Brevet FR2535851A1 — publié le 19840511

MESUREUR DE PARAMETRES D'IMPULSIONS L'invention concerne les fréquencemètres, les analyseurs des spectres de fréquences avec dispositifs de mesure des distorsions non linéaires, et plus particulièrement, les mesureurs de paramètres d'impulsions, et peut être utilisée dans les dispositifs et systèmes de mesure radioélectriques. Les exigences de ces mesureurs consistent dans les impératifs suivants assurer la mesure des paramètres d'amplitude dans le temps et des paramètres énergétiques des impulsions de faible niveau, les impulsions étant périodiques et isolées d'une durée de l'ordre de la pico-seconde ou de la nanoseconde. Ces mesures comportent des convertisseurs d'entrée à haute fréquence qui réalisent une-transformation non linéaire et un élargissement (transfert du spectre dans le domaine des fréquences plus basses) des impulsions étudiées ainsi qu'un système de traitement des impulsions transformées qui assure la réalisation des opérations mathématiques et logiques données. A la réunion de la Commission Electrotechnique Internationale (C E I) il a été décidé que les paramètres intégrés des impulsions sont les plus justifiés et rationnels pour l'emploi pratique, et ils sont recommandés pour les études des signaux pulsés (Pulse techniques and apparatus Part 2: Pulse measurement and analysis, general considérations Publication 469- 2, Genève, 1974). Il existe un mesureur de paramètres d'impulsions (Griaznov I I "Méthode de mesure des impulsions par intégration", "Sovetskojé Radio", 1975, cf. pp 226 à 232) qui comporte des convertisseurs intégrateurs d'impulsions, par exemple, deux convertisseurs à caractéristique d'amplitude non linéaire et un convertisseur intégrateur à caractéristique d'amplitude linéaire, dont les entrées sont réunies et forment l'entrée du mesureur de paramètres d'impu sions, alors que leurs sorties sont reliées à un système de traitement des impulsions transformées, ce dernier utilisant les amplificateurs logarithmiqui 2 253585 t Le mesureur de paramètres d'impulsions utilise un système analogique de traitement des impulsions transformées et des convertisseurs intégrateurs à caractéristiques d'amplitude non optimales. Les impulsions élargies fournies par les sorties des convertisseurs intégrateurs passent par des préamplificateurs pour attaquer le système de traitement des impulsions transformées à amplificateurs logarithmiques En ce cas, le signal fourni par la sortie d'un des amplificateurs logarithmiques est proportionnel à ln Ucm, et par la sortie de l'autre à ln Ucm (Ici Ucm sont les amplitudes des impulsions élargies fournies par les sorties c 2 des convertisseurs intégrateurs à caractéristiques non linéaires); On calcule ln U U cm 2 cm 1 ln Ucm /U U qui est une valeur proportionnelle à l'ampli- 2 m cm 1 o tude généralisée d'impulsions U 0. Lorsqu'on mesure la durée des impulsions, le signal de forme exponentielle fourni par la sortie du convertisseur intégrateur à caractéristique d'amplitude linéaire est soumis au calcul logarithmique On soustrait du signal obtenu le logarithme de l'amplitude généralisée U O Comme résultat, se trouve visua- lisée une valeur proportionnelle à ln t 1 o t 1 est la durée de l'impulsion. Dans un mesureur des paramètres d'impulsions connu on relève de grandes erreurs de mesure dues à l'utilisation, dans le système analogique de traite- ment des impulsions tranformées, d'amplificateurs logarithmiques Le mesureur de paramètres d'impulsions est caractérisé par des possibilités fonctionnelles médiocres par suite de l'utilisation du système analogique de traitement de signaux, ainsi que du fait qu'il est impossible d'incorporer le mesureur dans les systèmes de mesure. L'invention vise à fournir un mesureur de paramètres d'impulsions dont le schéma structural utilisant un micro-processeur permettrait d'élever la précision de la mesure des paramètres des impulsions, surtout des impulsions isolées, d'élargir les possibilités fonctionnelles du mesureur de paramètres 3- d'impulsions,-c'est-à-dire d'assurer la mesure de l'énergie d'une impulsion, de la superficie d'une impulsion, de la quantité d'électricité dans une impul- sion, de trouver d'après l'amplitude généralisée mesurée t O la valeur de l'amp tude Um des impulsions à l'introduction de l'information sur la forme des impu sions, d'assurer le fonctionnement du mesureur de paramètres d'impulsions inclt dans les systèmes de mesure servant à réaliser les recherches dans le domaine de la physique nucléaire et de la technique de laser, ainsi que de réduire le volume des travaux d'ajustage et de réglage en cas de fabrication en masse des mesureurs de paramètres d'impulsions. Selon l'invention le mesureur de paramètres d'impulsions comporte N conve) tisseurs intégrateurs à caractéristique non linéaire et un convertisseur à caractéristique linéaire dont les entrées sont réunies et forment une entrée du mesureur de paramètres d'impulsions, alors que leurs sorties sont reliées à un système de traitement des impulsions transformées, et il est caractérisé par le fait que le système de traitement des impulsions transformées comporte un circuit de soustraction (de décomptage) des impulsions dont une première et une deuxième entrées sont reliées aux premières sorties de deux premiers convertisseurs intégrateurs d'impulsions; N circuits de mémoire analogique, une première entrée du premier circuit de mémoire analogique étant électriquem( reliée à la sortie du circuit de soustraction et les premières entrées des (n-l) circuits de mémoire analogique suivants sont reliées aux sorties respec- tives des (n-2) convertisseurs intégrateurs à caractéristique d'amplitude non linéaire et à la sortie du convertisseur intégrateur à caractéristique d'ampli- tude linéaire; et un bloc de synchronisation dont une première entrée est branchée sur une deuxième sortie du convertisseur intégrateur à caractéristiqu E d'amplitude linéaire, une première sortie du bloc