SU845108A1 - Method of measuring parameters of periodic signals - Google Patents

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для комплексного измерения параметров периодических сигналов, в частности количества электричества, скважности, длительности, периода и частоты следования импульсов в последовательности.The invention relates to measuring technique and can be used for complex measurement of parameters of periodic signals, in particular the amount of electricity, duty cycle, duration, period and pulse repetition rate in a sequence.

Известен способ измерения параметров импульса fl}1 при котором проводят нелинейное преобразование (выпрямление или расширение) измеряемого импульса с помощью нескольких нелинейных элементов, причем амплитуда расширения импульсов является линейной функцией их длительности и нелинейной функцией их амплитуды. При реализации способа решается система уравнений, учитывающая, что амплитуда расширенного импульса является функцией ряда аргументов (амплитуды, длительности, формы импульсов). Система уравнений и определяет число каналов преобразования (нелинейных элементов).There is a known method for measuring pulse parameters fl} 1 in which nonlinear conversion (rectification or expansion) of the measured pulse is carried out using several nonlinear elements, the pulse expansion amplitude being a linear function of their duration and a nonlinear function of their amplitude. When implementing the method, a system of equations is solved that takes into account that the amplitude of the expanded pulse is a function of a number of arguments (amplitude, duration, pulse shape). The system of equations determines the number of transformation channels (nonlinear elements).

Недостатком этого способа измерения являются сравнительно низкая точность, обусловленная использования прямопоказыв акщей (некомпенсационной) схемы, в которой погрешность измерения сильно зависит от величины и нестабильности коэффициентов передачи преобразователей и калибровки _ индикаторного устройства, от нестабильности величины смещающего напряжения, необходимого для*выбора режима рабочей точки, от погрешности из-за напряжения смещения на раэделительно(4 конденсаторе (необходи^и мость в котором вызывается применением напряжения смещения для выбора режима рабочей точки нелинейных элементов), от изменения параметров нелинейных элементов при изменении 15 температурных условий. Кроме того, использование нелинейных преобразователей (накопителей) вентильного типа способствует наряду с накоплением полезного сигнала накоплению 20 помехи даже при ее синусоидальном (знакопеременном) характере, что ухудшает отношение сигнал/помеха на выходе нелинейного преобразова.теля и ведет к снижению точности из25 мерения. Понижает точность измерения и наличие проходной емкости нелинейного преобразователя (диода).The disadvantage of this measurement method is the relatively low accuracy due to the direct use of a common (non-compensatory) circuit, in which the measurement error strongly depends on the magnitude and instability of the transmitters of the transducers and calibration _ of the indicator device, on the instability of the bias voltage required for * choosing the operating point mode from errors due to the bias voltage on raedelitelno (4 condenser (necessary ^and bridges which is caused by application of strain I am bias to select the operating point mode of non-linear elements), from changing the parameters of non-linear elements when temperature conditions change 15. In addition, the use of non-linear converters (drives) of the valve type contributes to the accumulation of a useful signal to the accumulation of 20 interference even with its sinusoidal (alternating) character , which worsens the signal-to-noise ratio at the output of the nonlinear converter and leads to a decrease in the accuracy of measurements25. Reduces the accuracy of the measurement and the presence of the passage capacitance of a nonlinear converter (diode).

Другим недостатком способа является узкий динамический диапазон ам30 плитуд измеряемых импульсов, обуслов ленный тем, что зона нелинейности вольттамперной характеристики нелинейных преобразователей имеет ограниченный участок, а также шумами нелинейных преобразователей.Another disadvantage of the method is the narrow dynamic range of the amplitude of the measured pulses, due to the fact that the nonlinearity zone of the volt-ampere characteristic of non-linear converters has a limited area, as well as the noise of non-linear converters.

Кроме того, сравнительно узок динамический диапазон скважностей измеряемых импульсов, особенно для случая малых скважностей, так как пауза между измеряемыми импульсами должна быть больше длительности расширенного (преобразованного) импульса. Для уменьшения этого недостатка необходимо изменить характер преобразованиявмето расширения измеренных импульсов осуществлять толдко их выпрямле;ние, однако это требует перестройки схемы реализации, что при априорно неизвестной скважности измеряемых импульсов является весьма затруднительным.In addition, the dynamic range of the measured pulse widths is relatively narrow, especially for the case of small duty cycles, since the pause between the measured pulses should be longer than the duration of the extended (converted) pulse. To reduce this drawback, it is necessary to change the nature of the transformation, as well as the expansion of the measured pulses, to rectify them; however, this requires a restructuring of the implementation scheme, which is very difficult for an a priori unknown duty cycle.

К недостаткам способа можно отнести и сложность интерпретации длительности прямоугольного импульса, амплитуда которого равна обобщенной амплитуде измеряемого импульса.The disadvantages of the method include the complexity of interpreting the duration of a rectangular pulse, the amplitude of which is equal to the generalized amplitude of the measured pulse.

