Устройство для измерения длительности импульсных сигналов

 

Изобретение относится к импульсной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения импульсного сигнала, искаженного паразитной амплитудной модуляцией, - достигается введением генератора 2 управляющего импульса, элемента 4 задержки, перемножителей 5,6, управляемого интегратора 7, усилителя 11, управляемого ключа 12, блока 13 отношения, экспоненциального усилителя 18, управляемого интегратора 19. Устройство также содержит переключатель 1, генератор 3 линейно изменяющегося напряжения, управляемый ключ 8, полосовой фильтр 9, квадратор 10, усилитель 14, сумматор 15, управляемый интегратор 16, блок 17 вычитания. 12 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 G 04 F 10/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ fNHT СССР

1 (21) 4472121/?4-21 (22) 08.08.88 (46) 15.10.90. Г>юл. Р 38 (71) Воронежский государственный уни- верситет им. Ленинского комсомола (72) А.П.Трифонов и Ю.В.Невежин (53) 621.317.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР Р 915059, кл. G 04 F 10/ОО, 1982.

Авторское свидетельство СССР

9 1330604, кл. С, 04 F 10/00, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к импульс- . ной технике. Цель изобретения — повы„.SU„„1599 38 А1

2 шение точности измерения импульсного сигнала, искаженного паразитной амплитудной модуляцией, — достигается введением генератора 2 управляющего импульса, элемента 4 задержки, перемножителей 5 и 6, управляемого интегратора 7, усилителя 11, управляемого ключа 12, блока 13 отношения, экспоненциального усилителя 18, управляемого интегратора 19. Устройство также содержит переключатель 1, генератор 3 линейно изменяющегося напряжения, управляемый ключ 8, полосовой фильтр 9, квадратор 10, усилитель 14, сумматор 15, управляемый интегратор (6 и блок 17 вычитания. 12 ил.

15998

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано н радиотехнических устройствах измерения длительности импульса. Целью изобретения является повышение точности измерения длительности импульсного сигнала, искаженного паразиткой амплитудной модуляцией.

На фиг. 1 приведена структурная 1р схема устройства для измерения длительности импульсных сигналов; на фиг. 2 - 12 - временные диаграммы, . показывающие вид преобразований входного сигнала при прохождении им раз- 15 личных блоков устройства.

Устройство для измерения длительности импульсных сигналов содержит (фиг. 1) переключатель 1, генератор 2 управляющего импульса, генератор 3 ур линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), элемент 4 задержки, перемножители 5 и 6, управляемый интегратор

7 (расширитель импульсов), управляемый ключ 8, полосоной фильтр 9, квад- 25 ратор 10, усилитель 11, ключ 12, блок 13 отношения, усилитель 14, сум матор 15, управляемый интегратор 16, блок 17 вычитания, экспоненциальный усилитель 18 и управляемый интегратор 19.

Входная шина соединена с первым входом переключателя 1 и входом управляемого ключа 8, выход которого соединен с входом полосового фильтра

9 и входом усилителя 14. Выход последнего соединен с первым входом сум-. матора 15, второй вход которого через кнадратор 10 соединен с выходом полосового фильтра 9. Пина управления 4О соединена с вторым входом переключателя 1, выходом подключенного к входу генератора 2, выход которого соединен с входом генератора 3, входом элемента 4 задержки, входом перемножителя 5, управляющими входами управляемых интеграторов 7, 16 и 19 и управляющим входом ключа 8. Выход элемента 4 задержки соединен с вторым входом перемножителя 5, выход которого подключен к управляющему входу ключа 12. Выход последнего соединен с первым входом перемножителя 6 и вхо-. дом управляемого интегратора 19, вы-, ход которого соединен с первым входом блока 13 отношения, вторым входом подключенного к выходу управляемого интегратора 7. Вход интегратора 7 соединен с выходом перемножителя 6, вто38 4 рой вход которого через усилитель 11 соединен с выходом генератора 3 и первым входом блока 17 вычитания.

