УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛЬНОГО ОТОБРАЖЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ЧАСТОТЫ ИМПУЛЬСНОГО СИГНАЛА

Заявляемое устройство относится к области электрических измерений и может быть использовано для измерения быстро изменяющейся частоты импульсных сигналов.
Известные средства измерений такие, как частотомеры, осциллографы совместно с генераторами частот [1] не позволяют следить за изменениями частоты сигналов от периода к периоду при исследовании параметров импульсных сигналов. Необходимость исследования изменения частоты сигнала на протяжении длительности импульса возникает при проектировании и отладке гидроакустических доплеровских лагов, для которых характерно влияние деформации огибающей доплеровского спектра на точность измерения скорости [2, стр.202-205]. Для уменьшения этого влияния при измерении доплеровской частоты импульсного отраженного от дна сигнала стробируют сигнал, отсекая его переднюю и заднюю части, в которых происходят максимальные искажения спектра. Для определения протяженности отсекаемых частей импульса полезно просмотреть как изменяется частота сигнала на протяжении всего импульса. Авторам не известны устройства, позволяющие реализовать упомянутую процедуру.
Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемой полезной модели является устройство к способу визуального отображения и измерения изменения такого параметра импульсного сигнала, как разность фаз, описанное в (3). В состав устройства-прототипа входят усилители-ограничители, дифференцирующие цепи, генератор пилообразного напряжения, трубка электронно-лучевая, генератор горизонтальной развертки и вспомогательные генератор прямоугольных сигналов, дифференцирующая цепь.
Однако описанное выше устройство не позволяет производить измерение изменения частоты импульсного сигнала.
Технический результат от использования предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении возможности исследования характера изменения частоты импульсных сигналов.
Такие исследования необходимы, например, при настройке и отладке гидроакустических лагов в условиях изменяющихся характеристик грунтов, отражающих зондирующие сигналы, а также при оценке времени установления частоты импульсных генераторов и т.п.
Для достижения указанного технического результата в устройство, содержащее усилитель-ограничитель, генератор пилообразного напряжения и осциллограф, причем выход генератора пилообразного напряжения соединен со входом вертикального отклонения осциллографа, введены первый, второй, третий, и четвертый формирователи импульсов и схема ИЛИ, причем входы первого и третьего формирователей импульсов соединены с выходом усилителя-ограничителя, выход первого формирователя импульсов соединен со входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен со входами четвертого формирователя импульсов и генератора пилообразного напряжения, выходы третьего и четвертого формирователя импульсов соединены со входами схемы ИЛИ, выход которой соединен со входом модулятора яркости осциллографа, вход синхронизации которого соединен с выходом третьего формирователя импульсов.
Отличие заявляемого устройства от прототипа состоит в том, что оно является одноканальным; содержит дополнительно 4 формирователя импульсов; новые связи элементов.
Замена электронно-лучевой трубки с генератором горизонтальной развертки, используемые в прототипе, на осциллограф является эквивалентной, т.к. элементы: электронно-лучевая трубка с генератором горизонтальной развертки содержатся в осциллографе.
Сущность полезной модели поясняется фиг.1-3, где на фиг.1 изображена блок-схема полезной модели, на фиг.2 - временные диаграммы напряжений на выходах устройств, входящих в состав модели, на фиг.3 - изображение растров на экране осциллографа при постоянном значении частоты (фиг.3а) и при изменении исследуемой частоты сигнала (фиг.3б).
Заявленное устройство (фиг.1) содержит усилитель-ограничитель 1; первый, второй, третий, четвертый формирователи импульсов, 2, 3, 4, 5; генератор пилообразного напряжения 6; осциллограф 7; схему ИЛИ 8.
Выход усилителя-ограничителя 1 соединен со входами первого и третьего формирователей импульсов 2, 4, выход первого формирователя импульсов 2 соединен со входами четвертого формирователя импульсов 5 и генератора пилообразного напряжения 6, выход генератора пилообразного напряжения 6 соединен
со входом вертикального отклонения осциллографа 7, выходы третьего и четвертого формирователей импульсов 4, 5 соединены со входами схемы ИЛИ 8, выход которой соединен со входом модулятора яркости осциллограф 7, выход третьего формирователя импульсов 4 соединен со входом синхронизации развертки осциллографа 7.