de synchronisation étant reliée à N deuxièmes entrées réunies de N circuits de mémoire analogique, tandi que les sorties de N circuits de_ mémoire analogique sont branchées sur N entré( d'un commutateur de voies dont la sortie est branchée sur une première entrée d'un convertisseur analogiquenumérique relié à une première entrée d'un microl cesseur une première et une deuxième sorties duquel sont reliées par l'intermé. diaire de bus d'information à un dispositif d'indicatiion, sa troisième sortie étant branchée par l'intermédiaire d'un bus d'information sur une voie d'utili, tion commune, alors que l'entrée-sortie du microprocesseur est reliée par l'inl médiaire d'un bus d'information à la sortie-entrée du convertisseur analogique- -4- numérique dont une deuxième entrée est reliée par l'intermédiaire d'un bus d'information à une deuxième sortie du bloc de synchronisation, l'entrée du microprocesseur étant reliée à l'aide de bus d'information aux troisièmes sorties des convertisseurs intégrateurs d'impulsions. Il est avantageux d'inclure dans le mesureur de paramètres d'impulsions des filtres passe-bande insérés dans la liaison électrique entre les convertis- seurs intégrateurs et les circuits de mémoire analogique, une première entrée du premier filtre passe-bande étant branchée sur la sortie du circuit de sous- traction et une deuxième entrée du premier filtre passe-bande, sur les deuxièmes entrées réunies d'un premier et d'un deuxième convertisseurs intégrateurs à caractéristique d'amplitude non linéaire, alors que les premières sorties des (n-2) convertisseurs intégrateurs à caractéristique d'amplitude non linéaire et une première sortie du convertisseur intégrateur à caractéristique d'amplitude linéaire sont branchées sur les premières entrées des (n-l) filtres passe-bande dont les deuxièmes entrées sont reliées aux deuxièmes sorties des (n-2) convertis- seurs intégrateurs à caractéristique d'amplitude non linéaire et à une deuxième sortie du convertisseur à caractéristique d'amplitude linéaire, les sorties des filtres passe-bande étant branchées sur les premières entrées des circuits de mémoire analogique. Il est également avantageux d'introduire dans le mesureur de paramètres d'impulsions un bloc d'entrée de l'information sur la classe de forme d'impul- sions dont l'entrée sert d'entrée de forme d'impulsion au mesureur de paramétrs d'impulsions, un bloc de conversion de l'information d'entrée qui a son entrée reliée à l'aide d'un bus d'information à la sortie du bloc d'entrée de l'informa- tion sur la classe des formes des impulsions, sa première sortie, reliée à la troisième entrée du microprocesseur, alors qu'une deuxième sortie du bloc de conversion de l'information d'entrée est reliée à (n+ 2)-me entrée du commuta- teur de voies. De préférence, le bloc de synchronisation faisant partie du mesureur de paramètres d'impulsions possède une entrée de synchronisation extérieure. 2535851 L'invention permet de réaliser un mesureur de paramètres d'impulsions non oscillographique à précision élevée qui travaille dans les gammes de durées d'impu sions de l'ordre de picosecondes et de nanosecondes. L'introduction dans le mesureur de paramètres d'impulsions d'un microproces- seur permet d'élever ses possibilités fonctionnelles, de créer à base d'un seul appareil de différentes modifications constructives fonctionnelles pour résoudre un ensemble de problèmes dans le domaine de physique nucléaire et de technique du laser. L'invention ressortira de la description d'un exemple concret de son exécution schématisé sur les dessins annexés dans lesquels, la figure 1 représente le schéma structural d'un mesureur de paramètres d'impi sions selon l'invention, la figure 2 représente un schéma de principe et fonctionnel du mesureur de paramètres d'impulsions, selon l'invention les figures 3 a, 3 b, 3 c, 3 d représentent les diagrammes temporels de la varia- tion des amplitudes des impulsions, conformément à l'invention. L'idée du dispositif proposé a été réalisée dans le mesureur de paramètres d'impulsions calculateur utilisant deux convertisseurs intégrateurs à caractéris- tique d'amplitude non linéaire et un convertisseur intégrateur à caractéristique d'amplitude linéaire (R M Musin, M I Gryaznov, D A Timoféev "I Mesureur de para- mètres d'impulsions de l'ordre de la nanoseconde à microprocesseurs" Technique des télécommunications, série de mesure radioélectrique, fasc I ( 33), Moscou, 1981, pp 38 à 45). Le schéma structurel du mesureur de paramètres d'impulsions (fig 1) détermin de larges possibilités fonctionnelles et techniques du dispositif lorsqu'on l'uti- lise pour étudier les différents processus dans la physique nucléaire (réactions thermonucléaires contrôlées), dans la technique du laser (analyse de signaux de gamme optique). Le mesureur de paramètres d'impulsions comporte des convertisseurs intéqratet 11 i 12, 13 -'1 N (figure 1) à caractéristique d'amplitude non linéaire et un convertisseur intégrateur à 2 à caractéristique d'amplitude linéaire, les entrées desquelles sont réunies et forment une entrée 3 du mesureur de paramètres d'impul- sions, alors que leurs sorties sont reliées à un système de traitement des impul- sions transformées. t 535851 Le système de traitement des impulsions transformées, comporte un circuit de soustraction 4 dont des entrées 5, 6 sont reliées aux premières sorties de deux convertisseurs intéqrateurs 11, 12 d'impulsions et N circuits 71 7 n-1 7 de mémoire analonique Une entrée 8 du circuit 7 est électriquement liée n à la sortie du circuit de soustraction 4, alors nue des entrées 82,, 8 N des circuits 729 7 N de mémoire analogique sont branchées sur les sorties respec- tives des n-2 convertisseurs intégrateurs d'impulsions 13,, 1 N et sur la sortie du convertisseur intégrateur d'impulsion 2. Le mesureur de paramètres d'impulsions comporte également un bloc de synchroni- sation 9 dont une entrée 10 est branchée sur une deuxième sortie du convertisseur