Преобразователь время-амплитуда импульсов

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в экспериментальной ядерной физике, оптике, радиолoKaipra, лазерной дальнометрии при измерении временных интервалов с высокой точностью . Изобретение позволяет повысить точность преобразования временных интервалов в амплитуду импульсов и расширить область применения путем возможности приема импульсов с различной формой фронта нарастания-стопимпульсов за счет того, что в устройство , содержащее три дискриминатора уровня, три преобразователя время - амплитуда, аналоговый сумматор, два элемента задержки, введены три элемен та задержки, два усилителя, два мультиплексора , источник опорного напряжения , элемент вычитания, 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 изменениями формы фронта .стоповых импульсов и ее отклонения от линейной. 2 ил. (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 Н 03 М 1/50, H 03 К 9/06

ГОСУДАРСТВЕИНЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTPM

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ =

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4250459/24-24 (22) 25.05.87 (46) 15.12.88. Бюл. В 46 (71) Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им. А.Н. Сенченко (72) В.А. Вирт, В.В. Данилевич и P.Н. Хусаинов (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 869028, кл. Н 03 М 1/50, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 1277398, кл. Н 03 М 1/54, 1984» (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВРЕМЯ вЂ” АМПЛИТУДА ИМПУЛЬСОВ (57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и мошет .быть использовано в экспериментальной ядерной физике, оптике, радиолокации, лазерной дальнометрии при измерении временных интервалов с высокой точностью. Изобретение позволяет повыI

„„SU„„3444949 А1 сить точность преобразования временных интервалов в амплитуду импульсов и расширить область применения путем возмо кности приема импульсов с раз личной формой фронта нарастания. стопимпульсов sa счет того, что в устройство, содержащее три дискриминатора уровня, три преобразователя время— амплитуда, аналоговый сумматор, два элемента задеркки, введены трн элемен. та задержки, два усилителя, два мультиплексора, источник опорного напряжения, элемент вычитания, компаратор, формирователь импульсов и триггер.

Введение этих блоков позволило оценивать форму фронта стоповых сигналов и автоматически перестраивать параметры устройства таким образом, чтобы ф уменьшить дополнительную погрешность. .измерений,.обусловленную иэменениями С формы фронта .стоповых импульсов и ее отклонения от линейной. 2 ил.

1444949

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

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя время-амплитуда 10 импульсов; на фиг. 2 — временная диаграмма его работы для стоповых импульсов с различной формой фронта нарастания.

Преобразователь время — амплитуда импульсов (фиг.f) содержит входные шины 1 и 2 Старт-импульса и Стоп-импульса, дискриминаторы 3,4 и 5 уровня, пять элементов 6-10 задержки, три йреобразователя 11-13 время — ампли- 20 туда, компаратор 14, элемент вычитания 15, источник 16 опорного напряжения, триггер 17, мультиплексоры 18 и

19, 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 измеряемого интервала 30 времени, поступает на шину 1 и с нее через элемент 10 задержки — на стартовый вход преобразователя 1 1 время— амплитуда, запуская в нем процесс преобразования (фиг.2б). Входной сто- 35 повый сигнал (фиг,2в) по шине 2 поступает на вхоц дискриминатора.4 уровня и через элемент 6 задержки, с временем задержки приблизительно равным максимально возможной длительности 40 фронта нарастания стоповых импульсов,. на входы дискриминаторов 3 и 5 уровня (фиг. 2г) . Уровень запуска U> дискриминатора 4 уровня определяет минимальную амплитуду стоповых импульсов, ко- 45 торые могут регистрироваться устройством. Уровни запуска U и U дискриминаторов 3 и 5 уровня устанавливаются, исходя из соотношения:

П, Uzc U>, 0, = (U< + 0,)12, В момент превышения входным.стоповым импульсом уровня напряжения U дискриминатор 4 уровня формирует стандартный импульс (фиг.2д) с длительностью несколько превышающий длительность фронта входного импульса. Этот импульс поступает через первый выход дискриминатора 4 уровня на стартовый вход преобразователя 12 время — амплитуда и запускает его. Со второго выхода дискриминатора 4 уровня импульс. поступает на управляющий вход нормально заблокированного дискриминато1 ра 3 уровня и разблокирует последний.

Дискриминаторы 3 и 5 уровня запускаются в моменты превышения задержанным элементом 6 задержки стоповым сигналом пороговых напряжений U и U< (фиг. 2е,ж) и формируют стандартные стоповые сигналы для преобразователей

11 и 12 время — амплитуда.

