Файл: Маграчев З.В. Аналоговые измерительные преобразователи одиночных сигналов.pdf

лотовые моделирующие и цифровые машины, поскольку их выходные функции удобны для дальнейших дискрет­ ных и аналоговых преобразований.

Блок-схема такого универсального аналогового пре­

Ci— С2 собраны в полосково-коаксиальной головке. В ка честве разделительных каскадов использованы катодные

116

повторители на лампах Л\ и Л% (6С51Н), с выхода ко­ торых через конденсаторы С3 и С/, в цепи разряда нако­ пительных конденсаторов для линеаризации разряда вво­ дится положительная обратная связь. В вычитающем устройстве ВУ применен дифференциальный усилитель. Компенсация зарядной погрешности осуществлялась для напряжения Um—1 в при = 10 нсек с помощью под­ стройки конденсаторов С\ и С2. Экспериментальные за­ висимости dU3ap=f (tn)u=var при калибровке преобразо­ вателя в точке 4 в при длительности 500 нсек представ­ лены на рис. 4-9. Как видно из графиков, |Шзар<5% в диапазоне 7—500 нсек. С подобранными специально парами диодов ту же погрешность можно получить при минимальной длительности около 3—4 нсек. Получен­ ные результаты подтверждают высокую эффективность двухкаиального метода преобразования. По аналогичной схеме был собран РИ, описанный в § 3-4.

Г л а в а п я т а я

Общие вопросы измерения временных интервалов аналоговыми методами

5-1. Особенности аналогового преобразования временных характеристик одиночных сигналов

Для сигналов прямоугольной формы понятие длительности им­ пульса однозначно и не нуждается в пояснениях. Однако практиче­ ски импульсные сигналы могут существенно отличаться от прямо­ угольных и в общем случае описываться выражением

U(t) = Umz(t),

где е ( 0 — временная функция, описывающая форму сигналов. Обычно е ( 0 — гладкая импульсная функция на ограниченном

интервале времени, для которой всегда можно найти множество парных значений ti и /2 (см. рис. 5-1), для них

ePi) = е (iz).

Очевидно, что /2—ti — ta — длительность импульса, зависящая от выбора уровня измерения, так что

Уровень измерения может задаваться либо в относительных величинах Uo/Um= Pt>, либо в абсолютных вольтах.

117

Так, например, длительность импульсов очень часто измеряется на половинном уровне, т. е. когда Уо/Уга= 0 ,5 . При этом для мно­ гих форм импульсов их площадь оказывается приблизительно рав­ ной площади прямоугольного импульса с амплитудой У т и длитель­ ностью, измеренной па указанном уровне. Измеренную таким обра­ зом длительность часто называют активной длительностью импульса.

Длительность фронта или среза импульса обычно измеряется между уровнями 0,1 и 0,9 от установившегося значения импульса.

Следует разграничить вопросы определения длительности им­ пульса н ее измерения.

Весьма часто под длительностью импульсов понимают интервал

случае, полагая импульс начинающимся в момент /= 0, можно записать:

оо

иотсюда найти длительность импульса

Аналогичный подход к измерению длительности импульса имеет место при использовании интегральных методов оценки параметров импульсов, при которых уровень отсчетов длительности связан с ве­ личиной обобщенной амплитуды, являющейся энергетической харак­ теристикой импульса [Л. 34, 37].

При математическом анализе для оценки длительности импуль­ сного процесса в ряде случаев применяют метод моментов [Л. 80, 81]. Разумеется, результаты опре­ деления длительности при разных подходах и методах оказываются различными.

Перед нами стоит задача не выбора метода определения дли­ тельности импульсного процесса как функции его энергетических,

спектральных или других характеристик, а чисто измерительная — измерение длительности процесса в реальном масштабе времени на заданном уровне измерения. При этом предполагается, что методы оценки длительности и задания уровня измерения выбраны.

Очевидно, что при .произвольных параметрах входных сигналов однозначное преобразование их временных характеристик с помощью аналоговых преобразователей возможно лишь при поступлении на вход преобразователя, нормализованного по напряжению сигнала, математическая модель которого

s(t)= U B[l(t—/,)— b(f—*,)].

несет лишь временную информацию. Устройства, вырабатывающие такие сигналы, при поступлении на их вход произвольной функции времени, называют пороговыми устройствами или временными селек­ торами. Снимаемый с такого устройства сигнал подается на анало-

118

говый преобразователь, выходная функция которого U или t п про­ порциональна измеряемому интервалу времени tx— t2—/|. Структур­

Рис. 5-2. Структурная схема измерения аналого­ вым методом.

ство в моменты времени 11 и h (см. рис. 5-1), соответствующие равенству U(t) = Uо, должно вырабатывать старт- и стоп-сигналы:

или вырабатывать пороговую функцию, модель которой имеет вид:

0 при U ( t ) < U B,

(5-2)

1 при U (t ) > U 0.

Эти сигналы могут использоваться для управления ключами преобразователей интервалов времени.

Аналогичные проблемы возникают при измерении временного сдвига между двумя одиночными сигналами а и Ь:

а ( 0 = Ае(/);

(5-3)

Ь(1) = В> ( f - f B).

Вообще говоря, можно рассматривать пару интервальных видео­ импульсов a(t) и Ь(1) как некоторый сложный сигнал, а измерение интервала между этими импульсами — как определение некоторого временного параметра этого сложного сигнала, например опреде­ ление длительности импульса методом дифференцирования и т. п.

Задача решается однозначно, если интервальные импульсы

значения, так как речь идет об операции сдвига одной и той же функции по оси времени и все мгновенные значения этой функции на всех отсчетных уровнях подвергаются той же самой операции сдвига. Это, разумеется, справедливо, если характеристики порого­ вых устройств, используемых для селекции импульсов а и Ь, пол­ ностью идентичны.

Если А ф В , фиксация временного положения интервальных им­ пульсов в точках, соответствующих пересечению фронта видеоим­

119