Осциллограф

 

Использование: осциллограф относится к радиоизмерительной технике. Цель: повышение точности измерений. Сущность изобретения: осциллограф содержит блок 1 отклонения, два коммутатора 2 и 3, электронно-лучевую трубку 4, блок 5 развертку, блок 6 синхронизации, два стробоскопических преобразователя 9 и 10 и линию задержки 11, выход которой подключен к первым входам первого 9 и второго 10 стробоскопических преобразователей, входы блока 5 развертки и линии задержки подключены к выходу блока 6 синхронизации, вход которого подключен к шине синхронизации, первый выход блока 5 развертки подключен к первому входу второго коммутатора 3 и второму входу второго 10 стробоскопического преобразователя, а второй выход блока 5 развертки подключен к вторым входам первого 2 и второго 3 коммутаторов, выход второго 19 стробоскопического преобразователя подключен к третьему входу второго коммутатора 3, первый и второй входы электронно-лучевой трубки 4 подключены к выходам соответственно второго 3 и первого 2 коммутаторов, первый вход первого 2 коммутатора и второй вход первого 9 стробоскопического преобразователя подключены к выходу блока 1 отклонения, первый вход которого подключен к шине измеряемого сигнала, а выход первого 9 стробоскопического преобразователя подключен к третьему входу первого коммутатора 2. Осциллограф также содержит вольтметр 12 и интегратор 13, вход которого подключен к выходу первого стробоскопического преобразователя 9, а выход интегратора подключен ко входу вольтметра и второму входу блока 1 отклонения. 1 ил.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в осциллографии.

Известен осциллограф [1] Однако данное устройство характеризуется малой точностью измерений и большой трудоемкостью измерений, что обусловлено погрешностью и трудоемкостью визуального отсчета, нелинейностью вертикального отклонения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является осциллограф [2] содержащий блок отклонения, два коммутатора, электронно-лучевую трубку, блок развертки, блок синхронизации, вольтметр, два стробоскопических преобразователя и линию задержки, выход которой подключен к первым входам первого и второго стробоскопических преобразователей, входы блока развертки и линии задержки подключены к выходу блока синхронизации, вход которого подключен к шине синхронизации, первый выход блока развертки подключен к первому входу второго коммутатора и второму входу второго стробоскопического преобразователя, а второй выход блока развертки подключен ко вторым входам первого и второго коммутаторов, выход второго стробоскопического преобразователя подключен к третьему входу второго коммутатора, первый и второй входы электронно-лучевой трубки подключены к выходам соответственно второго и первого коммутаторов, первый вход первого коммутатора и второй вход первого стробоскопического преобразователя подключены к выходу блока отклонения, первый вход которого подключен к шине измеряемого сигнала, а выход первого стробоскопического преобразователя подключен к третьему входу первого коммутатора и ко входу вольтметра. При измерениях на линии осциллограммы формируется яркостная метка. Напряжение измеряемого сигнала в точке, обозначенной на осциллограмме яркостной меткой, равно напряжению, измеряемому вольтметром, деленному на коэффициент усиления блока отклонения. Погрешность прототипа обусловлена погрешностью калибровки коэффициента усиления блока отклонения и нелинейностью его передаточной характеристики.

Прототип не обеспечивает возможности измерения амплитуды импульса, величина которого превышает произведение коэффициента отклонения на размер Н рабочей части экрана по вертикали, так как перемещение осциллограммы по вертикали органами регулировки блока отклонения вызывает изменение показаний вольтметра; это ограничивает точность измерений маскировки линией осциллограммы структуры измеряемого импульса, если осциллограмма данной структуры соизмерима с шириной линии осциллограммы.

Цель изобретения повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что в осциллограф, содержащий блок отклонения, два коммутатора, электронно-лучевую трубку, блок развертки, блок синхронизации, два стробоскопических преобразователя и линию задержки, выход которой подключен к первым входам первого и второго стробоскопических преобразователей, входы блока развертки и линии задержки подключены к выходу блока синхронизации, вход которого подключен к шине синхронизации, первый выход блока развертки подключен к первому входу второго коммутатора и второму входу второго стробоскопического преобразователя, а второй выход блока развертки подключен к вторым входам первого и второго коммутаторов, выход второго стробоскопического преобразователя подключен к третьему входу второго коммутатора, первый и второй входы электронно-лучевой трубки подключены к выходам соответственно второго и первого коммутаторов, первый вход первого коммутатора и второй вход первого стробоскопического преобразователя подключены к выходу блока отклонения, первый вход которого подключен к шине измеряемого сигнала, а выход первого стробоскопического преобразователя подключен к третьему входу первого коммутатора, введены вольтметр и интегратор, вход которого подключен к выходу первого стробоскопического преобразователя, а выход интегратора подключен к входу вольтметра и второму входу блока отклонения.

