Осциллографический аналого-цифровой регистратор одиночных электрических импульсов

 

Устройство относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при исследовании однократных и редко повторяющихся сигналов. С целью повышения точности регистрации в устройство, содержащее электронно-лучевую трубку с микроканальной пластиной и токопроводящим экраном, перед которым установлена фотокамера, блок записи, блок управления, блок развертки, коммутатор, блок памяти, блок формирования ординаты, элемент ИЛИ и блок установки режима с соответствующими связями, дополнительно введены блок импульсной фокусировки луча, коммутатор и блок управления лучом, содержащий три цифроаналоговых преобразователя, регистр и два сумматора с соответствующими связями, обеспечивающими оптимальные режимы фокусировки луча при изменении режимов работы регистратора, одинаковые условия при записи регистрируемого сигнала и записи электронной шкалы и улучшающими совместность аналоговой и цифровой регистрации, что приводит к повышению точности регистратора в целом. 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при исследовании однократных или редко повторяющихся физических процессов, например термоядерных реакций, импульсного ионизирующего излучения и т.д. Целью изобретения является повышение точности регистрации одиночных электрических импульсов. Блок-схема предлагаемого устройства представлена на чертеже. Электронно-лучевая трубка ЭЛТ 1 выполнена с микроканальной пластиной МКП 2, экраном 3, отклоняющей системой ОС Y 4, отклоняющей системой ОС X 5, катодно-модуляторным узлом КМУ 6. Устройство содержит также фотокамеру 7, блок записи 8, элемент ИЛИ 9, первый коммутатор 10, блок управления режимов БУР 11, блок управления БУ 12, блок цифровой развертки БЦП 13, блок формирования ординаты 14, блок памяти 15, второй коммутатор 16, блок импульсной фокусировки луча БИФ 17, фокусирующую систему 18 ЭЛТ 1, блок управления лучом БУЛ 19, ЦАП 20 22, сумматоры 23 и 24, регистр 25, сигнальный вход регистратора 26, управляющий вход регистратора 27, установочные входы регистратора X_Б, Y_Б 28 и 29 соответственно, усилитель-формирователь 30, регистр ординаты 31. Работа регистратора состоит из следующих циклов: I запись калибровочного уровня напряжения, II цифровое преобразование уровня напряжения, III фоторегистрация изображения электронной шкалы, IV фоторегистрация изображения (осциллограмма) исследуемого сигнала, V цифровое преобразование исследуемого сигнала, VI визуализация информации из блока памяти на экране ЭЛТ. Циклы I и II могут быть повторены несколько раз при различных значениях калибрующих напряжений с тем, чтобы обеспечить калибровку по всему рабочему полю. Циклы IV и V также могут быть повторены несколько раз до полного заполнения блока памяти 15 (для упрощения описание приводится для указанной выше последовательности циклов). Калибровочный уровень напряжения вырабатывается прецизионным цифроаналоговым преобразователем ЦАП 22. Цифровое преобразование осуществляется путем сканирования входной поверхности МКП 12 электронным лучом, развернутым в растр. Растр образуется путем подачи на системы X и Y отклоняющих напряжений: на ОС X ступенчатого с числом ступенек, равным числу строк N_x в растре, на ОС Y также ступенчатого с числом ступенек, равным количеству уровней квантования по амплитуде N_y. Электронная шкала формируется аналогично растру, но с переменным шагом перемещения как по X, так и по Y. Фоторегистрация шкалы осуществляется путем открытия затвора фотокамеры. Цифровое преобразование регистрируемого сигнала осуществляется после сигнала аналогично тому, как это имело место для калибровочных уровней. В момент достижения лучом записанного рельефа записываются координаты луча: код X записывается как адрес информационного слова, а само информационное слово соответствует номеру ступеньки (в диапазоне I - N_y), при нахождении на которой электронным лучом обнаружен записанный ранее "рельеф". Визуализация осуществляется путем подсвечивания на экране ЭЛТ всех точек, адреса которых были записаны при цифровом преобразовании. Количество этих точек равно количеству строк N_x растра преобразования. Формирование считывающего растра, электронной шкалы и реконструкция преобразованного сигнала на экране ЭЛТ (визуализация) осуществляется одними и теми же блоками БУЛ 19 и БЦР 13 (частично, БП 15). БЦР 13 формирует соответствующие последовательности кодов X и Y (либо запрашивает эти последовательности из блока БП), а БУЛ 19 с помощью прецизионных ЦАП 20, 21 и 22 преобразует кодовые последовательности в соответствующие управляющие напряжения. Переход от одного цикла к другому может быть условным (по сигналу завершения предыдущего цикла), либо безусловным по жесткой временной последовательности (так как продолжительность каждого цикла может быть фиксированной и априорно известной). Исключение составляет цикл регистрации исследуемого сигнала (если момент его поступления на вход регистратора неизвестен с достаточной точностью т.