intéarateur 2, sa première sortie est reliée aux entrées réunies 111,, lin des circuits 71 7 N de mémoire analogique dont les sorties sont branchées sur des entrées 12,, 12 N d'un commutateur de voies 13 La sortie du commutateur de voies 13 est branchée sur une entrée 14 d'un convertisseur analogique-numérique , la sortie duquel est branchée, par l'intermédiaire d'un bus d'information, sur une entrée 16 d'un microprocesseur 17 dont une première et une deuxième sorties sont reliées par l'intermédiaire de bus d'information à des entrées 18, 19 d'un dispositif d'indication 20 et une troisième sortie est branchée par l'intermédiaire d'un bus d'information 21 sur une voie omnibus. Une entrée-sortie 22 du microprocesseur 17 est reliée par l'intermédiaire d'un bus d'information à la sortie-entrée du convertisseur analoqiquenumérique dont une entrée 23 est branchée par l'intermédiaire d'un bus d'information sur la sortie du bloc de synchronisation 9 Une entrée 24 du microprocesseur 17 est reliée par l'intermédiaire d'un bus d'information sur les troisièmes sorties des convertisseurs intégrateurs 1 i,, 1 N et 2. Afin d'élever la précision de mesure des paramètres des impulsions, on a introduit des filtres passe-bande 25, 25 n L'exécution de tous les filtres basse-bande est identique Une entrée 261 du filtre passe-bande 251 est branchée sur la sortie du circuit de soustraction 4, des sorties 262 à 26 n-1 des filtres passe-bande 252 à 25 N sont branchées sur les sorties des convertisseurs intécra- teurs 135 * 1 N et une entrée 26 N du filtre passe-bande 25 N est branchée sur la sortie du convertisseur intéarateur 2 Une entrée 271 du filtre passe-bande 251 est branchée sur la sortie réunie des convertisseurs intéarateurs 11, 12. des entrées 272, - 27 n-1 des filtres passe-bande 252,, 25 n-1 sont branchées sur les sorties des convertisseurs intéarateurs 13, 1 N et une entrée 27 n du filtre passe-bande 25 N est branchée sur la sortie du convertisseur intéorateur 2. 7 253585 ? Une entrée 27 h du filtre passe-bande 251 est branchée sur la sortie réunie des convertisseurs intégrateurs 11, 12 des entrées 272,, 27 N 1 des filtres passe-bande 2529, 25 N -l sont branchées sur les sorties des convertisseurs intégrateurs 13,, 1 N et une entrée 27 N du filtre passebande 25 N est branchée sur la sortie du convertisseur intégrateur 2 Les sorties des filtres passe-bande 251 *, 25 N sont branchées sur les entrées 81, - 8 N des circuits 7 V 7 N de mémoire analogique. Pour mesurer la valeur maximale de l'amplitude des impulsions en présence de l'information sur la forme des impulsions, le mesureur de paramètres d'impuisi est muni d'un bloc 28 d'entrée de l'information sur la classe de formes des impul sions dont l'entrée sert d'entrée 29 au mesureur de paramètres d'impulsions, et d'un bloc 30 de conversion de l'information d'entrée dont une entrée 31 est relie par l'intermédiaire d'un bus d'information à la sortie du bloc 28 d'entrée de l'information sur la classe de formes des impulsions La première sortie du bloc est reliée par l'intermédiaire d'un bus d'information à une entrée 32 du micrc cesseur 17, sa deuxième entrée est reliée à une entrée 33 du commutateur de voies 13. Le bloc de synchronisation est muni d'une entrée de synchronisation extérie L 34. Afin d'assurer la possibilité de mesurer les paramètres des impulsions dont la durée se mesure en ps et ns de faible niveau (de 2 m V à 100 m V), les convertil seurs intégrateurs 11, 12 1 N utilisent les éléments non linéaires dont le caractère de la non-linéarité est différent. En ce cas, l'entrée 3 du mesureur de paramètres d'impulsions est reliée, à travers un circuit RC constitué d'un condensateur 35 et d'une résistance 36, à la base d'un transistor 37, par exemple, du convertisseur intégrateur 11 La charge du convertisseur 11 se présente sous la forme d'une résistance 38 et d'un condensateur 39 Le collecteur du transistor 37 est branché à travers la résistai 38 sur une source d'alimentation 40 et son émetteur est mis à une masse 41 Un commutateur 42 est branché sur le collecteur 43, des résistances 441 2 ' ' 44 m sont mises à la masse 41, les deuxièmes bornes des résistances 441 442 ' 44 sont réunies et reliées à une source d'alimentation 45 Les premières bornes 8 2535851 des résistances 441 4425 7 44 m des convertisseurs intégrateurs 11, 129 1 N sont branchées, par l'intermédiaire d'un bus d'information, sur les entrées 271, 272,, 27 N des filtres passe-bande 25 î, 25 2 25 n m sorties du commuta- teur 42 (réalisé de la même façon que le commutateur 43) de tous les convertisseurs intégrateurs 11, 12, * 1 N à caractéristique d'amplitude non linéaire et m sortie, du commutateur 42 du convertisseur intégrateurs 2 à caractéristique d'amplitude linéaire sont réunies et branchées sur l'entrée 24 du microprocesseur 17. L'entrée 3 du mesureur de paramètres d'impulsions est également reliée à travers le condensateur-35 et la résistance 36, dont la deuxième borne est mise à la masse 41, à la base du transistor 37 dont l'émetteur est mis, via une résis- tance 46, à la masse 41 et le collecteur est branché sur le commutateur 43 du convertisseur 2, sur la source d'alimentation 40, à travers la résistance 38, et mis à la masse 41 à travers le condensateur 39. La sortie du circuit de soustraction 4 est reliée à l'entrée à haute résisti- vité d'un circuit de découplage 47 dont la sortie est reliée, via les éléments de filtre: condensateurs 48, 49, résistances 501,, 50 M, 51, 52, 53, à l'entrée d'un étage amplificateur 54 Le condensateur 48 est branché sur le condensateur 49, sur les résistances 51, 50 Q,, 50 m, la deuxième borne de la résistance 51 est mise à la masse 41 et le condensateur 49 est branché sur la résistance 53 dont la deuxième borne est reliée à la sortie de l'étage de l'amplificateur 54 La sortie de l'étage amplificateur 54 est reliée à travers un circuit de décou- plage 55 au deuxième élément identique au premier élement du filtre passebande