На чертеже приведена блок-схема осциллографа, где 1 блок отклонения; 2 и 3 соответственно первый и второй коммутаторы; 4 электронно-лучевая трубка; 5 блок развертки; 6 блок синхронизации; 7 шина синхронизации; 8 шина измеряемого сигнала; 9 и 10 соответственно первый и второй стробоскопические преобразователи; 11 линия задержки; 12 вольтметр; 13 - интегратор.

Осциллограф работает следующим образом.

С шины 8 измеряемого сигнала измеряемые импульсы поступают на первый вход блока 1 отклонения. Сигнал Aa на выходе блока 1 отклонения определяется по формуле Aa=K·(Ab-Ac), (1) где Ab и Ac значения сигналов на соответственно первом и втором входах блока 1 отклонения; K коэффициент усиления блока 1 отклонения. Сигнал с выхода блока 1 отклонения поступает на первый вход первого 2 коммутатора и на второй вход первого 9 стробоскопического преобразователя. С шины 7 синхронизации на вход блока 6 синхронизации поступают либо синхронизирующие импульсы, либо измеряемые импульсы. Блок синхронизации формирует импульсы синхронизации, которые с выхода блока 6 синхронизации поступают на входы блока 5 развертки и линии 11 задержки. Импульсы с выхода линии 11 задержки поступают на первые входы первого 9 и второго 10 стробоскопических преобразователей. После каждого импульса, поступившего на первый вход первого 9 и второго 10 стробоскопических преобразователей, на их выходе удерживается сигнал, который был на втором входе в момент поступления импульса на первый вход. При поступлении импульса на вход блока 5 развертки на его первом и втором выходах формируются соответственно пилообразный импульс развертки и прямоугольный импульс, причем импульсы на первом и втором выходах имеют одинаковую длительность, кроме того начала импульсов на первом и втором выходах совпадают. Пилообразный импульс с первого выхода блока 5 развертки поступает на первый вход второго 3 коммутатора и на второй вход второго 10 стробоскопического преобразователя. Импульс со второго выхода блока 5 развертки поступает на вторые входы первого 2 и второго 3 коммутаторов. Сигнал с выхода второго 10 стробоскопического преобразователя поступает на третий вход второго 3 коммутатора. Сигналы с выходов первого 2 и второго 3 коммутаторов поступают на соответственно второй и первый входы электронно-лучевой 4 трубки. При наличии и отсутствии импульса на втором входе первого 2 и второго 3 коммутаторов их выход соединен с соответственно первым и третьим входом. Сигнал с выхода первого 9 стробоскопического преобразователя поступает на вход интегратора 13 и третий вход первого 2 коммутатора. Сигнал Ae на выходе интегратора 13 равен где Ar сигнал на входе интегратора 13; S знак интеграла; T период следования измеряемых импульсов, поступающих с шины 8 измеряемого сигнала; t - время. Сигнал с выхода интегратора 13 поступает на вход вольтметра 12 и второй вход блока 1 отклонения. При поступлении импульса синхронизации на вход блока 5 синхронизации с его второго выхода на вторые входы первого 2 и второго 3 коммутаторов поступает импульс, который на время развертки подключает выходы первого 2 и второго 3 коммутаторов к их первым входам. Импульс развертки с первого выхода блока 5 развертки через второй 3 коммутатор поступает на первый вход электронно-лучевой 4 трубки. Измеряемые импульсы, поступившие с шины 8 измеряемого сигнала, усиливаются блоком 1 отклонения и через первый 2 коммутатор поступают на второй вход электронно-лучевой 2 трубки. В результате на экране электронно-лучевой 2 трубки формируется осциллограмма измеряемого импульса. В процессе формирования осциллограммы в момент Tg времени с выхода линии 11 задержки на первые входы первого 9 и второго 10 стробоскопических преобразователей поступает импульс, что вызывает удержание на выходах первого 9 и второго 10 стробоскопических преобразователей напряжения, которое имелось на втором входе соответственно первого 9 и второго 10 стробоскопических преобразователей момента времени Tg. После окончания формирования импульсов на выходах блока 5 развертки выход первого 2 и второго 3 коммутаторов подключается к третьему входу, что обеспечивает поступление на второй и первый входы электронно-лучевой 4 трубки тех же напряжений, которые подавались в момент времени Tg. В результате течение паузы между периодами формирования осциллограмм на экране будет формироваться яркостная метка, находящаяся в момент времени Tg. При изменении задержки линии 11 задержки яркостная метка перемещается по линии осциллограммы. После поступления в момент времени Tg на первый и второй входы блока 1 отклонения разных по значению сигналов, равных соответственно Ub и Uc, в интервале после момента времени Tg и до момента времени Tg+T на выходе первого 9 стробоскопического преобразователя будет удерживаться сигнал, равный величине K·(Ub-Uc). Согласно формуле (2), если на входе интегратора 13 в течение времени T от момента времени Tg до момента времени Tg+T поддерживается сигнал, равный K·(Ub-Uc), то в момент времени Tg+T сигнал на выходе интегратора 13 изменится на величину Ub-Uc. В момент времени Tg сигнал на выходе интегратора 13 равен Uc; в момент времени Tg+T сигнал на выходе интегратора 13 изменился на величину Ub-Uc и стал равным Ub. Учитывая, что период следования измеряемых импульсов равен T, в моменты времени Tg+N·T сигнал, поступающий на первый вход блока 1 отклонения, равен Ub; N целое положительное число, N>0. В момент времени Tg+T сигналы на первом и втором входах блока 1 отклонения равны Ub, а сигнал на выходе равен нулю. После прихода в момент времени Tg+T импульса на первый вход первого 9 стробического преобразователя сигнал на выходе первого 9 стробоскопического преобразователя станет равным нулю. При нулевом сигнале на входе интегратора 13 сигнал на его выходе, согласно формуле (2), не изменяется и остается равным значению Ub, которое измеряется вольтметром 12. В моменты времени Tg+N·T сигнал на выходе блока 1 отклонения равен нулю, поэтому осциллограмма измеряемого импульса в моменты времени Tg+N·T пересекает центральную горизонтальную риску на шкале экрана, причем в месте осциллограммы, формируемом в моменты времени Tg+N·T, располагается яркостная метка. Момент начала развертки опережает момент времени Tg на время Tз задержки линии 11 задержки, что обеспечивает расположение яркостной метки на осциллограмме через время Тз от момента начала развертки, причем вольтметр 12 регистрирует напряжение на первом входе блока 1 отклонения в моменты времени Tg и Tg+T·N.