В качестве усилителя-ограничителя, могут быть применены, например, усилитель по схеме, приведенной в [5, стр.93] с ограничителем [5, стр.235]. В качестве формирователей импульсов 3-5 могут быть применены, например, мультивибраторы [6, стр.139, 354]. Длительность импульсов, формируемых мультивибраторами, регулируется изменением напряжения питания одного из входящих в их состав транзисторов. Схема ИЛИ [5, стр.174], генератор пилообразного напряжения (блок 6) [6, стр.230-322]. В качестве осциллографа могут быть применены [1] С1-55, С1-65, С1-65А, С1- 68 и др., имеющие вход модулятора яркости луча и длительность горизонтальной развертки, соизмеримую с длительностью исследуемого импульса.
Заявляемое устройство работает следующим образом (фиг.1, 2).
с
1
2
1
3
2
2
1
3
Импульс сигнала длительностью Т с частотой заполнения f (с периодом Т=1/f) подают на вход усилителя-ограничителя 1, после чего синусоидальное заполнение импульса приобретает форму прямоугольных импульсов U (фиг.2). Передними фронтами этих импульсов запускается формирователь импульсов 2, вырабатывая импульс U длительностью T, запускающий задним фронтом формирователь 3, вырабатывающий импульс U длительностью Т. На протяжении длительности импульса Т генератором 6 вырабатывается пилообразное напряжение U4. Задними фронтами U и U запускается формирователем 4, 5, импульсы напряжения с которых поступают через схему ИЛИ 8 на модулятор яркости осциллографа 7.
5
4
5
6
Передним фронтом импульса U запускается горизонтальная развертка осциллографа, время которой устанавливают близким к длительности исследуемого импульса. Напряжением U осуществляется вертикальная развертка. Совместная работа обеих горизонтальной и вертикальной разверток обеспечивает на экране осциллографа прямоугольный, типа телевизионного, растр, высота которого определяется амплитудой пилообразного напряжения генератора 6 и масштабом развертки осциллографа. На фиг.2 показано, как изменяется временной интервал ΔT между импульсами напряжений U и U, поступающих на модулятор яркости осциллографа, с ΔT′ на ΔТ" при изменении периода исследуемой частоты с
5
6
Т′ на Т". На экране осциллографа этот временной интервал ΔТ трансформируется в расстояние ΔН по вертикали между яркостными линиями, формируемыми импульсами напряжений U и U.
5
6
5
3
На фиг.3 а показано изображение, формируемое на экране при постоянном значении измеряемой частоты (ΔT=const), а на фиг.3б - при изменяющейся частоте сигнала. Яркостная подсветка на экране осуществляется импульсами U, U, длительность этих импульсов выбирают из соображений допустимой разрешающей способности и достаточной яркости меток. Характер изменения частоты исследуемого сигнала прослеживается по изменению расстояния, пропорционального ΔТ (фиг.2), между яркостной горизонтальной линией на экране осциллографа 7 (фиг.3б, кривая в), формируемой импульсами напряжения U, вырабатываемыми по заднему фронту первого полупериода исследуемой частоты f и яркостной линией (фиг.3б, кривая г), формируемой импульсами, вырабатываемыми формирователем 5 по заднему фронту импульсов U.
2
1
Изменением длительности T и T изменяют диапазон исследуемых частот. Калибровку экрана осциллографа выполняют путем подачи на вход устройства напряжения от какого либо из генераторов частоты [1].
Параметры импульсов, формируемых блоками 2 и 3, могут быть определены по формулам:
max
min
где f и f - граничные частоты исследуемого сигнала, в пределах которых происходит изменение частоты.
Изменение периода частоты сигнала
где Н - вертикальный размер растра на экране осциллографа, ΔН расстояние по вертикали между яркостными отметками по вертикали.
Значение частоты исследуемого сигнала
Из изложенного выше следует, что технический эффект устройства, состоящий в обеспечении возможности оценки изменения частоты исследуемого сигнала, достигнут.
Источники информации
1 Каталог изделий промышленности средств связи, "89 Радиоизмерительные приборы", серия 1.Центральный отраслевой орган НТИ "Экос", 1988 г.
2 В.И.Бородин и др. Гидроакустические навигационные средства, Л., Судостроение, 1983 г.
3 Авторское свидетельство СССР №1176263 по кл. GOIR 25/00.
4 Баржин В.Я. и др. Апериодические усилители на полупроводниковых приборах, проектирование и расчет, М. Сов. радио, 1968 г.
5 М.Мэндл, 200 избранных схем электроники, М., Мир, 1980 г.
6 А.М.Тищенко и др., Расчет проектирование импульсных устройств на транзисторах, М. Сов. радио, 1964 г.