Второй вход последнего через управ- . ляемый интегратор 16 соединен с выходом сумматора 15. Выход блока 17 вычитания через экспоненциальный усилитель 18 соединен с входом управляемого ключа 12. Выход блока 13 отношения является выходом устройства.

Положение I переключателя 1 соответствует работе устройства при умеренном уровне широкополосных помех, когда генератор 2 срабатывает от переднего фронта измеряемого импульса.

Положение ХХ переключателя 1 соответствует работе устройства при большом уровне помех, когда генератор 2 сра- .. батывает от импульса, синхронизиро" ванного с передним фронтом измеряемого импульса, Устройство работает следующим образом.

На вход измерителя длительности импульса поступает аддитивная смесь

x(t)=S(t)+n(t) импульса S(t) и широкополосной помехи n(t). Измеряемый импульс искажен паразитной амплитудной модуляцией, следовательно его можно описать формулой, ) (Uc(1+mE(t)), 0» t n, ) 0, tCO, tp<.„, где По — амплитуда неискаженной части импульса;

m=Uycpep/

/U — индекс паразитной амплитудной модуляции (Узсср — эффективное напряжение муль1 типликативной помехи); (t) описывает случайный закон амплитудной модуляции и, имея единичную среднюю мощность, обладает спектром.мощности, сосредоточенным в диапазоне частот -Я/2; Я!21.

Иультипликатинные искажения предполагаются быстрыми, следовательно р =с Я/27I )>1. При превышении входным сигналом некоторого уроння (переключатель 1 в положении I) или при поступлении импульса, синхронизированного с передним фронтом измеряемого импульса (переключатель 1 н положении II), генератор 2 управляющего импульса вырабатывает управляющий сигнал x (t) изображенный на фиг, 2, Длительность первого положительного импульса в управляющем сигнале выби5 1599838 6 рается равной наибольшей возможной Расширитель 1 6 длительности имдлительности измеряемого импульса Т. ° пульсов представляет собой интегРа

Расстояние от заднего Аронта положи- тор с большой постоянной времени, тельного импульса до переднего Арон- на выходе которого Аормируется сигта второго (отрицательного) импульса нал (фиг. g

Тдх выбирается минимальным, но достаточным для считывания результатов

О измерения. Таким образом, Тц (- это Эта преобразованная смесь сигнала время индикации. Длительность второ- 10 р помехи поступает на вход блока "17 го {отрицательного) импульса выбира- вычитания. Одновременно на второй ется минимальной, но достаточной для вход блока 17 вычитания с выхода управления блоками схемы, В исходном ГЛИНЗ поступает линейно-изменяющийся состоянии (до включения генератора сигнал хз(с )=К (, (Аиг, S), формируеуправляющего сигнала) ключи 8 и 12 15 мый с помощью сигнала с выхода генезакрыты, управляющий сигнал на входах ратора 2 управляющего импульса длиийтеграторов 7 и 19> входах ГЛИН 3, тельностью, равной интервалу воэможэлемента 4 задержки и перемножителя 5 ных значений длительностей измеряемоотсутствует. При появлении положитель-. ro импульса. Блок 17 вычитания форминого импульса управляющего сигнала 20 рует сигнал, (фиг. 9) открывается кгпоч 8 и остается открытым в течение времени Т,. В этом ин- хд (ь) = ) (>g(t)+> (4 (t)J Й1:-Кэ(- ° (6) тервале времени на полосовой (фильтр 9 С выхода блока 17 вычитания сигнал и усилитель 14 поступает аддитивная поступает на усилитель 18 с экспоненсмесь x(t) =S(t)+n(t), где S(t) зада- 25 цнальной динамической характеристиется формулой (1), а n(t) - широко- кой, формирующий выходной сигнал вида полосная помеха со спектральной плот- (фиг. 10) ностью N>, Полосовой Аильтр 9 имеет х gg (о)=ахи К а ° х т (с ))= полосу пропускания, равную полосе, /. 3 р

