Способ измерения неравномерности плотности распределения амплитуд потока сигналов

 

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике, а именно к способам измерения неравномерности плотности распределения амплитуд импульсных генераторов, предназначенных для измерения дифференциальной нелинейности аппаратуры ядерного приборостроения. Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение рабочего диапазона измеряемых сигналов. Измеряемый сигнал суммируют с сигналом источника стабильного опорного напряжения противоположной полярности относительно полярности измеряемого сигнала, ограничивают постоянную составляющую суммарного сигнала, измеряют амплитуду суммарного сигнала, причем каждое последующее измерение проводят при новом значении сигнала источника постоянного напряжения, вычисляют неравномерности плотности распределения по известным методикам. Повышение точности достигается за счет исключения цепей синхронизации и температурной стабилизации входных цепей анализатора, который в каждом измерении регистрирует примерно одинаковый спектр амплитуд. Рабочий диапазон определяется не диапазоном анализатора, а диапазоном изменения опорного напряжения. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГЪБ ЛИК (1% (И) {51) 5 С 01 Т 1/36

ГОСУДАРСТ8ЕННИЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

flPH ГКНТ СССР

К AST0PCHOMV СОЭЩЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4339302/24-25 (22) 30.09.87 (46) 23.02.90. Бюл, М- 7 (72) Е.И.Зайцев, А.П.Темников, М.М.Хвастунов и С.В.Матвеев (53) 621.387.4 (088.8) (56) Galotry G,et.al. А Generator

for Testing High Resolution Nuclear

Spectroscopy Instrumentation,—

Nucleonica, 1972, v. 17, р. 411

Авторское свидетельство СССР

0- 756331, кл.G 01 Т 1/36, 1977.

Авторское свидетельство СССР

N - 1494740, кл. С 01 Т 1/36, 1986. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ПЛОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУД

ПОТОКА СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике, а именно к способам измерения неравномерности плотности распределения амплитуд импульсных генераторов, предназначенных для измерения дифференциальной нелинейности аппаратуры ядерного прибороИзобретение относится к экспериментальной ядерной физике, а именно к способам измерения неравномерности плотности распределения амплитуд импульсных генераторов, предназначенных для измерения дифференциальной нелинейности (ДНЛ) аппаратуры ядерного приборостроения.

Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение рабочего диапазона измеряемых сигналов.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ;

2 строения. Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение рабочего диапазона измеряемых сигналов. Измеряемый сигнал суммируют с сигналам источника стабильного опорного напряжения противоположной полярности относительно полярности измеряемого сигнала, ограничивают пос" тоянную составляющую суммарного сигнала,измеряют амплитуду суммарного сигнала, причем каждое последующее измерение проводят при новом значении сигнала источника постоянного напряжения, вычисляют неравномерности— плотности распределения по известным методикам. Повьппение точности достигается за счет исключения цепей синхронизации и температурной стабилизации входных цепей анализатора, который в каждом измерении регистрирует ( примерно одинаковый спектр амплитуд.

Рабочий диапазон определяется не диапазоном анализатора, а диапазоном из- aaah менения опорного напряжения. 2 ил. (д в9 3 на фиг.2 — знюры напряжений, поясняющие работу устройства.

Способ осуществляется следук цим образом, Суммируют измеряемый сигнал с сигналом источника постоянного напря1 кения, причем используют суммирование измеряемых сигналов со стабильным опорным напряжением противоположной полярности относительно полярности измеряемого сигнала, ограничивают постоянную составлякщую суммарного сигнала, измеряют амплитуду суммарно1545179 го сигнала, причем каждое последующее измерение производят при новом значении сигнала источника постоянного напряжения, производят вычисление неравномерности плотности распределе5 ния по известным методикам.

Устройство для реализации способа содержит источник 1 измеряемых ампли" туд (исследуемый генератор), источник 2 постоянного напряжения, аналоговыи сумматор 3, диодный ограничи1 тель (либо ограничитель другого типа)

4, буферный повторитель 5, анализа тор 6.

Сумматор 3 может быть реализован на базе операционного усилителя, включенного по известной схеме.