н. "ждущий режим"). В этом случае переход к цифровому преобразованию осуществляется по сигналу "квитанция БЗ", свидетельствующему о происшедшем запуске БЗ. В предлагаемом устройстве такой переход к считыванию используется и при цифровом преобразовании калибровочных уровней (переход "A.K." "C") с целью максимально возможного сокращения времени между записью А.К. и считыванием. При поступлении сигнала ПУСК БУ 12 вырабатывает сигнал А.К. (амплитудная калибровка), который поступает на коммутатор 16, блок импульсной фокусировки луча 17, первый коммутатор 10, блок установки режима 11, устанавливая их в соответствующие состояния, а также на БЦР 13 и БЗ 8. БЦР 13 вырабатывает коды X и Y, соответствующие сигналам на установочных входах X_Б, Y_Б 28 и 29 соответственно, выставляет на их шинах код X и код Y; после этого БЦР 13 вырабатывает сигнал "блокировка", блокирующий регистр 25 блока БУЛ 19, в результате чего в регистре 25 оказывается записанным код Y_Б и он защищен от записи других кодов из шины код Y. Этот код Y_Б с выхода регистра P_r25 передается на один из входов сумматора 23 и на вход ЦАП 20 блока БУЛ 19. ЦАП преобразует статический код Y_Б в соответствующее постоянное напряжение, которое подается на вспомогательный вход ОС Y 4 ЭЛТ 1. Код X_Б передается через сумматор 24 бенз изменения, так как вход X₀ сумматора заблокирован сигналом со второго выхода блока 13, что эквивалентно наличию на нем числа "0". ЦАП 21 преобразует код X в соответствующее постоянное напряжение, которое подается через первый коммутатор 10 на отклоняющую систему X ЭЛТ 1. Затем БЦР 13 вырабатывает код Y_K, который поступает на первый вход сумматора 23 блока БУЛ и складывается с кодом Y_Б, сумма преобразуется с помощью ЦАП 22 в постоянное напряжение, которое через второй коммутатор 16 подается на основной вход отклоняющей системы Y 4 ЭЛТ 1. По истечении времени, необходимого для осуществления описанных операций, БЗ вырабатывает импульсы (сигналы) "подсвет" и "развертка", подаваемые, соответственно через элемент ИЛИ 9 и первый коммутатор 10 на катодно-модуляторный узел 6 и отклоняющую систему X 5 ЭЛТ 1, а также сигнал "квитанция БЗ". Происходит запись калибровочного уровня на МКП 2. Сигнал "квитанция БЗ" подается на БУ 12, в результате чего БУ 12 снимает сигнал "А.К" и вырабатывает сигнал "С" (считывание), который изменяет состояние блока БИФЛ 17, коммутатора 10, коммутатора 16, БУР 11 и поступает на БЦР 13. БЦР 13 снимает сигнал "блокировка" с Pr 25 и устанавливает сигнал "смещение" с сумматора 24 блока БУЛ 19 и затем вырабатывает последовательность кодов X и Y и передает их на шины "код X" и "код Y". Последовательность кодов соответствует формированию считывающего растра, при этом код Y преобразуется ЦАП 20 в соответствующее линейно-ступенчатое напряжение, которое подается на вспомогательный вход ОС Y 4 ЭЛТ 1 и отклоняет луч по оси Y, а код X складывается с кодом X₀, что необходимо для смещения начала считывающего растра на рабочее поле ЭЛТ 1. Код X₀ может формироваться на соответствующем входе сумматора 24 с помощью постоянного запоминающего устройства, кодировочного поля или любого другого устройства, обеспечивающего такой код. Коды Y в пределах каждой строки изменяются от значения, соответствующего одному крайнему положению луча на строке, до значения, соответствующего другому крайнему положению луча на строке. Количество кодовых комбинаций в пределах строки определяет количество уровней квантования при цифровом преобразовании. В процессе формирования считывающего растра коды Y поступают также на БФО 14. При достижении лучом записанного ранее рельефа образуется сигнал считывания, который также поступает на БФО. Усилитель-формирователь 30 выделяет из этого сигнала, как правило имеющего сложную форму, импульс-отметку и формирует сигнал разрешения записи, который подается на регистр 31. По этому сигналу регистр 31 записывает мгновенное значение кода Y в БП 15 по адресу, соответствующему номеру строки считывания. По истечении времени, достаточного для формирования всех строк считывания, БУ 12 снимает сигнал "С" и повторно вырабатывает сигналы "А.