Наиболее близок к предлагаемому способ измерения параметров периодических сигналов , в частности действующего значения переменного тока, основанный на компенсационных принципах, при котором формируют опорное (компенсирующее) напряжение при участии. измеряемых сигналов и сравнивают измеряемые и формируемые сигналы по • их интегральным характеристикам.Closest to the proposed method of measuring the parameters of periodic signals, in particular the effective value of the alternating current, based on compensation principles, in which form a reference (compensating) voltage with the participation. measured signals and compare the measured and generated signals according to their • integrated characteristics.

Этот способ, позволяя измерять действующее значение периодических сигналов (сигналов переменного тока), не дает возможности измерить количество электричества в импульсе, а также скважность, длительность, период и частоту следования импульсов в импульсной последовательности. Этому способу присущи сравнительно низкая точность измерения и узкий динамический диапазон измеряемых сигналов, особенно при измерениях параметров высокочастотных сигналов, вследствие того, что для формирования опорного (компенсирующего) напряжения используют усиленное напряжение измеряемого сигнала, не преобразованное по частоте. Это требует в случае измерения высокочастотных сигналов решить весьма сложную задачу создания широкополосного усилителя с минимальными частотно-фазовыми и амплитудными искажениями, обладающего высокой линейностью, а также широполосного сравнивающего устройства.This method, allowing to measure the effective value of periodic signals (AC signals), does not make it possible to measure the amount of electricity in a pulse, as well as the duty cycle, duration, period and pulse repetition rate in a pulse sequence. This method is characterized by relatively low measurement accuracy and a narrow dynamic range of the measured signals, especially when measuring the parameters of high-frequency signals, due to the fact that the amplified voltage of the measured signal, not converted in frequency, is used to form the reference (compensating) voltage. This requires in the case of measuring high-frequency signals to solve the very difficult task of creating a broadband amplifier with minimal frequency-phase and amplitude distortion, which has high linearity, as well as a broadband comparison device.

Широкополосные устройства такого рода обладают сравнительно небольшими коэффициентами передачи, малой чувствительностью и невысоким отношением сигнал/шум. Поэтому в этом случае даже в компенсационной схеме получение высокой точности измерения весьма затруднительно, а Динамичес кий диапазон измеряемых сигналов сравнительно узок.Broadband devices of this kind have relatively low transmission coefficients, low sensitivity and a low signal to noise ratio. Therefore, in this case, even in the compensation scheme, obtaining high measurement accuracy is very difficult, and the dynamic range of the measured signals is relatively narrow.

Целью изобретения является расширение функционалтных возможностей способа измерения параметров периодических сигналов обеспечением комплексного измерения количества электричества (эквивалентной амплитуды), скважности, длительности, периода и частоты следования импульсов при одновременном повышении точности и расширении динамического диапазона измерений указанных параметров.The aim of the invention is to expand the functionality of the method of measuring the parameters of periodic signals by providing a comprehensive measurement of the amount of electricity (equivalent amplitude), duty cycle, duration, period and pulse repetition rate while improving accuracy and expanding the dynamic range of measurements of these parameters.

Указанная цель достигается тем, что при измерении параметров периодических сигналов способом основанным на компенсационных принципах, когда формируют опорное (компенсационное) напряжение при участии измеряемых сигналов и сравнивают измеряемые и формируемые сигналы по их интегральным характеристикам, формируют регулируемую по скважности вспомогательную последовательность импульсов произвольных длительности и частоты следования, уравнивают ее скважность со скважностью измеряемых импульсов и затем формируют с ее помощью компенсирующую последовательность, амплитуду импульсов которой регулируют до уравнивания постоянных составляющих этой последовательности и измеряемых импульсов, после чего выходят на индикацию в качестве количества электричества (эквивалентной амплитуды) в импульсе одновременно с величиной скважности и определенными на их основе величинами длительности, периода и частоты следования.This goal is achieved by the fact that when measuring the parameters of periodic signals in a manner based on compensation principles, when they form the reference (compensation) voltage with the participation of the measured signals and compare the measured and generated signals according to their integral characteristics, form an auxiliary duty cycle of pulses of arbitrary duration and frequency following, equalize its duty cycle with the duty cycle of the measured pulses and then form with it guide sequence, wherein the pulse amplitude is adjusted to equalize the DC components of the measured pulse sequence and then go to an indication as electrical quantity (equivalent amplitude) pulse concurrently with the magnitude and duty cycle determined based on these values of duration, period and repetition rate.

При этом перед уравниванием скважностей измеряемые импульсы и импульсы вспомогательной последовательности нормализуют по форме и амплитуде,а само уравнение осуществляют сравнением постоянных составляющих,полученных методом интегрирования.Компенсирующую последовательность импульсов вырезают из опорного напряжения постоянного тока. Уравнивание скважностей измеряемых импульсов и вспомогательной последовательности проводят изменением частоты следования импульсов в последней. Нормализацию измеряемых импульсов осуществляют, например, путем их усиления по напряжению с последующим ограничением по уровню.In this case, before adjusting the duty cycle, the measured pulses and pulses of the auxiliary sequence are normalized in shape and amplitude, and the equation itself is carried out by comparing the constant components obtained by the integration method. The compensating pulse sequence is cut out from the DC voltage reference. Equalization of the duty cycle of the measured pulses and the auxiliary sequence is carried out by changing the pulse repetition rate in the latter. Normalization of the measured pulses is carried out, for example, by amplifying them by voltage, followed by a level restriction.