Номинал сопротивления К в диодном

l ограничителе 4 ограничен снизу вели1 чиной максимально допустимого тока через диод D, Сверху номинал ограниRвõx чен условием — — > 100 где R — входR вх ное сопротивление повторителя, Пос25 леднее условие необходимо для обеспечения передачи сигнала с выхода сумматора 3 на вход анализатора 6 с коэффициентом передачи, близким к

В случае применения серийного ана30 лизатора типа AN-А-0201 диодный ограничитель может быть установлен между выходом линейно-пропускающего устройства (ЛПУ), выполненного на базе операционного усилителя на. дискретных 35

) элементах, и входом запоминающего устройства (ЗУ). В этом случае ЛПУ можно использовать в качестве сумматора, а ЗУ в качестве буферного повторителя, так как у последнего входной каскад выполнен на полевых транзис. торах и имеет большое входное сопротивление.

Позициями 7-10 обозначены точки на блоксхеме, для которых на фиг.2 приведены эпюры напряжений.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемый сигнал от источника 1 амплитудой А. (эпюра 7) суммируется 50 со стабильным напряжением U -.,от источника 2 постоянного напряжения, например, отрицательной полярности (эпюра 8) в сумматоре 3 (эпюра 9).

В результате измеряеиьв":: сигнал сме- 55 щается относительно нулевого уровня на величину напряжения постоянногс тока. Б ограничителе 4 происходит огpaничeниe отрицательной постоянной составляющей суммарного сигнала на уровне Б„р,(эпюра 10), много меньшем верхнего значения рабочего диапазона анализатора, с целью обеспечения измерения во всем рабочем диапазоне амплитуд импульсов измеряемого источника сигнала при одном и том же режиме работы по постоянному току входных аналоговых узлов анализатора.

При отсутствии ограничителя режим работы анализатора по постоянному току существенно изменяется, что приводит к изменению его . температурного режима при,разных значениях опорного напряжения, т.е. к появлению дополнительной погрешности измерения дифференциальной нелинейности.

Следует OTMPTHTr что величина смещения на диоде и ее изменение в зависимости от величины постоянного напряжения смещения не влияет на точ-. ность измерения, так как анализатор измеряет амплитуду, равную разности между амплитудой измеряемого сигнала и величиной постоянного напряжения смеще|ня, т,е, от нулевого уровня напряжения. На фиг.2 В; — величина, измеряемая анализатором:

В; = А; - Б где А. — амплитуда измеряемого сигна1 ла;

U ; — напряжение смещения;

U ; — уровень смещения на ограничителе.

После ограничения многоканальный амплитудный анализатор 6 измеряет плотность распределения амплитуд потока сигналов источника 1 в течение некоторого времени (время экспозиции или набора). В начале шкалы анализатора 6 выбирается группа каналов, в которые записываются различные участки-амплитуд потока измеряемых сигналов.. Время набора при серии измерений не должно меняться. Второе и последующие измерения производят при отрицательных значениях напряжения постоянного тока, лежащих в диапазоне от нулевого уровня до максимальной амплитуды измеряемого потока сигналов за вычетом амплитуды измеряемой анализатором 6 соответствующей началу регистрации выбранной группы каналов.

Рассмотрим частный случай измерения плотности распределения амплитуд им пульсов генератора с последующей оцен5 15451

КоН неравномерности плотности (дифференциальной нелинейности), При первом измерении устанавливают амплитуду напряжения постоянного тока отрицательной полярности таким образом, чтобы на входе анализатора наблюдались смещенные относительно нулевого уровня с ограничением постоянной составляющей измеряемые импульсы генератора и регистрируемые в выбранном участке в начале шкалы анализатора. Измеряемая плотность распределения амплитуд потока сигналов генератора фиксируется в запоминающем устройстве анализатора. °

Число каналов выбранного участка выбирается равным 100, Последовательно проводится серия измерений (не менее трех) при значениях напряже- 20 ния постоянного тока, соответствующих регистрации в выбранном участке шкалы анализатора достаточного количества участков диапазона измеряемых амплитуд импульсов. 25

Время измерения должно быть достаточным для набора 10 импульсов в каждом канале анализатора, При втором и последующих измерениях экспозиция не должна меняться. Очевидно, что если максимальная амплитуда источника больше, чем измеряемая анализатором, то ее измерения осуществляются соответствующим увеличением напряжения постоянного тока отрицательной полярности. При необходимости для измерения плотности распределения амплитуд импульсов генератора, значения которых меньше амплитуд соответств ующих начал

40, max ((В!) !, —. (В;) р3

У

79 6 регистрации в выбранном участке шкалы, измеряемый сигнал суммируется с соответствующим значением напряжения постоянного тока положительной полярности.