Измерения производятся следующим образом.

Регулировкой задержки линии 11 задержки, коэффициента развертки и коэффициента отклонения осциллограмма измеряемого импульса размещается в пределах рабочей части экрана. Для измерения амплитуды измеряемого импульса яркостная метка устанавливается на вершине и у основания осциллограммы импульса, при этом определяются показания соответственно Um и Uo вольтметра 12. Для повышения точности измерений амплитуды измеряемого импульса можно при измерениях установить коэффициент отклонения, меньший отношения амплитуды измеряемого импульса, к величине H, что обеспечивает снижение маскирующего действия линии осциллограммы. Амплитуда измеряемого импульса равна Um-Uo. Для измерения длительности измеряемого импульса путем регулировки времени задержки линии 11 задержки яркостная метка устанавливается на спаде и фронте осциллограммы измеряемого импульса, где показания вольтметра 12 равны соответственно Дс и ДФ. Длительность измеряемого импульса равна Дс-Дф.

Повышение точности измерений предлагаемым устройством обусловлено исключением влияния нелинейности передаточной характеристики и погрешности калибровки коэффициента усиления блока 1 отклонения на погрешность измерений. Это поясняется тем, что вольтметр 12 измеряет напряжение, равное входному сигналу в момент времени, соответствующий точке на осциллограмме, отмеченной яркостной меткой. Повышение точности измерения за счет уменьшения маскирующего действия линии осциллограммы обеспечивается возможностью проведения измерений амплитуды сигнала при коэффициенте отклонения меньшем, чем отношение амплитуды измеряемого импульса к размеру H, что позволяет повысить точность выбора местоположения основания и вершины измеряемого сигнала.

Источники информации 1. Г. Я.Мирский. Радиоэлектронные измерения. Москва. "Энергия". 1975 г. Стр. 136, рис. 3-21.

2. Решение Государственной научно-технической экспертизы изобретений от 21.06.89 N 4492503/24-21 (132460) о признании технического решения изобретением.

Формула изобретения

Осциллограф, содержащий вольтметр, блок отклонения, два коммутатора, электронно-лучевую трубку, блок развертки, блок синхронизации, два стробоскопических преобразователя и линию задержки, выход которой подключен к первым входам первого и второго стробоскопических преобразователей, входы блока развертки и линии задержки подключены к шине синхронизации, первый выход блока развертки подключен к первому входу второго коммутатора и второму входу второго стробоскопического преобразователя, а второй выход блока развертки подключен к вторым входам первого и второго коммутаторов, выход второго стробоскопического преобразователя подключен к третьему входу второго коммутатора, первый и второй входы электронно-лучевой трубки подключен к выходам соответственно второго и первого коммутаторов, первый вход первого коммутатора и второй вход первого стробоскопического преобразователя подключены к выходу блока отклонения, первый вход которого подключен к шине измеряемого сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности совмещения яркостной метки с осциллограммой, уменьшения трудоемкости измерений, повышения точности измерений, введен интегратор, вход которого подключен к выходу первого стробоскопического преобразователя, а выход интегратора подключен к входу вольтметра и второму входу блока отклонения.

РИСУНКИ

Рисунок 1