Устройство для выделения импульса-отметки из считанного с микроканальной пластины запоминающей электронно-лучевой трубки сигнала в аналого-цифровых регистраторах

 

Использование: устройство относится к измерительной технике и может быть использовано в регистраторах, предназначенных для изучения формы одиночных сигналов нано- и субнаносекундного диапазона. Целью изобретения является повышение достоверности выделения импульса-отметки. Существо изобретения: устройство содержит усилитель, сумматор и последовательно соединенные компаратор и формирователь-селектор, фильтр низкой частоты, последовательно соединенные пиковый детектор и дифференциатор. В устройстве обеспечено формирование компенсирующего напряжения из информационного сигнала, окончательное выделение импульса-отметки с помощью пикового детектора, чем определяется высокая достоверность выделения импульса-отметки. В результате достигается высокая точность при восстановлении формы регистрируемого сигнала. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в аналого-цифровых регистраторах (АЦР), предназначенных для исследования формы одиночных или редкоповторяющихся импульсов. В АЦР, например, (1) осуществляется последовательная запись изображения исследуемого сигнала в виде потенциального рельефа на поле микроканальной пластины (МКП) в координатах (Y,X), соответствующих текущим координатам амплитуды и времени (A,t), считывание изображения этого сигнала путем сканирования электронным лучом поля МКП, развернутым в прямоугольный растр, а также фиксирование моментов пересечения считывающим лучом потенциального рельефа с целью получения информации о дискретных значениях амплитуды исследуемого сигнала A₁ в моменты времени t₁. Определение значений t₁ основано на выделении импульсов отметок из выходных сигналов, снимаемых с МКП, и формировании управляющих сигналов, привязанных к середине импульсов-отметок, несущих информацию о моментах пересечения считывающих лучом потенциального рельефа (зарядного изображения) сигнала. Форма выходного сигнала, считанного с МКП импульса, имеет сложную структуру, которая зависит от ряда факторов. Она характеризуется (см. фиг. 1) наличием "пьедестала", соответствующего движению луча в плоскости МКП, импульсом-отметкой, расположенным на "пьедестале", возникающем при пересечении лучом считывания потенциального рельефа. Реально считанный сигнал содержит также высокочастотный шум и сигналы помех (выбросы), возникающие из-за неидеальности МКП. Из практики известно, что в зависимости режимов ЗЭЛТ отношение сигнал/"пьедестал" может принимать значения от 0,1 до 10. Кроме того, как отношение сигнал/"пьедестал", так и сами абсолютные значения считанных сигналов могут существенно уменьшаться в (2-10 раз) как на краях строк считывания, что обуславливается наличием токов перераспределения (например, отбор тока отклоняющей системой ЭЛТ из-за неточностей ее изготовления), так и при прохождении считывающим лучом "дефектных" участков МКП (участков МКП с пониженным коэффициентом усиления). При этом исчезают существенные различия между импульсом-помехой и импульсом-отметкой, что ведет к увеличению числа так называемых "выпавших" точек и соответственно к уменьшению количества дискретных выборок зарегистрированного сигнала. В соответствии с теоремой Котельникова, это приводит к снижению точности зарегистрированного сигнала, а в некоторых случаях, к полной потере информации. Известно устройство, осуществляющее выделение импульса-отметки и содержащее последовательно соединенные предварительный усилитель, дифференциатор, усилитель и формирователь-селектор, в котором считанный сигнал, поступая на вход устройства, после усиления дифференцируется, что ведет к ликвидации "пьедестала". Импульс-отметка выделяется с помощью компаратора с порогом срабатывания, заданный выше уровня помех, селектируемого по времени, которое определяется из условия ликвидации ложного срабатывания по импульсам от дифференцирования переднего и заднего фронтов "пьедестала". Основным достоинством устройства является относительная простота схемотехнической реализации. Существенным недостатком является то, что отделение "пьедестала" от считанного сигнала осуществляется операцией дифференцирования, которая уменьшает отношение сигнал-помеха и порождает дополнительные высокочастотные составляющие спектра считанного