Способ цифрового измерения длительности электрического импульса

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (t t) 560202

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.01.74 (21) 1992799/21 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.05.?7. Бюллетень ¹ 20

Дата опубликования описания 28.06.77 (51) М. Кл 2 G 04F 10/04

)воураРетвеввый кемхтвт

Совета Иивиетпоа СССР аа делам нзооретевий и втх1 ытий (53) УДК 621.317.761 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. Ф. Котюк и В. М. Лившиц

Ы t! i Ъ (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЦИФРОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться в системах измерения параметров выходных импульсов фотоэлектрических преобразователей наносекундного дпапазона.

Известен цифровой способ измерения длительности импульса, основанный на подсчете числа импульсов эталонной частоты за промежуток времени, равный длительности исследуемого импульса. Этот способ не позволяет измерять длительности короче сотен наносекунд из-за ограниченной разрешающей способности счетчиков импульсов. Способ не позволяет измерять длительность на уровне, заданном в процентах от максимального значения импульса. Точность у известного способа недостаточно высокая.

Известен также способ, который построен на сочетании двух способов. В качестве первого способа используется способ аналогового преобразования длительности исследуемого импульса, основанный на преобразовании временного масштаба — зарядно-накопительный.

Второй способ — цифровой способ измерения интервала времени между началом и концом расширенного импульса — способ последовательного счета. Динамический диапазон длительностей, измеряемых способом, от единиц наносекунд до единиц миллисекунд при погрешности измерения 4 — 5%, Однако точность этого способа ограничена точностью амплитудной дискриминации, нелинейностью при зарядно-разрядном расширении зафиксированного интервала времени, пре5 дельно возможным коэффициентом расширения этого импульса. Быстродействие способа ограничивается длительностью заполняемого счетными импульсами расширенного импульса, которая определяется требованиями точности.

10 Цель изобретения — увеличение точности, быстродействия и расширение диапазона измеряемых длительностей в сторону меньших значений.

Это достигается тем, что по способу цифро15 вого измерения длительности электрического импульса путем сравнения опорного импульсного напряжения и мгновенных значений возрастающей и убывающей частей исследуемого импульса, фиксации моментов равенства и по20 следующей шифрации зафиксированных моментов времени формируют синхронно с исследуемым импульсом вспомогательный одиночный световой импульс пикосекундной длительности, задерживают исследуемый и вспо25 могательный импульсы на время формирования опорного импульсного напряжения, а последний — дополнительно на эталонные промежутки времени, равные двум третям его длительности, поочередно возбуждают задержан30 ными световыми ответвленными импульсами

560202 пучки фотоэлектронов в ряде каналов сравнения исследуемого и опорного импульсного напряжений, компенсируют мгновенными значениями напряжений нарастающей и убывающей частей исследуемого импульса равные отклонения пучков фотоэлектронов, вызванные опорным импульсным напряжением, выделяют в моменты полной компенсации путем пространственной селекции импульсы фототока из пучков возбужденных в эти моменты, фиксируют факты появления сигналов на выходах каналов сравнения, распределяют импульсы опроса по элементам, открываемым при фиксации, собирают пропущенные импульсы опроса, исключают импульсы, пропущенные соседними каналами сравнения, раздельно фиксируют исключенные импульсы, подсчитывают число импульсов опроса в интервале времени, ограниченном двумя оставшимися после исключения импульсами опроса, и корректируют результат вычитанием числа, равного половине эталонного промежутка времени, при срабатывании двух каналов во время нарастания и добавлением того же числа при срабатывании двух каналов во время убывания импульса, причем опорное импульсное напряжение, равное заданной части максимального значения исследуемого импульса, получают с помощью ряда аналогичных каналов сравнения, в которых возбуждают пучки фотоэлектронов расширенным вспомогательным световым импульсом, сообщают возбужденным пучкам эталонные отклонения с помощью дискретно отличающихся по величине эталонных постоянных напряжений, а выходные импульсные токи, нарастающие за наносекундное время и имеющие заданную амплитуду, получают путем одновибраторного вторично-электронного умножения и суммируют на общей нагрузке.