Преобразователь 11 время — амплитуда является основным и осуществляет собственно преобразование временных интервалов, заданных парой старт- и стоп-импульсов в сигнал, пропорциональный амплитуде. Преобразователь

12 время — амплитуда совместно с усилителями 21 и 22 обеспечивает формирование корректирующего сигнала (фиг,2н), который складывается с выходным сигналом основного преобразователя 11 время-амплитуда в сумматоре

23 (фиг.2о) и компенсирует таким образом, погрешности измерения временных интервалов, возникающие в дискриминаторе 3 за счет флуктуаций амплитуды, длительности и формы нарастания стоповых импульсов, Амплитуда корректирующего воздействия, формируемого на втором входе аналогового сумматора 23 (фиг.2н), устанавливается различной для сигналов, фронт которых описывается функциями с положительной и отрицательной второй производной таким образом, чтобы для обоих их типов без догголнительной перестройки параметров схемы минимизировать связанные с изменениями входных стоповых импульсов разбросы амплитуды выходных сигналов сумматора, С этой целью используются два усилителя 21 и 22 с различающимися коэффициентами передачи, так, что величины соотношений у, где — отношение коэффициентов преобразования блока 11 и блока 12 для заданных сигналов, имеют значения, близкие к оптимальным.

Выбор величины, необходимой для работы,с текущим стоповым импульсом, осуществляется при помощи мультиплек сора 18,подключающего,в зависимости от формы фронта столового импульса, ко второму входу аналогового сумматора 23 один из усилителей ?1или 22.

1444949

Оценка формы фронта нарастания регистрируемого столового импульса производится при помощи блока, содержащего дискриминатор 5 уровня, преобразователь 13 время-амплитуда, коэффициент передачи которого вдвое превышает коэффициент передачи преобразователя 12 время-амплитуда,компаратор

14, элемент 15 вычитания и источник

16 опорного напряжения. Принцип работы этого блока основан на выделении и сравнении временных интервалов между моментами перехода стоповым импульсоМ трех равномерно размещенных поро- 15 говых напряжений.

Очевидно, для случая линейно нарастающего фронта при выполнении ус-, ловия U -U U -U временной интервал с, между момейтами перехода сигналом уровней U H U равен половине временного ийтервала c,между моментами перехода сигналом уровней UI и U .

Для сигналов, фронт нарастания которых описывается функцией с отрица- 25 тельной второй производной, а, (0,5а,>, (2 °,, c. ), а для сигналов противоположной кривизны с,2> с„О, 5 (2, а, ) . Очевидно также, что временной интервал о, можно выразить через временной ин- 30 тервал ДС,. между моментами запуска дискриминаторов 3 и 4 уровня (фиг.2вж} следующим образом

35 откуда пва

И 2 И 2 3 где .К вЂ” коэффициент передачи преобра.2/ зователя 12 время — амплитуда; — задержка сигналов в элементе пед

6 задержки;

U - амплитуда. выходного сигнала и преобразователя !2 время— амплитуда, пропьрциональная временнбму интервалу Й

Формирование велччины П осуществляется при помощи элемента 15 вычитания, на суммирующий вход которой с источника 16 опорного напряжения подается опорный уровень К + Ц,, а на вычитающий:вход — выходной сигнал преобразователя 12 время — амплитуда.

Пьедестал U устанавливается в процес1 се настройки устройства тактик образом чтобы выбрать оптимальную с точки зрения минимизации погрешности изме рений промежуточную форму стоповых импульсов, на которой происходит переключение параметров канала компенсации погрешностей (величины ).

Выходной сигнал U< (фиг.2и) элемента 15 вычитания сравнивается в компараторе 14 с выходным сигналом . преобразователя 13 время-амплитуда (фиг.2к}, трансформирующего в амплитуду временной интервалс2, зафиксированный дискриминаторами 3 и 5 уровня.

Преобразователь 13 время-амплитуда имеет коэффициент передачи в два раза превышающий значение К2 так, что при

I регистрации стоповых импульсов с фронтом, описываемым функцией с поло(10 жительной второй производной (Ы г0), пвю амплитуда его выходного сигнала П, превышает выходной уровень напряжения элемента 15 вычитания, и на выходе компаратора 14 формируется уровень логической единицы. При регистрадии стоповых импульсов с противоположной кривизной фронта U (U<> и на выrtSA ходе компаратора 14 появляется потенциал логического нуля. Полученная таким образом информация фиксируется в триггере 17 (фиг.2л) импульсом дискриминатора 5 уровня (фиг.2з), задержанным при помощи элемента 7 задержки на время переходных процессов в преобразователях 12 и 13 время — ам плитуда, элементе 15 вычитания, компараторе 14, и используется далее для управления мультиплексорами 18 и

19. При наличии единичного состояния триггера 17, мультиплексор 18 подключает ко второму входу сумматора 23 выход усилителя 21, который имеет. коэффициент передачи больший, чем усилитель 22 и соответствующий оптимальному значению It для сигналов с фронтом, описывающимся функцией с положительной второй производной. Если триггер 17 выходным сигналом элемента 7 задержки устанавливается в нулевое состояние, то ко второму входу сумматора 23 подключается выход уси,%; лителя 22 с меньшим значением коэффициента передачи, соответствующим оптимальному значению для сигналов с противоположной кривизной фронта.