1-1Г/2 ° тт/21и нанимаемую спектром мог - яр е р(Е ас I ности паразиткой амплитудной модуля- С выхода экспоненциального усилиции измеряемого импульса (1), и дол- теля 18 на последующие блоки схемы жен обеспечивать коэААициент переда- сигнал поступает через ключ 12, кочи К(. В результате на выходе полосо- торый открывается с задержкой на вревого фильтра 9 имеем сигнал

35 мя Ti T qgp относительно переднего фронта положительного импульса управх,„(с)= I х„(L. t ) Ь" О Й дс (тт : ляюиего сигнала, гие Тю — минимально возможная длительность измеряемого

:импульса. Задержка обеспечгвается

При этом сигнал (2) на вьмоде поло1 аО тем, что управляющий сигнал ключа 12 сового фильтра 9 отличается от входх (t) (фиг. 4) представляет собой ре.ной смеси измеряемого импульса и адзультат перемножения управляющего дитивной помехи x(t) лишь тем, что импульса xn(t (фиг. 2) и управляющеподавлены все спектральные составляюго импульса x {t), прошедшего через щие аддитивной помехи n(t), лежащие У 4 р 2. //21 45 линию 4 задержки (Аиг. 3) со времевне полосы частот (- су 2; Я/2.4 намнемм задержки Т<. плитуда изменена в К раз, Перемножитель 6 Аормирует произве.Усилитель 14 выполнен с коэдхЪициендение хь(с) сигнала х р(), получентом усиления К 4, следовательно, на ного из выходного сигнала ГЛИН 3 усивыходе усилителя 14 имеем сигнал

5О лением с коэффициентом усиления К t/ блоком 11, и сигнала х

Сигнал с выхода усилителя 14 в сумматоре 15 суимируется с выходным сигхб((=х((Ф х (g (. налом квадратора 1О, в результате. че" =,. /., (8)

Кц Ку Л хgg(l.) Т "— Tq

О,ссТ,; (..Т.

r0 формируется сигнал (Аиг. 7) () g() (1 (4) Таким образом, на входы интеграто

I .3 ров ? и 19 входные сигналы х,(() и который поступает на вход расширите- х, () начинают поступать после моля 16 длительности импульсов. мента времени Ti, следовательно, при

1599838!

О (11) tcT на выходе интегратора 7 формиру« ется сигнал

Ф х (Х)=9 К ° Кх ); ° х (Ф)ЙС, (9) т, 5 а на выходе интегратора 19 — сигнал х (9 (t) = g x д ®) d a (10)

Т(В результате, на выходе блока 13 отношения формируется сигнал х (y(t) =x (t) /х

I т %

Кз К4({ t хр{КЮ (((К9 х(-t ,х (Т)- 9

) ххР{КЦ (К9,) х(Х-t )ß!2Ttt —

T 4

О Ф

Таким образом, величина х (Т) представляет собой измеренное значение неизвестной длительности входного импульса.

По окончании в момент времени Т положительного импульса управляющего сигнала xq(t) ключ 2 закрывается, прекращается формирование линейно из-. меняющегося сигнала х,t) ГЛИН 3, а отрицательным импульсом управляющего сигнала и момент времени Т+Тня9)9

: сбрасываются (обнуляются) интеграторы 7,16 и 19. Устройство приводится в исходное состояние и готово к работе.

Точность измерения длительности .импульса в предлагаемом устройстве зависит от выбора коэффициентов К,Кз, Кц(, К 4 и Кщ, определяющих режим работы соответствующих блоков. Анализ точности измерения в предлагаемом устройстве, а также результаты теории 4О помехоустойчивости показывают, что наибольшая точность измерения длительности импульса достигается при следующих значениях коэффициентов:

Kg =q/М (1+q);

Кэ=02О (1+щ2 (1+q) 1n(1+q) /Ч)х х 11)1 (1+q)

<((=1/К y, K(g =2Uo /No(1+q) s

К ®=1.

В этих выражениях No — спектральная плотность широкополосной помехи, q — отношение спектральных плотностей мультипликтивной и аддитивной широкополосной помех.