При измерении по этому способу, в частности, фиксируются моменты равенства значений исследуемого и заранее сформированных опорных импульсов с помощью сверхкоротких импульсов излучения, возникающих через известные эталонные промежутки времени и возбуждающих фотоэлектронные пучки, управляемые опорным и исследуемым сигналами и селектируемые в пространстве.

Положительный эффект такого способа обусловлен введением операций над безынерционными фотоэлектронными пучками, возбужденными сверхкороткими импульсами излучения и управляемыми сравниваемыми»мпульсами. Благодаря введению этих операций увеличена разрешающая способность по времени, что позволяет расширить диапазон измеряемых длительностей в сторону меньших значений.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 — временная диаграмма импульсов.

Устройство состоит из источника 1 светового импульса пикосекундной длительности, оптической системы 2, включающей линию задержки, ответвители, ослабители и корректирующие

65 элементы, расширители 3 светового импульса, блока 4 формирования опорного импульсного напряжения, линии 5 задержки, блока 6 фотоэлектронных нуль-органов и блока 7 запоминания, шифрации и корректировки результата. Блок 4 включает ряд фотоэлектронных каналов сравнения и формирования импульсов, источник дискретно отличающихся эталонных постоянных напряжений и сумматор импульсов. Каждый канал сравнения содержит фотокатод, фокусирующую и ускоряющую системы, отклоняющие системы, диафрагму с прямоугольной щелью на входе одновибраторного вторично-электронного умножителя, а также механическую систему, включающую щелевую диафрагму и коаксиальный цилиндр — световой и магнитный экран и позволяющую управлять формой и положением светового пятна на внешней поверхности фотокатода.

Способ реализуется следующим образом.

Исследуемый сигнал (фиг. 2,а) одновременно поступает на вход источника 1 и вход линии 5. Формируемый синхронно с исследуемым сигналом одиночный световой импульс (фиг. 2,o) подается на вход системы 2 и расширителя 3. Расширенный импульс (фиг. 2,в) поступает на световой вход блока 4. На электрический вход блока 4 подается с отвода линии 5 задержки задержанный исследуемый сигнал (фиг. 2,г). Исследуемый сигнал поступает на сигнальные отклоняющие пластины всех каналов сравнения. На опорные отклоняющие пластины подаются дискретно отличающиеся эталонные постоянные напряжения.

В моменты равенства мгновенных значений напряжения переднего фронта исследуемого сигнала и эталонных напряжений формируются импульсы, суммируемые на общей нагрузке. Блок 4 формирует опорный импульс напряжения (фиг. 2,д) с длительностью, превышающей длительность исследуемого сигнала, и амплитудой, равной заданной части пикового значения этого сигнала. Задержанныепикосекундные световые импульсы (фиг. 2,яс) с выходов системы 2 поочередно поступают на фотокатоды нуль-органов блока 6. Эти нульорганы состоят из тех же элементов, что и устройства сравнения блока 4, но их умножители работают в режиме усиления. Световые импульсы возбуждают в нуль-органах узкие плоские пучки фотоэлектронов. Опорный импульс блока 4 подается на первые пары отклоняющих пластин всех нуль-органов блока

6 и смещает в них пучки фотоэлектронов в сторону от щелей диафрагм. Исследуемый сигнал (фиг. 2,e), задержанный линией 5 на время формирования опорного импульса, поступает на вторые пары отклоняющих пластин всех нуль-органов блока 6. В моменты равенства мгновенных значений напряжения переднего и заднего фронтов исследуемого сигнала и напряжения опорного импульса пучки фотоэлектронов, возбуждаемые в эти моменты в нуль-органах, попадают в щели диа560202

55 фрагм и иа выходах нуль-органов, в которых равенство напряжений С!впало с пояьлеш1см пучка фотоэлектроноь, появляются сигналы (фиг. 2,з). Эти сигналы изменяют состояние фиксиру10ИТих триггеров блока 7. После окончания исследуемого сигнала производится шифрация зафиксированных моментов времени. 11ри этом с разрядных выходов распределите.!я блока 7 на импульсные входы схем совпалсиия, Открываемых фиксирующими триггерами, поочередно поступают импульсы опроса. Эти импульсы пропускаются открытыми схемами совпадения, собираются и подаются через схему исключен:1я импульсов, пропущенных соседи:i.è каналами сравнения, на цифровой измеритель числа опросных импульсов в интервале времени, ограниченном двумя остаьчш1мися после исключения импульсами опроса. Полученный результат равен числу эталонных промежутков времени в интервале времени, равном длительности иссследуемого сигнала иа заданном уровне. С целью уточнения результата фиксируют факты срабатывания двух соседних каналов сравнеги1я, используя для этого исключенные импульсы. Эти импульсы с помощью логических схем раздельно подаются на два лопол1штельных триггера.