К." и "С" в описанной выше последовательности, повторяя таким образом запись и считывание второго калибрационного уровня с новым значением Y_k. Циклы записи и считывания калибрационных уровней могут повторяться несколько раз с целью калибровки всего рабочего поля ЭЛТ по оси Y. С точки зрения повышения совместимости (сопоставимости) результатов аналоговой регистрации целесообразно в качестве калибрационных уровней выбирать горизонтальные линии электронной шкалы, которая будет зарегистрирована на один кадр с исследуемым сигналом. По окончании считывания последнего калибровочного уровня БУ снимает сигнал А. К. и вырабатывает сигналы Ф (управление затвором фотокамеры) и Ш (шкала). Сигнал "Ш" поступает на БЦП 13. БЦР 13 выставляет на шину "код Y" код Y_Б и затем формирует сигнал "блокировка", осуществляя тем самым запись кода Y_Б в регистр 25. Код Y_Б преобразуется ЦАП 2 20 в постоянное напряжение, которое подается на вспомогательный вход ОС 4. После этого БЦР 13 вырабатывает и выставляет на шины "код X", "код Y" последовательность кодов, обеспечивающих формирование электронной шкалы аналогично считывающему растру, но с меньшим количеством кодовых комбинаций. Например, при 256 строках считывающего растра и 256 уровнях квантования по амплитуде электронная шкала, состоящая из 10 делений по оси X и 6 делений по оси Y, может формироваться следующим образом. При каждом значении кода X, соответствующего числу X_БЛ (1 + n25), где n (0.10), формируются "базовые" вертикальные линии шкалы, состоящие из 31 равномерно расположенных в пределах строки точек, а при каждом значении кода X, соответствующего числу X_пл (1.256); (X_пл≠X_БЛ) формируются "промежуточные" вертикальные линии шкалы, состоящие из 7 равномерно расположенных в пределах строки точек, в совокупности образующих горизонтальные линии шкалы. Как уже указывалось выше, целесообразно использовать значение кодов, соответствующих каждой (или части) из этих горизонтальных линий шкалы для формирования калибрационных линий (уровней напряжения) в режиме А.К. что и осуществляется в предлагаемом устройстве блоками БЦР и БУЛ. По завершении формирования шкалы БУ 12 снимает сигнал "Ш" и вырабатывает сигнал "З" (запись исследуемого сигнала). Сигнал "З" поступает на блок БЦР 13, который вырабатывает коды X_Б и Y_Б и выставляет их на шины "код X" и "код Y", вырабатывает сигналы "блокировка" и "смещение", обеспечивая тем самым на выходах ЦАП 21, ЦАП 20 блока БУЛ 19 постоянные напряжения установки исходного положения луча перед записью исследуемого сигнала. Сигнал "З" осуществляет также (с задержкой, необходимой для выполнения описанных операций блоком БЦР) разблокировку БЗ по входу исследуемого сигнала, переводя тем самым регистратор в ждущий режим. При поступлении исследуемого сигнала на вход регистратора 26 происходит запуск БЗ 8, который вырабатывает сигналы "подсвет" и "развертка", поступающие соответственно через элемент ИЛИ 9 на КМУ 6 и через коммутатор 10 на отклоняющую систему X 5. Регистрируемый сигнал через коммутатор 16 поступает на основной вход ОС Y 4. В результате происходит запись исследуемого сигнала на МКП 2 и фоторегистрация его изображения с экрана 3 с помощью фотокамеры 7 на один кадр с зарегистрированной перед этим (в цикле "Ш") электронной шкалой. По получении сигнала "квитанция БЗ" БУ 12 снимает сигналы "Ф" и "З" и вырабатывает сигнал "С", осуществляя таким образом считывание исследуемого сигнала аналогично тому, как это происходило в цикле считывания калибровочных уровней. Установление перед считыванием блоком БУР 11 пониженного напряжения на экране 3 и закрытие затвора фотокамеры 7 защищают фотоосциллограмму исследуемого сигнала на экспонированном кадре фотоматериала в камере 7 от "забивания" растром считывания. После формирования последней считывающей строки в БП 15 оказывается записанным цифровой массив, являющийся цифровым представлением калибрационных уровней и исследуемого сигнала, а на фотоматериале в фотокамере 7 заэкспонированы электронная шкала и исследуемый сигнал. Запись калибровочных уровней, электронной шкалы и исследуемого сигнала при идентичных условиях на отклоняющей системе Y 4 (требуемое для правильного расположения исследуемого сигнала на рабочем поле экрана 3 напряжение подается на вспомогательный вход Y 4 во всех этих трех циклах записи, а в двух первых из них вызываемое им отклонение луча компенсируется таким же напряжением, подаваемым на основной вход ОС Y 4 вместе с калибрационными уровнями или шкалой) повышает точность и сопоставимость результатов аналоговой и цифровой регистрации. Этому способствует также использование одного и того же устройства БУЛ 19 для формирования управляющих лучом сигналов X, Y. Введение в состав регистратора устройства импульсной фокусировки (УИФ) 17 позволяет обеспечить оптимальную фокусировку в условиях неизбежного и существенного изменения тока луча при переходе из одного цикла работы в другой (ток луча при записи может отличаться от тока луча считывания на несколько порядков). Оптимизация фокусировки при записи и при считывании при прочих равных условиях обеспечивает снижение погрешности цифрового преобразования.