На чертеже изображена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ.The drawing shows a structural diagram of a device that implements the proposed method.

Устройство содержит блок выделения постоянной составляющей (интегратор) 1, усилитель постоянного тока 2, блок сравнения 3, усилитель постоянного тока 4, блок выделения постоянной составляющей (интегратор) 5, аналоговый ключ 6, управляемый делитель напряжения постоянного тока 7, источник напряжения постоянного тока 8, индикатор количества элект5 ричества в импульсе (эквивалентной амплитуды) 9, ключ 10, генератор тактовых импульсов 11, ключ 12, формирователь нормализованных по форме (прямоугольных) и амплитуде импульсов, состоящий, например из широкополосного усилителя 13 и ограничителя уровня (амплитуды) 14, блок выделения постоянной составляющей (интегратор) 15, блок сравнения 16, блок выделения постоянной составляющей (интегратор) 17, ограничитель уровня (’амплитуды) 18, генератор импульсов переменной скважности 19, например генератор импульсов переменной час-, тоты следования и постоянной длительности, пороговый элемент 20, ключ 21, блок деления 22,'ключ 23, индикатор скважности 24, блоки линейного преобразования длительности импульсов в напряжение 25 и 26, блок деления 27, индикатор длительности импульса 28, блок умножения 29, ключ 30, индикатор периода и частоты следования импульсов 31.The device comprises a DC component extraction unit (integrator) 1, a DC amplifier 2, a comparison unit 3, a DC amplifier 4, a DC component extraction unit (integrator) 5, an analog switch 6, a controlled DC voltage divider 7, a DC voltage source 8 , an indicator of the amount of electricity in a pulse (equivalent amplitude) 9, key 10, a clock pulse generator 11, key 12, a generator of pulses normalized in shape (rectangular) and amplitude, consisting, for example, of a wide a band amplifier 13 and a level (amplitude) limiter 14, a constant component extraction unit (integrator) 15, a comparison unit 16, a constant component extraction unit (integrator) 17, a level limiter ('amplitude) 18, a variable duty cycle pulse generator 19, for example a pulse generator variable frequency, repetition rate and constant duration, threshold element 20, key 21, division block 22, 'key 23, duty cycle indicator 24, units for linear conversion of pulse durations to voltage 25 and 26, division block 27, duration indicator pulse and 28, multiplication unit 29, the key 30, the period of light and the pulse repetition frequency 31.

Вход устройства через последовательно соединенные блок выделения постоянной составляющей (интегратор) 1 и' усилитель постоянного тока 2 соединен с одним из входов блока сравнения 3, другой вход которого через последовательно соединенные усилитель постоянного тока 4, блок выделения постоян ной составляющей (интегратор) 5 и аналоговый ключ 6 соединен с выходом управляемого делителя напряжения постоянного тока 7, вход которого соединен с выходом источника напряжения постоянного тока 8 (калиброванного либо измеренного с высокой точностью). Выход управляемого делителя напряжения постоянного тока 7 соединен также со входом индикатора количества электричества в импульсе 9. Выход блока сравнения 3 соединен с управляемым входом ключа 10, информационный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 11, выход же ключа 10 через ключ 12 соединен -с управляемым входом управляемого делителя напряжения постоянного тока 7.The input of the device through a series-connected unit for isolating the DC component (integrator) 1 and 'DC amplifier 2 is connected to one of the inputs of the comparison unit 3, the other input of which is connected in series through the DC amplifier 4, the unit for isolating the DC component (integrator) 5 and analog the key 6 is connected to the output of the controlled DC voltage divider 7, the input of which is connected to the output of the DC voltage source 8 (calibrated or measured with high accuracy). The output of the controlled DC voltage divider 7 is also connected to the input of the indicator of the amount of electricity in the pulse 9. The output of the comparison unit 3 is connected to the controlled input of the key 10, the information input of which is connected to the output of the clock pulse 11, the output of the key 10 through the key 12 is connected to controlled input of a controlled DC voltage divider 7.