Стробируется мультицлексор 18 выходным сигналом элемента 7 задержки, сформированным формирователем 20 импульсов, таким образом, чтобы его . длительность соответствовала длительностям полок выходных сигналов преоб5 144 разователей 11 и 12 время — амплитуда (фиг.2м).

Триггер 17 управляет также мультиплексором 19 импульсов, который совместно с элементом 9 задержки используется для коррекции пьедестала, возникающего в выходном сигнале устройства при переключении параметров канала компенсации погрешности (изменении ). При переходе от сигналов с положительной второй производной функций фронта нарастания к сигналам, фронты нарастания которых описываются функцией с отрицательной второй производной, амплитуда выходного сигнала устройства уменьшается. Поэтому при регистрации стопо- вого импульса второго вида выходной импульс дискриминатора 3 дополнительно задерживается при помощи элемента 8 задержки, подключаемого чеpcs мультиплексор 19 к стоповому входу преобразователя 11 время — амплитуда. Величина этой задержки выбираемой равной AU/К,, где К, — коэффициент передачи преобразователя 11 время — амплитуда;

gU — изменение среднего уровня выходного сигнала устройства при переходе от одной формы стоповых импульсов к другой.

Включенный на втором выходе дискриминатора 3 элемент 9 задержки слу- жит для компенсации времени подготовки сигнала управления мультиплексором

l9 в элементах 5 7 17. Элемент 10 за держки, в свою очередь, компенсирует пьедестал в амдлитуде выходного сигнала устройства, возникающий Из-за элементов 9 и 6 задержки.

Формула изобретения

Преобразователь время - амплитуда импульсов, содержащий первый, второй и третий дискриминаторы уровня, первый, второй и третий преобразователи время — амплитуда, первый и второй элементы задержки и аналоговый сумматор, выход которого является выходной шиной, а первый вход подключен к выходу первого преобразователя время амплитуда, первый вход первого дискриминатора уровня объедйнен с входом второго дискриминатора уровня и через первый элемент задержки подключен к входной стоп-шине, первый выход пер4949 6 б вого дискриминатора уровня подключен к первому входу второго преобразователя время — амплитуда, второй вход которого объединен с входом второго . элемента задержки и подключен к выходу второго дискриминатора уровня, г первый вход третьего преобразователя время — амплитуда соединен с первым выходом третьего дискриминатора уровня, о т л и ч а ю щ и,й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования и.расширения области применения за счет возможности приема им15 пульсов с различной формой фронта нарастания стоп-импульсов, введены первый и второй усилители, первый и второй мультиплексоры, компаратор, триггер, формирователь импульсов, третий, 2р четвертый и пятый элементы задержки, источник опорного напряжения и элемент вычитания, первый вход которого подк почен к выходу источника опорного напряжения, второй вход подключен к

25 выходу третьего преобразователя время — амплитуда, а выход — к йервому входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу второго преобразователя время — амплитуда, а выл ход — к информационному входу триггера, тактовый вход которого объединен с входом формирователя импульсов и подключен к выходу второго элемента задержки, выход формирователя под35 клю ен к строб рующему входу первого мультиплексора, к первому и второму информационным входам которого подключены соответственно выходы первого и второго усилителей, входы которых

40 объединены и подключены к выходу третьего преобразователя время — амплитуда, второй вход которого соединен с первым выходом первого дискриминатора уровня, второй вход которого

45 соединен с вторым выходом третьего дискриминатора уровня, вход которого является шиной стоп-импульса, а второй выход первого дискриминатора уровня через третий и четвертый последо50 вательно соединенные элементы задержки подключен к первому информационному входу второго мультиплексора, к ,второму информационному входу которого подключен выход третьего элемента задержки, управляющие входы первого и второго мультиплексоров объеди- . нены и подключены к выходу триггера, выход первого мультиплексора соединен с вторым входом аналогового сум1444949 аде s

; а

Are. 2

Составитель В. Гейнрихс

Редактор И. Сегляник Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Пилипенко

Заказ 6515/57 .. Тираж 929 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и. открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 0 матора, а выход второго мультиплексора подключен к первому входу первого преобразователя время — амплитуда, второй вход которого через пятый элемент задержки подключен к входной шине старт-импульса.

Г L ! г ф

t1»