к амплитудно-им- 45 пульсному модулятору, причем выход

l коммутатора связан с входами двух . измерительных каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные резонансный усилитель и. ин-дикатор (2) .

Недостаток укаэанного устройства обусловлен невысокой точностью изме.рения шума фотоприемника, так как

Ъ .устройстве измеряются мгновенные значения шума фотоприемника и его выходного сигнала в смеси с шумом, при этом шумы элементов устройства (усилителей) вида 1/f могут,существенно искажать" выходные результаты .. при измерении параметров высокока- 60 чественных (мйлошумящих) фотоприемников. Выходные значения результатов н фиксируются, а индицируются, что делает невозможным применение в устройстве статистических методов для получения более достоверных результатов. Кроме того, измерения мгновенных значений мощности шума позволяют оценить только высокочастотную компоненту суммы шумов, что дает неточную картину распределения шумов, так как исключаются их низкочастотные компоненты .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является. устройство для автоматического измерения отношения сигнал/шум, которое содержит первый блок аттенюаторов, блок. усиления, .блок управления, фильтр, второй блок аттенюаторов, квадратичный детектор с усилителем, стробирующий блок, интегрирующий блок, схему сравнения, блок управления аттенюаторами и блок сброса. В устройстве выход первого блока аттенюаторов через фильтр связан с .последовательно соединенными вторым блоком аттенюатбров, квадратичным детектором с усилителем, стробирующим блоком, интегрирующим блоком, схемой:сравнения и блоком управления аттенюаторами, выходы которого раздельно соединены с входами.блоков аттенюаторов, причем первый блок аттенюаторов. непосредственно и через блок усилеиия .связан с блоком управления, последний, в свою очередь, соединен со стробирующим блоком, блоком сброса и блоком управления аттенюаторами (3) .

Известное устройство характеризуется недостаточной точностью измерения, вызванной тем, что измеряемый сигнал поступает на вход трех блоков: первого блока аттенюаторов, блока усиления и блока управления, где к нему добавляются шумы входных сопротивлений и емкостей указанных блоков. Кроме того, недостаток обусловлен тем, что при максимальном ослаблении обоих, блоков аттенюаторов, включеН" ных последовательно, абсолютная величина ошибки измерения существенно возрастает, а также тем, что в устройстве могут накапливаться ошибки интегрирования.

Цель. изобретения - повышение точности измерения шумов., I

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для автоматического измерения шумов, содержащее блок сравнения, подключенный через усилитель к источнику шума, и блок управления один из выходов которого подключен к управляющему входу источника шума, введены блок статистической обработкй, один as входов которого подключен к выходу блока сравнения, а.второй - к одному из выходов блока управления, и цифроаналоговый преобразователь» управ1064235 ляющие входы которого подключены к выходам блока управления, а выходк опорному входу блока сравнения, а управлякщий выход блока статистической обработки подключен к управляющеМУ входу блока управления.

Кроме того, блок статистической обработки состоит из микромалой электронной вычислительной машины с блоком вывода результатов измерений.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

В устройстве источник 1 шу юа че-:. рез усилитель 2 подключен к информа-. ционному входу блока 3 сравнениями выход которого подключен к одному иэ входов блока 4 статистической обработки. Опорный вход блока 3 сравнения подключен к выходу цифроанало-. гового преобразователя 5, информационные входы которого подключены к . информационйым выходам блока б управления, при этом. управляющие входы источника. 1 шума и: блока 4 статистической обработки подключены к соот-. ветствующим. Управляющим выходам блока управления, а управляющий выход блока 4 статистической обработки подключен к управлякщему входу . блока 6 управления.

Устройство работает следующим образом, При измерении шумов фотоприемни-. ков иэ блока 6 управления задается последовательность из . и циклов .измерейий, причем каждый цикл содержит до 104 тактов опроса фотоприем-:, ника. Один такт опроса фотоприемника состоит из операций подачи иэ блока 6 управления на фотоприемник импульса. подготовки, смещающего его в.обратном направлений, разряда емкости фотоприемника темновым током в течение времени накопления, пода-.. чи из блока б управления в блок 4 .статистической обработки и на фотоприемиик импульса выборки, Формирующего выходной сигнал .Фотоприемника, который поступает через усилитель