La sortie de l'étage amplificateur 54 du deuxième élément du filtre passe-bande est branchée à travers une résistance 56 sur un groupe de diviseurs comportant des transistors à effet de champ 571 57 m et des résistances 58,, 58 Les bornes des résistances 581,, 58 m sont réunies et reliées à une source d'alimentation +E Les sources des transistors à effet de champ 571, 57 m des diviseurs sont mises à la masse 41 et les drains sont réunis et reliés à une borne de la résistance 56 et à l'entrée 81 du circuit 71 de mémoire analogique - Les deuxièmes bornes des résistances 501, 50 m et les gâchettes 591, 59 m des transistors à effet de champ 57, 57 m sont reliées à un bus d'informa- tion branché sur les sorties réunies des convertisseurs intégrateurs 11 et 12 * La sortie du convertisseur intéqr&:eur 2 à caractéristique d'amplitude linéai est reliée à une entrée 60 d'un préamplificateur 61 dont dont une deuxième entrée 62 est reliée au corps du bloc de sync V'onisation 9 La sortie du préamplificateur 61, via un condensateur 63 et une résistance 64 dont la deuxième borne est mise à la masse 41, est branchée sur la première entrée d'un amplificateur final 65 dont une deuxième entrée est mise à la lasse, alors que la sortie est branchée sur une première entrée 66 d'un dispons-tif de génération de signaux de synchronisa tion 67 dont une deixxi ie entrée est h-a-nchée sur l'entrée 34 du mesureur des para mètres des impulsions, alors ou'une oremière sortie 68 est reliée aux entrées 119, l In des circuits 71 7nde mémoire analogique et une deuxième sorti 59 est reliée à travers un bus d'inform lation à la sortie 23 du convertisseur analo gique-numérique 15. Le mesureur des paramètres des impulsions représenté sur la figure 1 fonction de la façon suivante. Les impulsions à étudier attaquanc l'entrée 3 du mesureur des paramètres des impulsions arrivent vers N conveîL Ysseurs intégrateurs 11, 12135 1 n à caractéristique d'amplitude non linéaire et vers le convertisseur intégrateur 2 à caractéristique d'amplitude linéaire. Les convertisseurs intégrateurs 11, 12, 13, 1 net 2 réalisent une transf mation non linéaire et linéaire des impulsions d'entrée et leur élargissement linéaire (intégration) Par cette dernière opération, le spectre de hautes fré- quences du signal impulsionnel d'entrée est transposé dans la bande de fréquences plus basses Ceci rend plus facile la conception du système de traitement des impul is transformées. r -, uent, à la sortie du 1 i convertisseur intégrateur nous avons une val,)litude Pl de l'impulsion éaale à: t 2 Pl = A t 1 O F 1 U 1 (t): dt, ( 1) : At l O F 1 of An 1 est un certain coefficient constat défini par le montage et le régime de fonctionnement du convertisseur inéqré 2535831 t 1 est la durée de l'impulsion d'entrée U (t) = Um (t),- o (t) est une fonction décrivant la forme de l'impulsion F est une fonction décrivant la caractéristique de l'élément non linéaire du le convertisseur intearé t 2 est le temps d'intégration Um est l'amplitude des impulsions d'entrée. Pour le convertisseur intéorateur 2 nous avons P 2 = A 2 t U 2 (t) dt ( 2) ou Ainsi, les équations ( 1), ( 2) décrivant les signaux fournis par les sorties des (n+l) convertisseurs intégrateurs forment un système d'équations n+l qui contien- nent l'information sur l'amplitude, la durée et la forme des impulsions d'entrée. En ce cas, si les caractéristiques d'amplitude des convertisseurs intégrateurs sont décrites par les fonctions du premier ordre, du deuxième, du troisième, du quatrième ordre, etc, la précision de la mesure des paramètres des impulsions s'élève. Dans notre cas, le convertisseur intéarateur 2 a une caractéristique d'ampli- tude linéaire Les convertisseurs intégrateurs 11 et 12 ont les caractéristiques décrites par les fonctions exponentielles Le signal fourni par la sortie du circuit de soustraction 4 varie proportionnellement au carré de l'amplitude Um de l'impul- sion d'entrée Autrement dit, les convertisseurs intécrateurs 11, 12 et le circuit de soustraction 4 forment un convertisseur intégrateur synthétique à caractéristique d'amplitude quadratique. Les convertisseurs intégrateurs 135 145, 1 N peuvent utiliser les élément non linéaires synthétiques et avoir les caractéristiques d'amplitude décrites par les fonction du troisième degré et du quatrième degré Les impulsions examiné (fig 3 a) fournies par la sortie du circuit de soustraction 4 (fig 1) et par les sorties des convertisseurs intégrateurs 135 145 ln et 2 attaquent les filtre passe-bande 25 V,25 2,, 25 n. La principale destination des-filtres passe-bande 251, 252, 25 N est de supprimer les parasites basse fréquence dans la chaîne de transmission des impulsions élargies Ceci est nécessaire du fait que les convertisseurs intégra- teurs, étant les intégrateurs classiques, ont une montée de la caractéristique amplitude-fréquence dans le domaine de basses fréquences, c'est-à-dire qu'ils fonctionnent en atténuateurs du signal utile tout en amplifiant les parasites de basse fréquence. En fonction de la durée des impulsions attaquant l'entrée 3, les filtres passe-bande 25 î, 252, 7 25 N sont commandés par variation des paramètres du circuit RC de ces filtres Lorsque la durée des impulsions augmente, la bande passante des filtres passe-bande 251, 252 225 N devient plus large, si leur durée diminue, augmente le coefficient de transfert des filtres passe-bande 251, , 25 n Ceci permet non seulement de supprimer les parasites basse fréquence, ce qui élève la précision de la mesure, mais également de compenser l'affaiblisse ment du signal dans les gammes de durée et de ps et ns des impulsions, ce qui élève aussi la précision de la mesure des paramètres des impulsions. L'affaiblissement du signal est dû à une rapidité limitée des éléments de circuits qui se disposent après les convertisseurs ingérateurs 1 9 1 N (Znamenl A.E, Tepluk I N "Filtres RC actifs", Sviaz, M, 1970 pp 88 à 98). L'utilisation des filtres passe-bande 25, 25 N et du microprocesseur 17 assure le problème de l'élévation de la précision des mesures des paramètres des impulsions, surtout s'il s'agit d'impulsions isolées. 