сигнала. Следствием этого является плохая помехоустойчивость, которая в ряде случаев может привести к частичной или полной потере зарегистрированной информации. Наиболее близким техническим решением к данному предложению является устройство для выделения импульса-отметки из считанного сигнала в регистраторе, содержащее усилитель, соединенный с первым входом сумматора, и последовательно соединенные компаратор и формирователь-селектор. Прототип содержит, кроме того, схему компенсации "пьедестала", задаваемого напряжением развертки АЦР по осям X и Y; U_комп=f(U_x, U_y). В прототипе выход сумматора соединен с входом триггера Шмитта, выход которого через формирователь-селектор соединен с выходом устройства. Компенсация "пьедестала" происходит в сумматоре, сигнал с которого поступает в триггер Шмитта с фиксированным порогом срабатывания, установленным выше уровня помех. После селектирования на время длительности строки и формирования по амплитуде на выходе устройства формируется двоичный сигнал, соответствующий уровню логической "1" при наличии потенциального рельефа и логическому "0" при отсутствии рельефа. Достоинство устройства-прототипа заключается в том, что компенсация "пьедестала", осуществляется алгебраическим вычитанием сигнала, ему подобного, позволяет сравнительно просто выделить импульс отметки без внесения дополнительных помех, рассмотренных выше в устройстве. Однако, поскольку компенсирующее напряжение формируется косвенным образом, с постоянной формой и амплитудой, любое изменение "пьедестала", обусловленное изменением режима ЗЭЛТ либо наличием дефективных участков МКП, может привести при вычитании к искажению формы результирующего сигнала и, следовательно, к потере части информации. Данное обстоятельство позволяет судить о неэффективности применения устройства-прототипа из-за низкой достоверности выделения импульса-отметки из считанного сигнала. Устройство-прототип имеет еще один недостаток. Надежное выделение импульса-отметки осуществляется в нем при условии: сигнал/помеха >10. Это, в свою очередь, позволяет относительно высоко (выше уровня помех) установить порог триггера Шмитта и исключить возможность ложного срабатывания по импульсу помехи. При максимальной скорости записи, что соответствует коротким разверткам (Т_p ---> 0) отношение сигнал/помеха ---> 0, причем абсолютное значение импульсов-отметок может изменяться (уменьшаться) на порядок. Это обстоятельство приводит к тому, что при выборе высокого фиксированного порога вероятность пропуска импульсов-отметок значительно увеличивается. Поскольку для устройств этого назначения достоверность выделения импульсов-отметок является одним из существенных параметров, влияющих на точность восстановления формы сигнала, устройство-прототип не может быть использовано для решения поставленной задачи. Целью изобретения является повышение достоверности выделения импульса-отметки из считанного с МКП ЗЭЛТ сигнала в АЦР. Цель изобретения в устройстве для выделения импульса-отметки из считанного с МКП ЗЭЛТ сигнала в АЦР, содержащем усилитель, соединенный с неинвертирующим входом сумматора, и последовательно соединенные компаратор и формирователь-селектор, достигается тем, что устройство дополнительно содержит фильтр низкой частоты, включенный между выходом усилителя и инвертирующим входом сумматора, и последовательно соединенные пиковый детектор и дифференциатор, вход пикового детектора соединен с выходом сумматора, выход дифференциатора с входом компаратора. Блок-схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1; на фиг. 2 и 3 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства. Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные усилитель 1, выход которого соединен с неинвертирующим входом сумматора и входом фильтра низкой частоты (ФНЧ)2, выход которого соединен с инвертирующим входом сумматора 3. Устройство содержит также пиковый детектор 4, вход которого соединен с выходом сумматора 3, и последовательно соединенные дифференциатор 5, компаратор и формирователь-селектор 7, на который поступает селектирующий импульс "Строб". В предлагаемом устройстве усилитель 1 построен по типовой схеме усилителя тока на базе операционного усилителя (OУ); ФНЧ 2 построен по схеме активного фильтра низкой частоты; сумматор и дифференциатор построены по типовым схемам с использованием