Таким образом, измеренное значение длительности импульса представляет собой отношение площадей под кривыми, приведенными на фиг. 12 и 11 соответЭтот сигнал зависит от времени только при мТ. При tpT.19 этот сигнал представляет собой постоянную величину,.численно равную измеренному значению длительности входного импульса. Если выходной сигнал предлагаемого устройства x (t) выразить через входную смесь импульса и помехи x(t), то в интервале времени от Т до Т + Тян получим

), 7 — — dt ) +:Kttx(t))dt-К фх

Ю -81n(2tã./2) 1 а йе /2P

Э п(Дс /2) у (It ) 2+K<4x(t)g dt-К С) Д с л1 р. (2t /2) ц

I ственно. В отсутствие широкополосной помехи это отношение площадей хотя и близко к истинному значению длительности импульса ьп, но все-таки л несколько отличается от него. В устройстве-прототипе в качестве измеренного значения длительности импульса используется положение максимума сигнала х 1(() на выходе блока 17 вычитания (фиг. 9). Поэтому в отсутствие широкополосной помехи устройство-прототип обеспечивает точное измерение длительности, однако в нем для измерения используется только один признак сигнала — х 1 (Ф) амплитуда. В предлагаемом устройстве используется для уточнения измерения еще и площадь под кривыми, формируемыми блоками 6 . и 12. Таким образом, в отличие от устройства-прототипа н предлагаемом устройстве для измерения длительности; импульса используются дна признака формируемого сигнала — амплитуда и площадь под пиком. Использование двух признаков в предлагаемом устройстве вместо одного в прототипе позволяет повысить точность измерения длительности при наличии помехи. Кроме того, экспоненциальный усилитель существенно обостряет пик формируемого сигна-. ла н окрестности истинного значения длительности импульса (фиг.9, 11

12) .

Это обострение также позноляет повы- сить точность измерения. При наличии широкополосной помехи зкспоненциаль- ный усилитель также существенно обостряет пики выходного сигнала блока 17, обусловленные действием помехи. Это равносильно расширению спектра помехи. В результате интегра838

)О

9 1599 торы 7 и 19 более эффективно сглаживают (подавляют) широкополосную помеху. Следовательно, при наличии широкополосной помехи точность измерения длительности импульса в предла5 гаемом устройстве всегда выше, чем в устройстве,-прототипе.

Формула и з обретения

Устройство для измерения длительности импульсных сигналов, содержащее входную н управляющие шины, переключатель, генератор линейно изменяющегося напряжения, первый управляемый ключ, полосовой Фильтр, квадратор, первый усилитель, сумматор, первый управляемый интегратор, блок отношений, первый вход которого соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, вход которого соединен с входом управления первого управляемого клича, вход которого соединен с входной шиной и первым входом 25 переключателя, второй вход которого соединен с управляющей шиной устройства, выход первого управляемого ключа соединен с входами полосового фильтра и первого усилителя, выход 30 которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через квадратор соединен с выходом полосового фильтра, выход сумматора через первый управляемый интегратор соедиХ (Ю нен с вторым входом блока вычитания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены элемент задержки, два перемножителя, два управляемых интегратора, второй усилитель, второй управляемый ключ, экспоненциальный усилитель, блок отношения, генератор управляющего импульса, вход которого соединен с выходом переключателя, а выход - с входами управления первого, второго и третьего управляемьм интеграторов, входами генератора линейно изменяющегося напряжения,и элемента задержки, первым входом первого перемножителя, второй вход кото" рого соединен с выходом элемента задержки, а выход — с входом управления второго управляемого ключа, выход которого соединен -с первым входом второ го перемножителя и входом третьего управляемого интегратора, выход которого соединен с первым входом блока отношения, второй вход которого соединен с выходом второго управляемого интегратора, вход которого соединен с выходом второго перемножителя, второй вход которого через второй усилитель соединен с первым входом блока вычитания, выход которого через экспоненциальный усилитель соединен с входом второго управляемого ключа, выход блока отношения является выходом устройства.

1599838

Фиг. ю

Юи

Фиг. 1

1599838

Составитель В.Котов

Техред И.Ходанич Корректор Э.Лончакова

Редактор А.Лежнина

Заказ 3143 Тираж 350 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101