12 2535851 Les impulsions élargies fournies par les sorties des filtres passe-bande 251 i, 252, 25 N arrivent vers les circuits 71 72 7 N de mémoire analogique. Ces circuits réalisent "l'extraction" (déclenchement Périodique) de l'impulsion élaraie au moment o elle atteint l'amplitude maximale Ucm (fig 3 a) (temps est égal à tmax) et mémorisent cette valeur U 4 (fig 3 d) pour un certain temps "L'extrac- tion" se fait à l'aide des impulsions de commande U 3 (fia 3 c) générées par le bloc de synchronisation 9 (fia 1) Une corrélation temporelle rigide d'impulsion de commande fournie par le bloc de synchronisation 9 correspondant au maximum de l'amplitude de l'impulsion élargie est obtenue par introduction dans le bloc 9 d'un circuit de différentiation (Musin R M, Gryaznov M I, Jurtaev V E, Andreeva T.S, brevet d'invention de l'URSS n 639134, 28 août 1978) Outre cela, le bloc 9 génère des signaux auxiliaires pour commander le fonctionnement du convertisseur analogique-numérique 15. Les tensions continues U 4 (fig 3 d) fournies par les circuits 71 (fig 1), 72, 7 N de mémoire analogique attanquent N entrées 121,, 12 N du commutateur de voies 13, étant un système de N portes de commutation rapides que commutent les circuits soit dans un certain temps donné, soit suivant un algorithme donné en présence d'un signal de commande fourni par le convertisseur analogique-numérique ou par le bloc de conversion de l'information d'entrée 30 (Gryaznov M I, "Mé- thode de mesure des impulsions par intégration", Sovetskoé Radio, 1975, pp 170 à 173). Le convertisseur analogique-numérique 15 (à codage par bits) réalise la trans- formation de l'information analogique en un code binaire (Gitis E I, Piskunov E.A, "Convertisseurs analogiques-numériques", M, "Energoizdat", 1981, pp 233-241) et il exige la constance de l'amplitude du signal transformé U 4 (fig 3 d) afin d'assurer la précision donnée. Le convertisseur analogique-numérique 15 (fia 1) commence à fonctionner au moment o arrivent les impulsions de déclencement du convertisseur analogique- numérique (suivant le bus d'information, entrée 23) générées par le bloc de synchro- nisation 9 Outre cela, le bus d'information véhicule depuis le bloc de synchronisa- tion 9 des signaux impulsionnels anxiliaires pour le déclenchement réitératif du convertisseur analogique-numérique 15 (lorsque les signaux sont modifiés dans la chaîne du système de traitement) Le convertisseur analogique-numérique 15, à son tour, génère et transmet dans lemicroprocesseur 17: 13 - les valeurs de codes du signal principal ( 10 bits); une impulsion de fin de travail du convertisseur analogiquenumérique 15 une impulsion du cycle total de travail du convertisseur analoaique-numériqt ; les signaux d'indication de signe des dimensions des grandeurs mesurées. A son tour, le microprocesseur 17 délivre vers le convertisseur analogique- numérique 15 un signal sur l'état prêt du microprocesseur 17 d'accepter une nouvel' information. Ainsi, à l'entrée du convertisseur analoqiquenumérique i 5 arrive, depuis les sorties des circuits 71, 72, 7 net à travers le commutateur de voies 13, l'information sur les paramètres des impulsions à mesurer Examinons ces para- mètres. (U 4)ll tl U 52 tîUm 52 tl U 53 t u 35 ( 3) (U 4)1 n U 2 u 2 o Sn = t 2 o O t Un S m tl Um 51, n(t)dt, o (t) est une fonction décrivant la forme des impulsions. Les tensions continues U 4 aux entrées du convertisseur analogiquenumérique (fig 1) contiennent l'information sur l'amplitude, la durée et la forme des impulsions étudiées Cette information suffit pour une détermination univooue 14 - des paramètres des impulsions A cet effet, les sianaux (U 4), (U 4)1,, (U 41 et (U)2 codes nassent par le bus d'information dans l microprgcesseur 17 (fiq l) Dans le micro Drocesseur 17, outre les opérations looiques de transforma- tion du code binaire en code binaire-décimal, se font les opérations arithmétiques sur les signaux En ce cas, on trouve les rapports: Qénéralisée des impulsions; -facteur de forme de premier genre du premier ordre (Gryaznov M I, "Méthode de mesure des impulsions par intégration", Moscou, Sovetskoe Radio, 1975, pp. 42-60); t 1 étant une durée généralisée des impulsions mesurée au niveau déterminé par le rapport 52 = S; 1 2 1 étant un coefficient intégré de forme de deuxième genre du premier dearé (Musin R.M "Mesureur du coefficient de forme des signaux impulsionnels", brevet d'inven- tion de l'URSS N O 813320, 14 novembre 1980). - Ainsi, les différentes combinaisons des valeurs U 1 U 1,, U 1, U 2, U 1 2 in permettent de déterminer les facteurs de forme N des ordres supérieurs Lorsqu' connaît ces facteurs, on peut caractériser l'impulsion d'une façon plus complète jusqu'aux détails de la forme (durées des flancs et descentes, irrégularités sur le sommet, bonds et oscillations au flanc de l'impulsion). Le microprocesseur 17 comporte: un dispositif de commande (n'est pas montré sur le dessin) qui assure la réalisation de l'algorithme donné du fonctionnement de l'appareil (Musin R M, Gryaznov M I, Timofeev D A "Mesureur des paramètres des impulsions ns sur micrc cesseur" Technique des télécommunications, série de mesure radioélectrique, fasc I ( 3 "), Moscou, 1981, pp 38 à 45); un microprocesseur proprement dit qui assure la réalisation des opérations logiques et mathématiques données sur les signaux suivant les microinstructions fournies par le dispositif de commande (Bérezenko A, I, Koryagin L N, Nazarian A.R "Ensembles microprocesseurs à rapidité élevée", Moscou "Radio et Svyaz", 1981, pp 28 à 35, 60 à 62, 15 à 25). L'utilisation de N convertisseurs intégrateurs 11, lnn 2 et du micropro cesseur 17 assure un élargissement notable des possibilités fonctionnelles, autre ment dit, la mesure de l'énergie, de la superficie et de la quantité de l'électri té d'une