операционного усилителя. В качестве пикового детектора используется амплитудный детектор с постоянной времени разряда, стремящейся к бесконечности. В качестве компаратора может быть использован операционный усилитель или специализированное устройство. Формирователь-селектор построен на базе цифровых интегральных микросхем, выполняющих операции булевой алгебры. Устройство функционирует следующим образом. Входной сигнал (см. фиг. 3а) с МКП ЗЭЛТ поступает на вход предварительного усилителя 1 и далее на неинвертирующий вход сумматора 3 (фиг. 3б). Усиленный сигнал поступает также на ФНЧ 2, полоса пропускания которого значительно ниже частотного спектра импульсов-отметок, благодаря чему происходит выделение "пьедестала" (фиг. 3в). Частота среза ФНЧ 2 выбирается из соотношения: Выделенный "пьедестал" поступает на инвертирующий вход сумматора 3, который обеспечивает вычитание "пьедестала" из считанного сигнала. Условием надежной компенсации является равенство коэффициентов передачи сигналов по неинвертирующему и инвертирующему входам сумматора 3. На выходе сумматора 3 (фиг. 3г) образуется сигнал, содержащий импульсы-отметки, структурные помехи и высокочастотные шумы. Полученный сигнал поступает на пиковый детектор 4 с параметрами: на накопительной емкости которого происходит запоминание максимальной амплитуды импульса, присутствующего на строке (фиг. 3д). Пиковый детектор 4 оказывается нечувствительным к случайным помехам, следующим за импульсом-отметкой с амплитудой, меньшей, чем амплитуда импульса-отметки. Это гарантирует надежное выделение импульса-отметки при любом соотношении сигнал/помеха >1. С выхода пикового детектора 4 ступенчатый сигнал поступает на дифференциатор 5, который выделяет изменение амплитуды этого сигнала (фиг. 3е). Задний фронт импульсов, образующихся при дифференцировании, соответствует максимумам импульсов-отметок. Далее сигнал поступает на компаратор 6, порог срабатывания которого устанавливается вблизи 0В. Компаратор 6 формирует импульсы (фиг. 3ж) уровня ТТЛ, задний фронт которых соответствует максимумам импульсов-отметок, причем понижение порога приводит к более точному фиксированию максимума импульсов, а следовательно, к более точному определению ординаты дискретной выборки зарегистрированного сигнала. С выхода компаратора 6 импульсы поступают на формирователь-селектор 7, который в течение длительности импульсов "Строб" (фиг. 3з), равной длительности строки, "вырезает" анализируемую частоту строки, оставляя за пределами видимости предлагаемого устройства помехи, связанные с началом движения луча считывания, а также с обратным ходом строчной развертки. На выходе формирователя-селектора 6 (фиг. 3и) образуются импульсы-отметки, несущие информацию о значениях амплитуды дискретных выборок регистрируемого АЦР сигнала. Предлагаемое устройство выгодно отличается от устройства-прототипа, во-первых, способностью выделять импульсы-отметки при любой форме "пьедестала", изменяющейся во времени. Во-вторых, предлагаемое устройство позволяет обрабатывать сигнал при соотношении сигнал/помеха незначительно более 1. Благодаря наличию цепи пиковый детектор-дифференциатор осуществляется выделение с одинаковой достоверностью импульсов-отметок, расположенных как на краях, так и в середине строки (импульсы-отметки, расположенные на краях строк, могут составлять менее 0,1U_comax. Это, в свою очередь, повышает вероятность оцифровки участков сигнала, расположенных на краях экрана.

Формула изобретения

Устройство для выделения импульса-отметки из считанного с микроканальной пластины запоминающей электронно-лучевой трубки сигнала в аналого-цифровых регистраторах, содержащее усилитель, соединенный с неинвертирующим входом сумматора, и последовательно соединенные компаратор и формирователь-селектор, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности выделения импульса-отметки, в него введены фильтр низкой частоты, включенный между выходом усилителя и инвертирующим входом сумматора, и последовательно соединенные пиковый детектор и дифференциатор, вход пикового детектора соединен с выходом сумматора, выход дифференциатора с входом компаратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

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: 23.02.1997

Номер и год публикации бюллетеня: 3-1999

Извещение опубликовано: 27.01.1999        

---