Упомянутый вход устройства соединен также через формирователь нормализованных по форме (прямоугольных) и амплитуде импульсов, например, состоящий из широкополосного усилителя 13 и ограничителя уровня (амплитуды) 14, со входом блока выделения постоянной составляющей (интегратора) 15, выход которого соединен с одним из входов блока сравнения 16, другой вход которого через блок выделения постоянной составляющей (интегратор) и ограничитель уровня (амплитуды) подсоединен к выходу генератора импульсов переменной скважности 19, например, генератора импульсов переменной частоты следования. Выход бло- ка сравнения 16 через пороговый эле-..'· мент 20 соединен с управляемым,-Βίςο- ¹ дом ключа 21 и параллельно с управляемым входом ключа 12. Информационный вход ключа 21 соединен с выходом $ денератора тактовых импульсов 11.The mentioned input of the device is also connected through a shaper of pulses normalized in shape (rectangular) and amplitude, for example, consisting of a broadband amplifier 13 and a level (amplitude) limiter 14, with an input of a constant component extraction unit (integrator) 15, the output of which is connected to one of the inputs a comparison unit 16, the other input of which is connected to the output of a pulse generator of variable duty cycle 19 through a block for extracting a constant component (integrator) and a limiter for the level (amplitude), for example, a generator and pulses of variable repetition rate. The output of the comparison unit 16 through the threshold element - .. '· ment 20 is connected to the controlled, -Βίςο- ¹ house of the key 21 and in parallel with the controlled input of the key 12. The information input of the key 21 is connected to the output $ of the clock generator 11.

Выход ключа 21 соединен с управляемым входом генератора импульсов переменной скважности 19. Выход генератора 19 соединен с управляемым входом аналогового ключа 6.The output of the key 21 is connected to the controlled input of the pulse generator of variable duty cycle 19. The output of the generator 19 is connected to the controlled input of the analog key 6.

Выход блока выделения постоянной составляющей (интегратора) 5 соединен также со входом блока деления 22, второй вход которого соединен с выходом управляемого делителя напряжения постоянного тока 7, а выход блока деления 22 через ключ 23 соединен со входом индикатора скважности 24. Выходы ограничителей уровня 20 (амплитуды) 14 и 18 соединены со входами блоков линейного преобразования длительности импульсов в напряжение (с запоминанием максимума этого напряжения) 25 и 26 соответственно.The output of the DC component allocation unit (integrator) 5 is also connected to the input of the division unit 22, the second input of which is connected to the output of the controlled DC voltage divider 7, and the output of the division unit 22 is connected via the key 23 to the input of the duty cycle indicator 24. The outputs of the level limiters 20 ( amplitudes) 14 and 18 are connected to the inputs of the blocks of linear conversion of the pulse duration to voltage (with storing the maximum of this voltage) 25 and 26, respectively.

Выходы блоков 25 и 26 соединены с соответствующими входами блока деления 27, выход которого соединен о индикатором длительности импульса 2 8.The outputs of blocks 25 and 26 are connected to the corresponding inputs of the division unit 27, the output of which is connected by an indicator of pulse duration 2 8.

Ю Г, О- « ’Yu G, O- “’

Выходы ключа 2» и блока деления соединены также с соответствующими входами блока умножения 29, выход которого через ключ 30 соединен со входом индикатора периода и час¹⁵³ тоты следования импульсов 31. Управляемые входы ключей 23 и 30 соединены с выходом блока сравнения 3.The outputs of the key 2 "and the division unit are also connected to the corresponding inputs of the multiplication unit 29, the output of which through the key 30 is connected to the input of the period indicator and hour ¹⁵³ of the pulse repetition pulse 31. The controlled inputs of the keys 23 and 30 are connected to the output of the comparison unit 3.

При необходимости между выходами блоков выделения' постоянной состав40 ляющей (интеграторов) 15 и 17 и соответствующими входами блока сравнения вводят усилители постоянного тока с одинаковыми коэффициентами усиления'.If necessary, direct current amplifiers with the same amplification factors are introduced between the outputs of the extraction units of the 'constant component 40 (integrators) 15 and 17 and the corresponding inputs of the comparison unit.

Усилители постоянного тока 2 и 4 имеют одинаковые коэффициенты усиления, ограничители уровня (амплитуды) 14 и 18 имеют одинаковый уровень ограничения,. а блоки выделения постоянной составляющей (интеграторы) 1 и 5, как и блоки выделения постоянной составляющей (интеграторы) 15 и 17, аналогичны друг другу (одинаковы по параметрам). При этом блоки 1, 5, 15, могут быть выполнены в виде резисторно-емкостных цепочек.DC amplifiers 2 and 4 have the same gain, level limiters (amplitudes) 14 and 18 have the same level of limitation. and blocks of separation of the constant component (integrators) 1 and 5, as well as blocks of separation of the constant component (integrators) 15 and 17, are similar to each other (identical in parameters). In this case, the blocks 1, 5, 15, can be made in the form of resistive-capacitive chains.

Канал (кольцо), состоящее из блоков 1-8, 10, 12, назовем основным каналом измерения, а канал (кольцо), состоящее из блоков 13-21 - вспомогательным каналом измерения.The channel (ring), consisting of blocks 1-8, 10, 12, will be called the main measurement channel, and the channel (ring), consisting of blocks 13-21, will be called the auxiliary measurement channel.

Способ реализуется в устройстве следующим образом.The method is implemented in the device as follows.