impulsion. Les sorties des convertisseurs intégrateurs 11, 125 *, 1 net 2 délivrent les signaux ( 1 et O logiques) qui passent par le bus d'information vers le micro- processeur 17 afin d'assurer l'indication de dimensions des grandeurs mesurées. Le microprocesseur 17 commence à fonctionner lorsqu'arrive une im Dulsion de fin de fonctionnement du convertisseur analoqique-numéri Que 15 A son tour, le microprocesseur 17 génère un signal de fin de fonctionnement ce qui supprime l'inhibition de la réception et du traitement de l'information analogique suivant par le convertisseur analogique-numérique 15. _ 16 - Le bus d'information 21 véhicule les résultats de mesure vers la voie d'utilisa- tion-cénérale En outre, les résultats de mesure passent par les bus d'information vers les entrées 18 et 19 du dispositif d'indication 20 pour se produire sur deux tableaux de visualisation (non mrontrés sur le dessin). La livraison des résultats de mesure dans la voie d'utilisation cénérale assure la oossibilité du fonctionnement du resureur des paramètres des impulsions dans les systèmes de mesure durant les recherches dans la physique nucléaire et la technique du laser. Lorsqu'on étudie les impulsions apériodiques ou s'il faut mesurer les para- mètres d'une impulsion unique d'un "lot" d'impulsions, le mesureur des paramètres des impulsions fonctionne en régime de synchronisation extérieure A cet effet, on applique à l'entrée 34 du mesureur de paramètres d'impulsions les impulsions coïncidant dans le temps avec l'impulsion dont les paramètres sont à mesurer. Pour le reste, le mesureur fonctionne de la façon décrite ci-dessus. Le mesureur de paramètres d'impulsions Permet de déterminer d'après l'amplitude généralisée mesurée l'amplitude (valeur maximale) de l'impulsion A cet effet, on introduit l'information sur la classe de la forme des impulsions à travers l'entrée 29 du bloc d'entrée de l'information sur la classe de la forme des impul- sions, cette introduction étant faite soit depuis un ordinateur, soit depuis un autre dispositif quelconque Il est plus commode d'introduire les valeurs du facteur de forme K 1. Le bloc 28 d'entrée de l'information sur la classe de la forme des impulsions, se présentant dans le cas le plus simple sous la forme d'un commutateur de code ou d'un convertisseur numérique-analogique, sert à introduire dans le microproces- seur 17 l'information sur la forme des impulsions en facteur de forme K 1 du premier genre En ce cas, le microprocesseur 17 trouve l'amolitude des impulsions de forme aléatoire suivant l'amplitude généralisée mesurée, en utilisant la formule U U = ( 7) m K, 17 - 2535,851 L'information sur le facteur de forme K 1 ou 1 (Musin R M; Gryaznov M I, Filatov N Ju "Sur la conception du mesureur du coefficient de forme des impulsions vidéo", Technique des télécommunications, série "Mesures radioélectriques", Moscou, fasc 2 ( 34), 1981, pp 15 à 20) peut être appliquée sur l'entrée 29 du mesureur des paramètres soit à la main (organes de commande au panneau avant du mesureur), soit par un programme (via la voie d'utilisation générale) depuis un ordinateur ou un mesureur du facteur de forme (non montrés sur le dessin). Depuis la sortie du bloc d'entrée de l'information sur la classe de la forme des impulsions 28, l'information en code numérique ou en tension continue attaque l'entrée 31 du bloc de conversion de l'information d'entrée 30. La destination du bloc 30 est de transformer l'information venant du bloc 28 en un code binaire et de transmettre ce dernier sur l'entrée 32 du microproces- seur 17 (via le bus d'information). Ainsi, se trouve résolu le problème consistant à trouver à l'aide de l'ampli- tude généralisée mesurée U la valeur de l'amplitude des impulsions U m. Lorqu'on utilise le mesureur de paramètres d'impulsions pour les recherches dans la technique du laser et la physique nucléaire, se pose le problème de mesure des paramètres d'une impulsion incluse dans une séquence apériodique, ainsi que de mesure des paramètres des impulsions occasionnelles. Dans le premier cas on utilise l'entrée 34 du mesureur de paramètres d'impul- sions Lorqu'on applique sur l'entrée 34 du bloc de synchronisation 9 une impuisio de synchronisation extérieure coïncidant dans le temps avec l'impulsion dont les paramètres sont à mesurer, on effectue la mesure des paramètres de cette impulsion donnée. La réduction de la partie analogique du mestireur de paramètres d'impulsions par rapport au dispositif connu obtenue par l'emploi d'un microprocesseur permet de réduire considérablement les travaux de montage et de réqlage lorsque les mesu- reurs sont fabriqués en masse. 18 - Pour compléter l'énoncé, examinons le fonctionnement des ensembles du mesureur de paramètres d'impulsions selon la figure 2. Les convertisseurs intéarateurs 11 et 12 peuvent utiliser les éléments non linéaires (diodes, transistors) à caractéristiques tension-intensité exponentielles de type z 2 Ul F 1 (e I 1) et F 2 ( 1 e 2 (,o 1 ' 2 sont les paramètres de la courbure de la caractéristique tension-intensité de l'élément non linéaire, LU 1 est l'ampli- tude des impulsions d'entrée. Présentons les fonctions F 1 et F 2 sous la forme des séries de Mc Loren et trouvons la différence de ces fonctions (ceci est réalisé par le circuit de soustrac- tion 4) L'amplitude du signal à la sortie du circuit de soustraction 4 est propor- tionnelle au carré de l'amplitude des impulsions à l'entrée 3 du mesureur, c'est-à- dire: F 1 F 2 AU, ( 8) o A est un coefficient constant (Musin R M Gryaznov M I, Filatov N Ju "Sur la conception du mesureur du facteur de forme des impulsions vidéo", Technique des télécommunications, série "Mesures radioélectriques", Moscou, fasc 2 ( 34), 1981, pp 15 à 20). * Les convertisseurs intégrateurs 13, 14,, 1 N utilisent respectivement les éléments non linéaires dont les caractéristiques tension-intensité sont décrites par les fonctions du troisième, quatrième ordre, etc A cet effet, on peut