Формула изобретения

Осциллографический аналого-цифровой регистратор одиночных электрических импульсов, содержащий электронно-лучевую трубку, выполненную с микроканальной пластиной и токопроводящим экраном, перед которым установлена фотокамера, блок записи, сигнальный вход которого является сигнальным входом регистратора, выход "развертка" через первый коммутатор соединен с горизонтально отклоняющей системой электронно-лучевой трубки, а выход "подсвет" подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого связан с выходом "подсвет" блока цифровой развертки, а выход с входом катодно-модулирующего узла трубки, блок управления, вход "пуск" которого является управляющим входом регистратора, а второй вход подключен к выходу "квитанция блока записи", входы "амплитудная калибровка" и "запись" которого соединены с соответствующими входами первого коммутатора, блока установки режима, блока цифровой развертки и соответствующими выходами блока управления, выход "управление затвором фотокамеры" которого подключен к входу фотокамеры, выход "считывания" к соответствующим входам блоков цифровой развертки, установки режима, формирования ординаты, выход "шкала" подключен к соответствующим входам блоков цифровой развертки и установки режима, а выход "визуализация" к соответствующим входам блоков питания, цифровой развертки и блока установки режима, выходы которого подключены соответственно к токопроводящему экрану и микроканальной пластине, блок формирования ординаты, выход которого подключен к входу блока памяти, а информационный вход соединен магистральными связями с шиной "Код Y", являющейся внешней шиной регистратора, блоком памяти и блоком цифровой развертки, входы "Х_Б" и Y_Б" которого являются установочными входами регистратора, отлючающийся тем, что, с целью повышения точности регистрации, в него введены блок импульсной фокусировки луча, выход которого подключен к фокусирующей системе электронно-лучевой трубки, а входы "запись", "амплитудная калибровка", "считывание", "шкала" соединены с соответствующими выходами блока управления, второй коммутатор, первый вход которого соединен с сигнальным выходом блока записи, входы "запись", "шкала", "амплитудная калибровка" с соответствующими выходами блока управления, а выход с вертикально-отклоняющейся системой электронно-лучевой трубки, блок управления лучом, содержащий три цифроаналоговых преобразователя, два сумматора и регистр, причем выходы первого, второго и третьего преобразователей подключены к второму входу первого коммутатора, вспомогательному входу вертикально отклоняющей системы и второму входу второго коммутатора соответственно, а выходы к выходам первого сумматора, регистра и второго сумматора соответственно, выход регистра подключен к второму входу второго сумматора, первый вход которого объединен с входом регистра и подсоединен к магистральной шине "Код Y" блока цифровой развертки, первый управляющий выход которого подключен к управляющему входу регистра, второй выход к управляющему входу первого сумматора, а магистральная шина "Код Х" - к первому входу первого сумматора, второй вход которого является внешней шиной "Х₀" регистратора, причем токопроводящий выход микроканальной пластины соединен с управляющим входом блока формирования ординаты.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 10.04.1997

Номер и год публикации бюллетеня: 3-1999

Извещение опубликовано: 27.01.1999        

---