Измеряемая последовательность импульсов подается на входы блока выделения постоянной составляющей 65 (интегратора) 1 и на вход широкопо лосного усилителя 13. В связи с тем, что в этот момент ключ 12 разомкнут, обратная связь в основном канале измерения разомкнута, и изменения коэффициента деления управляемого делителя напряжения постоянного тока 7 не происходит.The measured sequence of pulses is fed to the inputs of the DC component isolation unit 65 (integrator) 1 and to the input of the broadband amplifier 13. Due to the fact that at that moment the key 12 is open, the feedback in the main measurement channel is open, and the division ratio of the controlled divider DC voltage 7 does not occur.

В выхода широкополосного усилителя 13 импульсы поступают на ограничитель уровня (амплитуды) 14, с выхода которого последовательность уже прямоугольных (или квазипрямоугольных) импульсов поступает на вход блока выделения постоянной составляющей (интегратора) 15. Выделенная постоянная составляющая этой последовательности преобразованных импульсов подается на вход блока сравнения 3.In the output of the broadband amplifier 13, the pulses are fed to a level (amplitude) limiter 14, from the output of which a sequence of already rectangular (or quasi-rectangular) pulses is fed to the input of the constant component extraction unit (integrator) 15. The extracted constant component of this sequence of converted pulses is fed to the input of the comparison unit 3.

Одновременно с поступлением на вход устройства измеряемой последовательности импульсов запускают генератор импульсов переменной скважности 19, который начинает генерировать какую-то произвольную (но заранее установленную) последовательность прямоугольных импульсов, у которой может быть фиксирована либо длительность импульсов либо частота их следования. Эта вспомогательная после- . довательность импульсов через ограничитель уровня (амплитуды) . 18 поступает в блок выделения постоянной составляющей (интегратор) 17, откуда постоянная составляющая этой вспомогательной последовательности импульсов поступает на второй вход блока сравнения 16.Simultaneously with the arrival of a measured pulse train at the device input, a variable duty cycle pulse generator 19 is started, which starts to generate some arbitrary (but predefined) sequence of rectangular pulses, which can be fixed either by the duration of the pulses or their repetition rate. This auxiliary after-. pulse train through a level (amplitude) limiter. 18 enters the constant component extraction unit (integrator) 17, from where the constant component of this auxiliary sequence of pulses arrives at the second input of the comparison unit 16.

Сравнение постоянных составляющих указанных импульсных последовательностей базируется на известном соотношенииComparison of the constant components of these pulse sequences is based on a known relationship

где А - амплитуда прямоугольных импульсов в последовательности ;where A is the amplitude of the rectangular pulses in the sequence;

U_c — напряжение постоянной составляющей на емкости;U _c is the DC voltage across the capacitance;

Q. — скважность импульсной последовательности ;Q. - duty cycle of the pulse sequence;

T_q — период импульсной последовательности;T _q - period of the pulse sequence;

t — длительность импульсов в последовательности.t is the pulse duration in the sequence.

Из этого соотношения вытекает, что если постоянные составляющие двух сравниваемых последовательностей прямоугольных импульсов равны, а также амплитуды этих импульсов,то равны и' их скважности, независимо от соотношения длительностей импульсов в обеих последовательностях.It follows from this relation that if the constant components of the two compared sequences of rectangular pulses are equal, as well as the amplitudes of these pulses, then their duty cycle is equal, regardless of the ratio of the pulse durations in both sequences.

Поэтому до тех пор, пока сигнал рассогласования на выходе блока сравнения 16 не равен нулю или не станет меньше наперед заданной величины, пороговый элемент 20 будет находиться в состоянии, обеспечивающем на хождение ключа 21 в проводящем состоянии для тактовых импульсов с выхода генератора тактовых импульсов 11, поступающих на управляемый вход генератора импульсов переменной скважности 19 и обеспечивающих изменение скважности генерируемой им вспомогательной импульсной последовательности .·Therefore, until the error signal at the output of the comparison unit 16 is not zero or less than the predetermined value, the threshold element 20 will be in a state that ensures that the key 21 is in a conductive state for clock pulses from the output of the clock generator 11, arriving at a controlled input of the generator of pulses of variable duty cycle 19 and providing a change in the duty cycle of the auxiliary pulse sequence generated by it.

Это изменение скважности генерируемой вспомогательной импульсной последовательности происходит до тех пор, пока сигнал рассогласования с выхода блока сравнения 16 не станет равен нулю либо меньше наперед заданной величины, В этом случае пороговый элемент 20 перейдет в состояние, при котором ключ 21 разомкнется, и прекратится поступление тактовых импульсов от генератора тактовых импульсов 11 на управляемый вход генератора импульсов переменной скважности 19. Изменение скважности вспомогательной импульсной последовательности прекратится, и это будет означать, что скважность вспомогательной импульсной последовательности, генерируемой в этот и последующие моменты времени на выходе генератора импульсов переменной скважности 19, равна скважности измеряемой импульсной последовательности.This change in the duty cycle of the generated auxiliary pulse sequence occurs until the error signal from the output of the comparison unit 16 becomes zero or less than the predetermined value. In this case, the threshold element 20 will go into a state in which the key 21 will open, and the receipt of clock pulses from the clock generator 11 to the controlled input of the pulse generator of variable duty cycle 19. The change in duty cycle of the auxiliary pulse sequence will stop, and this will mean that the duty cycle of the auxiliary pulse sequence generated at this and subsequent times at the output of the pulse generator of variable duty cycle 19 is equal to the duty cycle of the measured pulse sequence.