utiliser les éléments non linéaires dits synthétiques à caractéristique optimale (Gryaznov M.I "Méthode intégrée de mesure des impulsions", Moscou, Sovetskoe Radio, 1975, pp 103 à 114). La Drésence à l'entrée des circuits RC intermédiaires ( 35, 36) du convertisseur intégrateurs 11 détermine la Dossibilité de mesurer les paramètres des signaux impulsionnels. Les valeurs des charges, de la résistance 38 et du condensateur 39, sont choisies en partant de la condition que l'amplitude des impulsions transformées dépend linéairement de la durée des impulsions d'entrée, autrement dit = RC ti ( 9) Le convertisseur intégrateur 2 comporte en outre une résistance 46 insérée dans le circuit de contre-réaction en courant Par conséquent, l'amplitude du signal fourni par sa sortie dépend linéairement tant de la durée que de l'amplitud des impulsions d'entrée. Afin d'assurer la gamme de durées donnée des impulsions d'entrée, toute la gamme de durées est divisée en sous-gammes choisies par le commutateur 42 (convert seurs l 129 9 n) et 43 (convertisseur 2) Dans chaque sous- aamme de durées, la valeur du condensateur 39 de charge du transistor 37 varie autant de fois que la durée maximale de la sous-gamme donnée diffère de la durée maximale de la sous- gamme précédente. Simultanément avec la commutation des sous-gammes de durées a lieu une commut tion des signaux (en code 1-2-4-8) qui correspondent aux dimensions données et ceci se fait à l'aide des commutateurs 42 des convertisseurs intégrateurs 11, 12, 51 N et du commutateur 43 du convertisseur intégrateur 2 Les signaux corre pondant aux dimensions des impulsions passent sous la forme d'un code par le bus d'information vers l'entrée 24 du microprocesseur 17 et cette information permet de déterminer la dimension (ps, ns, s) de la durée affichée de l'impulsion. Un autre bus d'information véhicule les signaux en code 1-2-4-8 depuis les commutateurs 42 des convertisseurs intégrateurs 11, 1 V, S 1 N et 43 du convertis seur intégrateur 2 qui commandent les diviseurs-transistors à effet de champ 571, 57 m résistances, 58 î,, 58 w. Les transistors à effet de champ 57 57 m ne conduisent pas en état de départ. Les signaux arrivant en combinaison déterminée (en fonction de la sousqamme de durées des impulsions) modifient la valeur, du diviseur et, par conséquent, la valeur des impulsions aux entrées 81, 82,, 8 N des circuits 71 ' 72 ' ' 7 N de mémoire analogique Ceci permet d'obtenir dans toute les sous-gammes de - durées des impulsons une égalité des amplitudes des impulsions aux entrées 81, 82, * 8 N des circuits 7 V 72 ' 7 n Les commutateurs 42 réalisent une commutation mécanique des deuxièmes bornes de résistances 501, 50 m, des filtres passe-bande 25,, 25 n En fonction de la sous-gamme de durées des impulsions,-c'est-à-dire en fonction de la constante du temps de la descente des impulsions aux sorties du circuit de soustraction 4 et des convertisseurs intégrateurs 139 145, 1 N et 2 varie n, la bande passante des filtres passe-bande 25 2, Ceci permet de réaliser une filtration de haute qualité des parasites basse fréquence En effet, pour les "courtes" durées des impulsions à mesurer la constante de temps de la chute de l'impulsion élargie de forme exponentielle est minimale parce que pour toutes les sous-gammes de durées reste valable la condition de l'élargissement ( 30 à 40)tl Imax de toute sous-gamme de durées des impulsions. Donc, pour transmettre sans distorsion des impulsions "courtes" (ps et ns) o l'influence des parasites basse-fréquence est le plus sensible, on peut rétrécir la bande passante des filtres passe-bande et l'élargir lorsque la durée des impul- sions d'entrée augmente. Donc, à la mesure des paramètres des impulsions "courtes" on obtient une filtration efficace des parasites basse-fréquence par rétrécissement de la bande passante des filtres passe-bande 251,, 25 n. Les entrées 8 P 82, 8 N des circuits 7,' 72 ' ' 7 N de mémoire analogique reçoivent les impulsions de forme exponentielle. Afin d'assurer la sensibilité maximale et les erreurs minimales du mesureur des paramètres des impulsions, il faut avoir un "rattachement" temporel de l'impul- sion de commande au maximum de l'impulsion élaroie à forme exponentielle et la constance de ce rattachement à la variation de la durée des impulsions d'entrée. Ceci est obtenu à l'aide du bloc de synchronisation 9. Les impulsions élargies à forme exponentielle attaquent l'entrée 10 du bloc de synchronisation 9 L'amplificateur 61 du bloc 9 assure la sensibilité donnée de la synchronisation Le signal amolifié de forme exponentielle arrive dans le 21 - circuit de différentiation 63, 64 dont la sortie dégaae une impulsion avec rebon( sement négatif Le flanc arrière de cette impulsion préamplifiée et normalisée en amplitude par l'amplificateur 65 met en marche le circuit de génération de signaux de synchronisation 67 Les impulsions de commande "courtes" (unités de nanosecondes) fournies oar la sortie 8 circuit 67 attaquent les entrées 111,? ln des circuits 71 ' 72 7 r de mémoire analogique et assurent une transforme tion linéaire des impulsions élargies en tension continue U 4 * Depuis le bloc de synchronisation 9 arrivent les siqnaux de déclenchement et de déclenchement réitÉ ratif du convertisseur analogique- numérique 15, de l'état prêt du convertisseur analogique-numérique 15 et d'autres signaux nécessaires pour le fonctionnement normal du convertisseur analogiaue-numérique 15, du microprocesseur 17 et du disr sitif de visualisation 20. Le mesureur de paramètres d'impulsions réalisé conformément au schéma struct ral proposé est destiné à étudier les processus impulsionnels dans la technique du laser, dans la physique nucléaire et fréquence de répétition, y compris les impulsions isolées. Le mesureur de paramètres d'impulsions suppose la transformation en conde et la mesure des valeurs généralisées de l'amplitude et de la durée, de la quanti d'électricité et d'énergie des impulsions, des facteurs