Обработка результатов измерений проводится по следукщим формулам.

Для каждого измерения производит- ся суммирование по двум каналам:

j=2iir

Н .= 2 И-, j где i - номер канала, затем сглаживание по 4 каналам:

j= i+3

N . = (; . И, )!4. =!

Эта обработка позволяет провести сглаживание спектра и устранить различие в ширине соседних каналов (чет — нечет).

Вычисляется среднее значение (N) для каждого измерения и отклонение сглаженных значений от среднего в процентах:

i= roo (м)„= (;Е и;)/1оо; где k — номер измерения, k = 1, 2, 3, Далее производится алгебраическое вычитание значений В для каналов с одинаковьии номерами (одинаковое 1 ) для всех возможных комбинаций иэ трех серий измерений и выбирается максимальное значение:

k1 =1,23;k 1

100, где k 1 — номера измерений.

Вычисляется также максимальная разность средних значений из трех измерений:

+ гпах g (Й) — (N) е )

2 (Я)

За значение неравномерности плотности распределения аеяелитуд выходных импульсов принимается сумма максимальных значений отклонений.

Kе=С +D+A

55 где А — методическая погрешность изМ мерений, учитывающая ограниченность статистики набора, ограниченность числа анализируемых участков характеристики генератора и числа каналов.

Исследования показали, что эта погрешность при регистрации в каждом канале 10 имульсов находится на уровне е. 0,1Z.

Предлагаемый способ имеет следующие технические преимущества.

Повьшгается точность измерений дифференциальной нелинейности импульсных генераторов, что обеспечивается исключением синхронизации анализатора с измеряемым сигналом, в отличие от известного объекта, по г сравнению с которым уменьшается сис1545179 тивоноложной полярности. В этом случае диапазон измеряемых амплитуд определяется диапазоном изменения опорного напряжения и может многократно превышать рабочий диапазон анализатора.

Формула изобретения

30 (=1 7

Г-

Составитель М.Данилов

Техред А. Кравчук Корректор Л,Бескид

Редактор Е.Папп

Заказ 489 Тираж 359 Подписное

ВНИИ(1И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издат.=.пьскпй к омби:-зт "!1атент", -. Ужгород, ул, Гагарина, 101 тематическая составляющая погрешности на 20-257. вследствие исключения неизбежных помех (паводок) по цепям синхронизации на измеряемый сигнал.

Ограничивается также постоянная составляюп1ая суммарного сигнала. Это устраняет возможность появления погрешности измерения вслецствие изменения температурного режима входных аналоговых каскадов амплитудного анализатора при изменении

,величин опорного напряжения при

1 измерениях дифференциальной нелиней ности генератора на различных участках его (генератора) шкалы. Количественно измерить величину этой составляющей погрешности не представ=ляется возможггым.

Кроме того, расширяется диапазм измеряемых амплитуд, В известном способе диапазон измеряемых амплитуд не может превышать рабочий диапазон используембго анализатора, так как на его вход подаетсл сигнал равный сумме измеряемого сигнала и сигнала источгпгка постоянного напряжения.

Согласно предлагаемому способу на вход анализатора подается сигнал, равный разности измеряемого сигнала и сигнала источника постоянного напряжения, так как осуществляется суммирование измеряемого сигнала. со . стабильным опорным наггряжением проСпособ измерения неравномерности плотности распределения амплитуд потока сигналов путем суммирования измеряемого сигнала с сигналом источника постоянного напряжения, измерения амплитуды суммарного сигнала, причем каждое последующее измерение производя при новом значении сигнала источника постоянного напряжения

H производят вычисление неравномерности плотности распределения амплитуд потока сигналов, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения рабочего диапазона измеряемых сигналов, производят суммирование измеряемых сигналов со стабильным опорным напряженнем противоположной полярности относительно. полярности измеряемого сигнала, причем измерения амплитуд проводят после предварительного ограничения постоянной составляющей суммарного сигнала без синхронизации анализатора от источника измеряемьгх амплитуд.