Исчезнование сигнала рассогласования на выходе блока сравнения 16 и, . как следствие, перевод порогового элемента 20 в новое состояние, вызывает также замыкание ключа 12, что обеспечивает замыкание обратной связи основного канала измерения. Это приводит к тому, что тактовые импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 11 при условии превышения сигналом рассогласования на выходе блока сравнения 3 некоторой наперед заданной малой величины будут проходить через ключи 10 и 12 на управляемый вход управляемого делителя напряжения постоянного тока 7, вызывая изменение коэффициента деления. В связи с тем, что на управляемый вход аналогового ключа 6 поступает вспомогательная импульсная последовательность с генератора импульсов переменной скважности 19, скважность которой уже уравнена со скважностью измеряемой последовательности импульсов,- из напряжения постоянного тока с помощью аналогового ключа 6 будет вырезаться компенсирующая последовательность импульсов той же скважности, что и измеряемая последовательность импульсов.Disappearance of the error signal at the output of the comparison unit 16 and,. as a result, the transfer of the threshold element 20 to a new state also causes a closure of the key 12, which provides feedback closure of the main measurement channel. This leads to the fact that the clock pulses from the output of the clock generator 11, provided that the mismatch signal at the output of the comparison unit 3 exceeds a predetermined small value, will pass through the keys 10 and 12 to the controlled input of the controlled DC voltage divider 7, causing a change in the division ratio . Due to the fact that the auxiliary pulse sequence from the pulse generator of variable duty cycle 19, the duty cycle of which is already equal to the duty cycle of the measured pulse sequence, is fed to the controlled input of the analog switch 6, a compensating pulse sequence of the same pulses will be cut from the DC voltage using the analog switch 6 duty cycle, as the measured pulse sequence.

Однако количество электричества (эквивалентная амплитуда) импульсов в компенсирующей последовательности в момент замыкания ключа 12 еще не равно в общем случае количеству электричества (эквивалентной ампли туде) импульсов измеряемой последовательности .However, the amount of electricity (equivalent amplitude) of the pulses in the compensating sequence at the moment of key 12 closure is still not generally equal to the amount of electricity (equivalent amplitude) of the pulses of the measured sequence.

Поэтому компенсирующая последовательность импульсов подается с аналогового ключа 6 на вход блока выделения постоянной составляющей (интегратора) 5, откуда через усилитель постоянного тока 4 выделенная постоянная составляющая поступает На второй· вход блока сравнения 3.Therefore, the compensating sequence of pulses is fed from the analog switch 6 to the input of the DC component allocation unit (integrator) 5, from where, through the DC amplifier 4, the selected DC component is supplied to the second input of the comparison unit 3.

В связи с тем, что на первом входе блока сравнения 3 уже присутствует усиленная с тем же коэффициентом усиления постоянная составляющая измеряемой последовательности импульсов, прошедшая через блок выделения постоянной составляющей (интегратор) 1 и усилитель постоянного тока 2, сигнал рассогласования с блока сравнения 3 характеризует отношение между постоянными составляющими измеряемой и компенсирующей последовательностей импульсов, уже имеющих равные скважности (после замыкания ключаι12).Due to the fact that at the first input of the comparison unit 3, there is already a constant component amplified with the same gain of the measured pulse sequence passing through the constant component extraction unit (integrator) 1 and the DC amplifier 2, the error signal from the comparison unit 3 characterizes the ratio between the constant components of the measured and compensating sequences of pulses that already have equal duty cycle (after closing the key ι12).

При превышении сигналом рассогласования на выходе блока сравнения 3 некоторой наперед заданной величины обеспечивается прохождение тактовых импульсов с генератора 11 через ключ 10 (а впоследствии и через ключ 12) на управляемый вход управляемого делителя напряжения постоянного тока 7. Эти тактовые импульсы вызывают изме^ нение коэффициента передачи (деления) этого управляемого делителя напряжения постоянного тока 7 до тех пор, пока сигнал рассогласования на выходе блока сравнения 3 не станет меньше некоторой малой наперед заданной величины.When the mismatch signal at the output of the comparison unit 3 exceeds a certain predetermined value, the clock pulses from the generator 11 pass through the key 10 (and subsequently through the key 12) to the controlled input of the controlled DC voltage divider 7. These clock pulses cause a change in the transmission coefficient (division) of this controlled DC voltage divider 7 until the error signal at the output of the comparison unit 3 becomes less than a certain small predetermined value .