de forme des impulsions, de la durée du flanc (en présence d'un dispositif de différentiation à l'entrée), le calcul d'après l'amplitude généralisée des impulsions, autrement dit le mesure permet d'avoir une appréciation précise et détaillée des paramètres des impulsion de forme complexe, surtout des impulsions isolées. Le rresureur de paramètres d'impulsions permet, outre l'élévation de la préci sion de mesure des oaramètres des impulsions de 3 à 4 fois, d'élargir les limites des amplitudes et des durées respectivement de 10 fois Eqalement, se trouvent J 22 2535851 augmentés les oossibilités fonctionnelles de l'appareil par suite des faits suivants: mesure, outre amplitude et durée genéralisees, de la superficie, de la quantité d'électricité et d'énergie; mesure des facteurs de forme des impulsions; élargissement des qammes d'amplitudes et de durées mesurées; détermination de l'amplitude des impulsions à l'aide de l'amplitude généra- lisée mesurée et du facteur de forme connu; fonctionnement de l'appareil dans les systèmes de mesure en coopération avec l'ordinateur. Ainsi, le dispositif proposé permet d'obtenir l'élévation de la précision durant la mesure des paramètres temps-amplitude et énergétiques des impulsions et d'élargir les possibilités fonctionnelles du mesureur. 23 2 2535851 1 Mesureur de paramètres d'impulsions comporte N convertisseurs intégrateurs ( 11,, 1 n) à caractéristique d'amplitude non linéaire et un convertisseur-in- tégrateur ( 2) à caractéristique d'amplitude linéaire dont les entrées sont réunies et forment une entrée ( 3) du mesureur des paramètres des impulsions, alors que leurs sorties sont reliées à un système de traitement des impulsions transformées, caracté"risé par le fait que le système de traitement des impulsions transformées compote: un circuit de soustraction ( 4) des impulsions dont des entrées ( 5,6) sont reliées aux premières sorties des convertisseurs intégrateurs ( 11, 12); des circuits ( 7 l, l 7 n) de mémoire analogique, alors qu'une entrée ( 8 î) du circuit ( 71) de mémoire analogique est électriquement liée à la sortie du circuits de-soustraction ( 4) et des entrées ( 82,, 8 n) des circuits ( 72 ' ' 7 n) de mémoire logique suivants sont branchées sur les sorties respectives des convertis- seurs intégrateurs ( 13,, in) à caractéristique d'amplitude non linéaire et sur la sortie du convertisseur intégrateur ( 2) à caractéristique d'amplitude li- néaire; et un bloc de synchronisation ( 9) dont une entrée ( 10) est branchée sur la deuxième sortie du convertisseur intégrateur ( 2) à caractéristique d'amplitude linéaire, la première sortie du bloc de synchronisation ( 9) étant reliée à des entrées ( 111,, 1 ln) réunies des circuits ( 71,, 7 n) de mmoire analogique 1 n 1 ' ' 7) de mémoire analogique; les sorties des circuits ( 71,, 7 n) de mémoire analogique étant ranchées sur des entrées ( 121,, 12 n) d'un commutateur de voies ( 13) dont la sortie est branchée sur une entrée ( 14) d'un convertisseur annalogique-numérique ( 15) relié à une entrée ( 16) d'un microprocesseur ( 17) dont les première et deuxième sorties sont reliées à l'aide de bus d'information à des entrées ( 18,19) d'un dispositif d'indication ( 20), la troisième sortie étant branchée à l'aide d'un bus d'informa- tion ( 21) sur la voie d'utilisation générale, une entrée-sortie ( 22) du micropro- cesseur ( 17) étant reliée à l'aide d'un bus d'information à la sortieentrée du convertisseur analogique-numérique ( 15) dont une entrée ( 23) est reliée à l'aide d'un bus d'informatiçon à la deuxième sorite du bloc de synchronisation ( 9), alors qu'une entrée ( 24) du microprocesseur ( 17) est reliée à l'aide d'un bus d'informa- tion aux troisième sorties de tous les convertisseurs intégrateurs ( 11, ln 2). 2 Mesureur de paramètres d'impulsions, conformément à la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans la liaison électrique entre les convertisseurs intégrateurs ( 111 N, 1 n, 2) et les circuits ( 71 7 n) de mémoire analogique sont insérés des filtres passe-bande ( 251, 25 n), alors qu'une entrée ( 261) du filtre passe-bande ( 251) est branchée sur la sortie du circuit de soustraction ( 4) et une entrée ( 271) du filtre passe-bande ( 251) est branchée sur les deuxièmes / sorties réunies par un bus d'information, des convertisseurs intégrateurs ( 13. 1 n) à caractéristique d'amplitude non linéaire, la première sortie du convertis- seur intecrateur ( 2) à caractéristique d'amplitude linéaire sont reliées à des entrées ( 262, 26) des filtres passe-bande ( 252 25) dont des entrées ( 272,, 27 n) sont reliées à l'aide de bus d'information aux deuxièmes sorties des convertisseurs intégrateurs ( 13 e - 1 n) à caractéristique d'amplitude non linéaire et à la deuxième sortie du convertisseur intégrateur ( 2) à caractéris- tique d'amplitude linéaire, alors que les sorties des filtres passe-bande ( 251 P , 25 n) sont branchées sur les entrées ( 8,,, 8 n) des circuits ( 71, 7 n) de mémoire analogique. 3 Mesureur de paramètres d'impulsions, conformément aux revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comporte un bloc d'entrée de l'information sur la classe des formes des impulsions ( 28) dont l'entrée sert d'entrée ( 29) de l'information sur la forme des impulsions du mesureur des paramètres des impul- sions, un bloc de conversion de l'information d'entrée ( 30) dont une entrée ( 31) est reliée à l'aide d'un bus d'information à la sortie du bloc d'entrée de l'infor- mation sur la classe des formes des impulsions ( 28) dont la première sortie est reliée à l'aide d'un bus d'information à une entrée ( 32) du microprocessuer ( 17) la deuxième sortie du bloc de conversion de l'information d'entrée ( 3) est reliée à une entrée ( 33) du commutateur de voies ( 13). 4 Mesureur de paramètres d'impulsions, conformément aux revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le bloc de synchronisation ( 9) est muni d'une entrée ( 34) de synchronisation extérieure. 24 -