Способ измерения напряжения одиночных импульсов

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении пиковых значений напряжения одиночных импульсов длительностью 10 - 100 нс. Сущность изобретения: способ измерения напряжения одиночных импульсов основан на последовательном заряде конденсаторов пиковых детекторов. Новым в способе является то, что конденсатор пиковых детекторов разряжают на конденсаторы следующих пиковых детекторов после того, как напряжение на них достигает максимальной величины через обмотку трансформатора, постоянная времени которого превышает длительность фронта импульса заряда разряжаемого конденсатора. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении пиковых значений напряжения одиночных импульсов длительностью 10...100 нс.

Для измерения напряжения одиночных коротких импульсов используются пиковые детекторы, основанные на заряде конденсаторов через низкое сопротивление и их разряде через большое сопротивление [1]. С помощью одного каскада пикового детектора длительность импульса можно увеличить в 10³ раза. Но как часто это бывает, такое увеличение длительности импульса недостаточно. Поэтому для запоминания и хранения информации о напряжении одиночного импульса используются способы цифрового преобразования напряжения в код и способ каскадного запоминания значения амплитуды импульса пиковыми детекторами. Цифровое преобразование напряжения одиночного импульса в код позволяет хранить информацию до тех пор, пока не подается команда "Сброс".

Но наряду с этим достоинством этот способ обладает недостатками, к которым относятся обеспечение линейности разрядки конденсатора пикового детектора; цикличность преобразования напряжения в код.

Поэтому устройства с цифровым преобразованием амплитуды импульса сложны в реализации и характеризуются тем, что некоторое время вход преобразования закрыт, так как происходит процесс преобразования амплитуды импульса в код.

От указанных недостатков свободен способ каскадного заряда конденсаторов пиковых детекторов [2]. С их помощью можно непрерывно контролировать амплитуду одиночных импульсов, время появления которых носит случайный характер. Наряду с этим устройства, реализующие данный способ измерения амплитуды одиночных импульсов, обладают простым схемным решением. Однако, обладают большой динамической погрешностью изменения амплитуды импульса, вызванной зависимостью амплитуды выходного напряжения пикового детектора от длительности измеряемого импульса. В [2] для исключения этой погрешности и увеличения времени хранения информации используется способ покаскадного увеличения постоянной времени разрядки накопительного конденсатора.

Увеличение номинала емкости пикового детектора также приводит к увеличению динамической погрешности, так как значение напряжения на выходе пикового детектора зависит от фронта измеряемого импульса.

По большинству совпадающих операций в качестве прототипа выбран способ, основанный на преобразовании импульсного напряжения в квазипостоянное с помощью последовательной зарядки конденсаторов пиковых детекторов. Такой способ измерения амплитуды одиночного импульса позволяет измерить амплитуду с помощью простых устройств на постоянном токе. Но при изменении одиночных импульсов длительностью 10. . . 100 нс они обладают большой динамической погрешностью. Это вызвано тем, что напряжение на конденсаторе пикового детектора зависит от длительности фронта измеряемого импульса [3].

Цель изобретения - повышение точности измерения коротких импульсов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, основанном в последовательном заряде конденсаторов пиковых детекторов, конденсаторы пиковых детекторов разряжают на конденсаторы следующих пиковых детекторов после того, как напряжение на них достигает максимальной величины, через обмотки трансформатора. При этом постоянная времени трансформатора больше длительности фронта импульса зарядки разряжаемого конденсатора.

Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что конденсаторы следующих пиковых детекторов заряжаются путем разрядки конденсаторов предыдущих пиковых детекторов через обмотку трансформатора, разряд конденсаторов предыдущих пиковых детекторов осуществляется после того, как напряжение на них достигает максимальной величины, постоянная времени трансформатора должна превышать длительность фронта импульса зарядки разряжаемого конденсатора.

На чертеже показано устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство содержит 1i-n - удлинителей фронта импульса, 2 - пиковый детектор, 3 - n - блок определения максимума; 4 - ключ, 5i - трансформатор, 6 - регистратор. Блоки соединены между собой следующим образом. На вход 1₁ первого удлинителя фронта импульса поступает измеряемый импульс U_х. Вход удлинителя 1_i фронта импульса соединен с входами пикового детектора 2 и блока 3 определения максимума. Выход пикового детектора 2 соединен через ключ 4 с выходом удлинителя 1_i фронта импульса, к которому подключена первичная обмотка трансформатора 5i. Ключ 4 управляется с помощью блока 3. Вторичная обмотка трансформатора 5i подключена к входу следующего удлинителя 1_i+1 фронта импульса.

Вторичная обмотка последнего трансформатора 5n соединена с входом пикового детектора 2_n. Выход этого пикового детектора 2_n соединен с входом регистратора 6.

Работает устройство следующим образом.

При приходе импульса U_х на вход первого удлинителя 1₁ фронта импульса конденсатор пикового детектора 2 заряжается до величины, пропорциональной амплитуде U_х. После того как U_х проходит свое максимальное значение, срабатывает блок 3 определения максимума и разряжает через ключ 4 конденсатор пикового детектора 2 на первичную обмотку трансформатора 5₁. Постоянная времени трансформатора 5₁ превышает длительность фронта измеряемого импульса U_х. Поэтому фронт импульса на входе второго удлинителя 1₂ фронта импульса также превышает фронт измеряемого импульса. В cвязи с этим конденсатор пикового детектора 2 второго удлинителя 1₂ фронта импульса выбирается больше, чем конденсатор пикового детектора 2 в первом удлинителе 1₁ фронта импульса во столько раз, во сколько длительность фронта импульса удлинителя 1₁ превышает фронт измеряемого импульса U_х.

Так происходит удлинение фронта импульса в каждом удлинителе 1_i. Количество каскадов удлинения фронта импульса зависит от постоянной времени регистратора 6 и от необходимой точности измерения амплитуды измеряемого импульса U_х. То есть насколько можно допустить разрядку конденсатора последнего пикового детектора 2_n, чтобы зарегистрировать его выходной сигнал с заданной точностью. С помощью заявляемого способа и предложенного устройства была измерена амплитуда импульсов, длительность которых составляла 10 ˙10^-9 с.

Длительность измеряемого импульса в заявляемом способе ограничена быстродействием элементов, используемых в пиковом детекторе 2 первого удлинителя 1₁ фронта импульса. Погрешность, вызванная разрядом конденсатора первого пикового детектора 2 из-за задержки на срабатывание ключа 4, может быть компенсирована коэффициентом трансформации трансформатора 5₁. Поэтому теоретически с помощью заявляемого способа можно измерить длительность сколь угодно малой длительности, так как он основан на увеличении фронта импульса, подаваемого на следующий пиковый детектор.

В следующих пиковых детекторах можно использовать конденсаторы, емкость которых больше предыдущих во столько раз, во сколько раз увеличивается фронт импульса на выходе трансформатора.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ОДИНОЧНЫХ ИМПУЛЬСОВ, заключающийся в том, что последовательно заряжают исследуемым сигналом конденсаторы пиковых детекторов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения коротких импульсов, разряжают конденсаторы пиковых детекторов на конденсаторы следующих пиковых детекторов через трансформаторы после того, как величина накопленного сигнала достигнет максимума, при этом постоянная времени каждого из трансформаторов превышает длительность фронта входного импульса соответствующего пикового детектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1