Это означает, что количество электричества в импульсахкомпенсирующей последовательности (их эквивалентная амплитуда) равно количеству электричества в импульсах измеряемой последовательности. При этом сигнал рассогласования с выхода блока сравнения 3 уже не обеспечит прохождения тактовых импульсов с генератора тактовых импульсов 11 через ключ 10 на ключ 12, через который они поступали на управляемой вход управляемого делителя напряжения постоянного тока 7. Изменение коэффициента передачи' (деления) делителя 7 прекратится, и величина напряжения на его выходе индицируется на индикаторе 9. Эта величина и является характеристикой количества электричества (эквивалентной амплитудой) импульсов в измеряемой последовательности импульсов.This means that the amount of electricity in the pulses of the compensating sequence (their equivalent amplitude) is equal to the amount of electricity in the pulses of the measured sequence. In this case, the error signal from the output of the comparison unit 3 will no longer ensure the passage of clock pulses from the clock pulse generator 11 through the key 10 to the key 12, through which they entered the controlled input of the controlled DC voltage divider 7. Change the transmission coefficient '(division) of the divider 7 stops, and the voltage value at its output is indicated on indicator 9. This value is a characteristic of the amount of electricity (equivalent amplitude) of the pulses in the measured pulse sequence in.

В качестве индикатора 9 может быть использован вольтметр постоянного тока (если напряжение источника постоянного тока 8 некалибровано), либо - в случае использования калиброванного компенсирующего напряжения постоянного тока и цифрового уп равляемого делителя 7 - это может быть блок цифровой индикации.As an indicator 9, a direct current voltmeter can be used (if the voltage of the direct current source 8 is not calibrated), or, in the case of using a calibrated compensating direct current voltage and a digital control divider 7, this can be a digital indication unit.

При выборе длительности импульсов компенсирующей последовательности более 20-50 мс (при реализации генератора импульсов переменной скважности 19 как одновибратора с постоянной длительностью импульсов, управляемого генератором с постоянной частотой следования сигналов) величина количества электричества- в импульсе могла бы быть замерена и на выходе аналогового ключа 6, что исключало бы составляющую погрешности, связанную с каким-то отличием коэффициента передачи аналогового ключа 6 от единицы.When choosing the pulse width of the compensating sequence for more than 20-50 ms (when implementing a pulse generator of variable duty cycle 19 as a single vibrator with a constant pulse width controlled by a generator with a constant signal repetition rate), the amount of electricity in the pulse could be measured at the output of the analog switch 6 , which would eliminate the error component associated with some difference in the transmission coefficient of the analog key 6 from one.

Для определения скважности измеряемой последовательности импульсов напряжение с управляемого делителя напряжения постоянного тока 7 и с блока выделения постоянной составляющей (интегратора) 5 подают на соответствующие входы блока деления 22. Напряжение с блока деления 22, пропорциональное скважности импульсов, поступает на индикатор 24 только после замыкания ключа 23, которое осуществляют после завершения изменения компенсирующего напряжения постоянного тока (после уменьшения сигнала рассогласования на выходе блока сравнения 3 ниже наперед заданной малой величины).To determine the duty cycle of the measured pulse sequence, the voltage from the controlled DC voltage divider 7 and from the DC extraction unit (integrator) 5 is supplied to the corresponding inputs of the division unit 22. The voltage from the division unit 22, proportional to the duty cycle of the pulses, is supplied to the indicator 24 only after the key is closed 23, which is carried out after completion of the change in the compensating DC voltage (after reducing the error signal at the output of the comparison unit 3 below Ed predetermined small value).

Для определения длительности измеряемых импульсов напряжения с ограничителен уровня (амплитуды) 14 и 18 поступают на входы блоков линейного преобразования длительности импульсов в напряжение 25 и 26 соответственно, и с их выходов напряжения, · пропорциональные длительностям импульсов, подают на соответствующие входы блока деления 27, откуда напряжение, пропорциональное длительности измеряемого импульса, подается на индикатор 28.To determine the duration of the measured voltage pulses, with a level (amplitude) limiter, 14 and 18 are supplied to the inputs of linear conversion units of the pulse durations to voltage 25 and 26, respectively, and voltage outputs proportional to the pulse durations are supplied to the corresponding inputs of the division unit 27, from where a voltage proportional to the duration of the measured pulse is supplied to the indicator 28.

Длительность импульса с помощью указанного отношения определяют потому, что длительность вспомогательных прямоугольных импульсов заведо-. мо известна.The pulse duration using this ratio is determined because the duration of the auxiliary rectangular pulses is known. my famous.

Для определения частоты и периода следования измеряемых импульсов напряжения с выхода блока деления 27 и ключа 23 (при его.замыкании) подают на соответствующие входы блока умножения 29, напряжение с выхода которого, пропорциональное периоду следования и обратно пропорциональное частоте следования импульсов, при замыкании ключа 30 подается на индикатор 31. Ключ замыкается после завершения процесса уравновешивания одновременно с ключом 23 по сигналу с блока сравнения 3.To determine the frequency and the repetition period of the measured pulses, the voltage from the output of the division unit 27 and the key 23 (when it is closed) is supplied to the corresponding inputs of the multiplication unit 29, the voltage from the output of which is proportional to the repetition period and inversely proportional to the repetition rate of the pulses, when the key 30 is closed served on the indicator 31. The key closes after the completion of the balancing process simultaneously with the key 23 on the signal from the comparison unit 3.