После окончания опроса фиксирующих триггеров импульс с распределителя подается на две дополнительные схемы совпадения, связанные с дополнительными триггерами, и проходит через ту из схем, которая оказалась открытой. К выходу первой дополнительной схемы совпадения полк!ючена схема, осуществляющая вычитание, а к выходу второй — схема, осуществляющая добавление в случае иропускания импульса опроса числа, равного половине эталонного промежутка времени, к полученному результату. При исследовании выходных импульсов фотоэлектрических преобразователей может быть также использован иесиихронизируемый источник одиночного светового импульса (оптический генератор с самосинхронизацией мод в сочетании со схемой выделения одиночного импульса). В этом случае входы исследуемого фотоэлектрического преобразователя и блока формирования опопного импульса оптически связывают с расширителем импульсов.

Формула изобретения

Способ цифрового 1!Bмерен, я длительности электрического импульса путем сравнения опорного импульсного напря>ке!!Ня и,IFHOBOI иых значений возрастающей и усываю цей ча5

1О

2д

90 зо

-:1О

45 стей исследуемо:о I:.;!Hóëüñà, фиксации моментОВ р;! ВеистВа:; !!Осле.дующей шифрации зафиксированных моментов времени, отл и ч аю шийся тем, что, с целью увеличения точности, быстродействия и расширения диапазона измеряемых длительностей в сторону меньших значений, формируют синхронно с исследуемым импульсом вспомогательный световой импульс пикосекундной длительности, задерживают исследуемый и вспомогательный импульс на время формирования опорного импульсного напряжения, а последний — дополнительно на эталонные промежутки времени, равные двум третям его длительности, поочередно возбуждают задержанными световыми

ОТВЕТВЛЕННЫМИ IDIПУ 1ЬСами ПУЧКИ фОтОЭЛЕКтронов в ряде каналов сравнения исследуемого и опорного импульсного напряжений, компенсируют мгновенными значениями напряжений нарастающей и убывающей частей исследуемого импульса равные отклонения пучков фотоэлектронов, вызванные опорным импульсным напряжение I, выделяют в моменты полной компенсации путем пространственной селекции импульсы фототока из пучков, возбужденных в эти моменты, фиксируют факты появления сигналов на выходах каналов сравнения, распределяют импульсы опроса по элементам, отк!рываемым при фиксации, собира-! от пропущенные импульсы опроса, исключают имп!х.льсы, пропх щениые соседними каналами сравнения, раздельно фиксируют исключенные импульсы, подсчитывают число импульсов опроса в интервале Bpe leHI ограниченном двумя оставишмися после и; хлючеиия импульсами опроса, и корректируюг результат вычитанием числа, равного половине эталонного промежутка времени, при срабатывании двух каналов Во время нарастания и добавлением того же 1исла Ilpll сраоатываиип лВух каналов Во время убывания импульса, причем опорное импульсное напряжение, равное заданной части максимального значения исследуемого импульса, получают с помоьць!О ряда аналогичных каналов сраВиения, В которых Возбу!жлают пучк;! фотоэлектронÎв расlllllpåíHûм всп0могательным световым импульсом, сообщают возбужденным пучкам эталонные отклонения с помощью дискретно отличающихся по величине эталонны. постоянных напряжений, а выхо-,íü!0 импульсные токи, нарастающие за наносекундное Вре11я II имеюи!и заданн"!0 амплитуду, получают путем олновибраторного

BT0PlI-;110-ЭЛЕН ГOOHHÎI O УМНОЖЕНИ1! .Х ММ!!РХ! от !Ia общей нагрузке.

560202

Риа 2

pL/а 1

Составитель П. Лягин

Редактор E. Караулова Техред Л Денискина Корректор Н. Аук

Заказ 1386/13 Изд. М 504 Тираж 563 Подписное

LIHHHHH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2