2 на .блок 3 сравнения, где сравнивается по амплитуде c,onoðaûì напря жением U сформированным на выходе . цифроаналогового преобразователя 5 .ио коду, поступающему из блока б управления. Если в данном такте ампли туда сигнала на. выходе усилителя 2 . .превосходит опорное напряжение т1 ; то этот сигнал через блок 3 сравйения поступает .на вход блока 4 статистической обработки.: Вероятность прохождения сигналов через блок 3 сравнения определяется распределе.нием шумов фотоприемника и гистере" зисом блока 3 сравнения. В течение одного цикла измерений, состоящего иэ 10+ следующих друг эа другом тактов опроса фотоприемника, блок 4 статистической обработки подсчиты1

;вает количество циклов опроса фото-. ! приемника и количество прошедших блок 3 сравнения сигналов. Отношение этих двух чисел — вероятность

Р; Прохождения выходного сигнала фотоприемника через цепочку усилитель 2 - блок 3 сравнения при заданном U;.

Далее из блока б управления на выход цифроаналогового преобразова® теля,5 поступает код, по которому формируется следующее опорное напряжение 0;+<, и цикл измерения повторяется. При 1=1 П., задается таким, чтобы.Р„ =1, в последующих циклах

U; „ )О;. При.Р; =0 измерение завершается по сигналу, пришещаему иэ . .блока 4 статистической обработки в блок б управления. Шаг опорных напряжений выбирается таким, чтобы

i=, 1, 2,..., п=15-30.. Из полученного

20 распределения И; и Р; в .блоке 4 статистической обработки вычисляются дисперсия о опорных напряжений

U„. и дисперсия шумов на выходе фотоприемника

25 « - <„. где К вЂ” коэффициент усиления усилителя 2.

Результат измерения в блоке статис- . тической обработки выводится на печать.

Порядок измерения шумов излучателя аналогичен описанному эа исключением того, что в каждом такте onроса Фотоприемника на время накоп- . ления из блока 6 управления поступает импульс тока для возбуждения излучателя,,световая энергия которого поступает на оптический вход фотоприемника. Далее иэ и циклов иэме49 рения в блоке статистической обработки вычисляется дисперсия 6 опорных сигналов U;, при этом дисперсия шумов на выходе фотоприемника, вызванная Флуктуациями излучателя, 45 оценивается по Формуле „=6 "- < (> так как при суммировании двуХ случайных некорректированных процесс .сов среднеквадратичное отклонение .суммы равно. сумме дисперсий укаэанных процессов.

В предлагаемом устройстве устраняется неточность измерения. шума на

55 выходе фотоприемника, вызванная .влиянием шумов .элементов устройства, так как измеряется статистическое распределение вероятности срабатыва-ния схемы сравнения B зависимости

441 от опорного напряжения О, формируемого цифроаналоговЫм преобразователем bio кодам блока управления. Дис персия шумов на выходе фотоприемни- ка рассчитывается .в соответствии с б5 дисперсией опорных напряжений U;, 5- 1064235 причем напряжения V; постоянны в течение цикла измерений,. их амплитуда в к раз превосходит. амплитуду сигнала на выходе фотоприемника.

Поэтому ь устройстве возможно увеличение точности измерений в К раз, где К вЂ” коэффициент усиления усилителя 2.

В обоих случаях устройство позволяет получить распределение мгновенных .значений шумового напряжения на выходе источника шума (фотоприемника). При этом (в отличие от режима накопления) из блока б управления на источиик шума, например фотопри емник, подается постоянное смещение (в .фотодиодном режиме) или не подает смещение (в .вентильном режиме).

Блок 4 статистической обработки с максимальным быстродействием считает количество срабатываний блока 3 сравнения при заданном иэ цифроаналогового преобразователя 5 опорном напряжении 01 в одном цикле измере.ний. В этом случае за 1-5 с может быть получен большой объем выборок (-5 10">, т.е. рассчитываемые далее статистические параметры .распределений получаются с точностью более высокой, чем в режиме накопления.

Предлагаемое устройство в отличие от прототипа имеет более высокое быстродействие измерений. (при малых временах накопления) и обладает более широкой областью,йрименения, 15 так как измеряет не только отношение сигнал/шум, но и абсолютную величину значений дисперсии. шума и амплитуд сигнала-с .выхода фотоприемника и излучателя.

Заказ 10526/47 Тираж 710 . Подписное

В11йИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r.Ужгород, ул.Проектная, 4

Составитель Н.Михалев

Редактор А. Огар . Техред bi, Êóçüìà . Корректор Г.Решетник