При измерении сигналов переменного тока измеряют только полупериоды одной полярности.When measuring AC signals, only half periods of the same polarity are measured.

Достижение поставленной цели обусловлено компенсацией воздействия измеряемых сигналов, в том числе ма>1ой длительности и высокой частоты следования, нормализованными по форме и длительности импульсами большей длительности и меньшей частоты следования, которые формируются из напряжения постоянного тока, измеренного с высокой точностью или калиб рованного, и сравнением полученных путем предварительно линейного преобразования интегральных характеристик (постоянных составляющих импульсных последовательностей). Это дает возможность использовать в Устройствах, реализующих способу, узкополос- 15 ные каналы сравнения и усиления сигнала рассогласования, в которых легко достижимы высокая чувствительность и большие коэффициенты передачи, обеспечивающие в компенсационных схемах 20 высокую точность измерения.Achieving this goal is due to compensation for the effects of the measured signals, including the maximum duration and high repetition rate, pulses of longer duration and lower repetition rate normalized in shape and duration, which are formed from a DC voltage measured with high accuracy or calibrated, and comparing the integral characteristics obtained by preliminary linear transformation (constant components of pulse sequences). This makes it possible to use in the devices implementing the method narrow-band 15 channels of comparison and amplification of the error signal, in which high sensitivity and large transmission coefficients are easily achieved, which ensure high measurement accuracy in compensation circuits 20.

Реализация линейного преобразования (в данном случае интегрирования), например, с помощью резисторно-конденсаторных цепочек с одной стороны ^д расширяет нижнюю границу динамического диапазона амплитуд измеряемых импульсов, которая ограничивается в основном шумовой ЭДС резистора, а с другой стороны, снимает практически ограничения с верхней границы дина- 30 мического диапазона измеряемых ампли туд.The implementation of a linear transformation (in this case, integration), for example, using resistor-capacitor chains, on the one hand, ^ expands the lower boundary of the dynamic range of amplitudes of the measured pulses, which is limited mainly by the noise emf of the resistor, and on the other hand, removes practically the restrictions from the upper the boundaries of the dynamic range of the measured amplitudes.

Кроме того, использование резисторов в качестве зарядного сопротивления интегрирующих цепочек позволяет 35 осуществить высокоомный вход измерителя, что способствует повышению точности измерения. Отсутствует и накопление двухполярной помехи, что также повышает точность измерения. 4QIn addition, the use of resistors as the charging resistance of integrating chains allows 35 to carry out a high-impedance meter input, which contributes to an increase in the measurement accuracy. There is no accumulation of bipolar noise, which also increases the accuracy of the measurement. 4Q

Расширение динамического диапазона измерения временных параметров импульсов в последовательности обеспечено применением линейного преобразо вания и отсутствием расширения импуль-, сов в процессе измерения.The expansion of the dynamic range of measuring the temporal parameters of pulses in a sequence is ensured by the use of linear transformation and the absence of expansion of pulses during the measurement.

Научно-технический эффект предложения заключается в возможности реализации способа измерения с большими функциональными возможностями, с большей точностью и динамическим ди апазоном измерения, реализуемого на типовых узлах и элементах, не требующих подбора и снятия специальных характеристик и сложной калибровки, 55 а также полной автоматизацией процесса измерения и возможностью телемет рической передачи информации о коли честве электричества и скважности импульсов без дополнительного преобра- ¢0 зования.The scientific and technical effect of the proposal lies in the possibility of implementing a measurement method with great functionality, with greater accuracy and a dynamic measurement range, implemented on standard units and elements that do not require selection and removal of special characteristics and complex calibration, 55 as well as full automation of the measurement process and the possibility of telemetric transmission of information on the amount of electricity and duty cycle of pulses without additional conversion ¢ 0 conversion.

Возможность комплексного измерения в едином цикле большого количества параметров, характеризующих периодические сигналы, делают способ удобным для применения в самых различных научно-технических областях.The possibility of complex measurement in a single cycle of a large number of parameters characterizing periodic signals makes the method convenient for use in various scientific and technical fields.

Claims (1)

1. Гр знев М. И.,Гуревич М. Л. и Магсачев 3. В. Измерение импульсныхнапр жений , Сов. радио. М., 1969. с,214-219.2 . Орнатский П. П. Автоматические измерени  и приборы, Вшца школа. Киев , 1971, с. 505-511 (прототип).1. Gr. Znev M.I., Gurevich M.L. and Magsachev 3. V. Measurement of pulse voltages, Sov. radio. M., 1969. p. 214-219.2. Ornatsky, P. P. Automatic Measurements and Instruments, Vshtsa School. Kiev, 1971, p. 505-511 (prototype).