Спосіб вимірювання пікової напруги електричних імпульсів та пристрій для його реалізації

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в системах централизованного контроля. Уже известен способ и устройство - аналог для измерения пикового напряжения электрических импульсов - пиковый детектор, содержащий две диодно-емкостные запоминающие ячейки, повторитель напряжения, два разрядных ключа, формирователь импульсов, двухтактный выпрямитель, два развязывающих диода, выделитель частоты, счетный триггер, два логических элемента (А.с. 1372235, "Пиковый детектор"). Однако этот способ и устройство требуют сложных технических средств реализации. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ измерения пикового напряжения электрических импульсов, при котором один электрический импульс длительностью подают на вход диодно-емкостной запоминающей электрических импульсов, при котором один электрический импульс длительностью подают на вход диодно-емкостной запоминающей ячейки ячейки с постоянной заряда и по величине напряжения на конденсаторе определяют пиковое напряжение электрического импульса (Грязнов М.И., Гуревич М.Л., Маграчев Э.В. Измерение импульсных напряжений. - 1969. С.132). В качестве устройства-прототипа, реализующего способ измерения пикового напряжения электрических импульсов выбрано устройство для измерения пикового напряжения электрических импульсов, содержащее диодноемкостную запоминающую ячейку, с постоянной соотношения пиковое напряжение исходного электрического импульса. Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве измерения пикового напряжения, электрических импульсов содержащем, диодно-емкостную запоминающую ячейку, вы ход которой соединен с блоком индикации выходного напряжения дополнительно введены элементы согласования, линия задержки и инверсный вход диодно-емкостной запоминающей ячейки, подключенной к выходу линии задержки. Таким образом, введение в способ измерения пикового напряжения электрических импульсов новых операций, а именно: а) преобразование исходного электрического импульса длительностью в два электрических импульса и такой же длительности и цепи заряда выход которой соединен с блоком индикации выходного напряжения (Маграчев Э.В. Вольтметры одиночных импульсов. - 1967. - С.13). Недостатком способа и устройства прототипа является невозможность измерения пикового напряжения электрических импульсов, длительность которых сравнима и меньше постоянной цепи заряда Значение пикового напряжения исходного электрического импульса связано с выходным напряжением на конденсаторе диодно-емкостной запоминающей ячейки и постоянной цепи заряда образом следующим где - длительность исходного электрического импульса. В способе и устройстве-прототипе считают, что и поэтому импульсов, длительность Для исходных которых не удовлетворяет условию исходное напряжение на конденсаторе будет меньше значения пикового напряжения измеряемого импульса причем это отличие будет увеличиваться с уменьшением длительности т.е. устройство перестанет быть работоспособным при В основу изобретения поставлена задача расширения диапазона длительностей измеряемых электрических импульсов при сохранении простоты устройства. Поставленная задача решается тем, что в способе измерения пикового напряжения с постоянной цепи заряда и по величине напряжения на конденсаторе определяют пиковое напряжение исходного электрического импульса Отличия заключаются в том, что предварительно исходный электрический импульс преобразует в два электрических импульса и такой же длительности и одинаковой амплитуды равной где - константа прибора, подают первый импульс на вход ячейки, задерживают второй импульс на время меньшее длительности исходного электрического импульса инвертируют задержанный импульс, и также подают его на вход диодно-емкостной запоминающей ячейки, по величине напряжения на конденсаторе определяют с помощью одинаковой амплитуды, равной константа прибора; б) подача первого импульса где на вход ячейки; в) задержка второго импульса на время меньшее длительности исходного импульса; г) инвертирование задержанного импульса д) подача задержанного инвертированного импульса на вход ячейки; е) определение пикового напряжения электрического импульса по величине напряжения на конденсаторе с помощью соотношения и введение в устройство элементов согласования, линии задержки, и инверсного входа диодноемкостной запоминающей ячейки, подключенного к выходу линии задержки, позволило решить поставленную задачу, а именно расширить диапазон длительностей измеряемых импульсов при сохранении простоты устройства. Способ измерения пикового напряжения электрических импульсов характеризуется следующими операциями: а) преобразуют исходный электрический импульс, длительностью в два электрических импульса и такой же длительности и одинаковой амплитуды, равной где константа прибора; б) подают первый импульс на вход ячейки; в) задерживают второй импульс на время меньшее длительности исходного импульса г) инвертируют задержанный импульс д) подают задержанный инвертированный импульс на вход ячейки; е) определяют пиковое напряжение электрического импульса по величина напряжения на конденсаторе с помощью соотношения На фиг.1 приведена электрическая схема устройства для измерения пикового напряжения электрических импульсов. Устройство содержит блок согласования 1 (выделен пунктиром), линию задержки 7, диодноемкостную запоминающую ячейку 3 (выделена пунктиром) и блок индикации выходного напряжения 4. Первый выход блока согласования 1, соединен с входом 5 диодно-емкостной запоминающей ячейки 3, второй - с инверсным входом 6 ячейки, третий - с линией задержки 2, выход которой также соединен с инверсным входом 6 диодно-емкостной запоминающей ячейки,3, выход ячейки 3 соединен с блоком индикации выходного напряжения 4. Блок согласования состоит из элементов согласования (например, резисторов 7, 8, 10), элемент согласования 8 соединен с входом 5, элемент согласования 7 соединен с линией задержки 2 (например, коаксиальная линия определенной длины), выход Линии задержки 2 соединен с инверсным входом 6 диодно-емкостной запоминающей ячейки 3, элемент 9 подсоединен между входом 5 диодно-емкостной запоминающей ячейки и общим проводом, элемент 10 между входом 6 ячейки 3 и общим проводом, выход ячейки 3 подсоединен к блоку индикации выходного напряжения 4. На фиг.2 приведены временные диаграммы импульсов: - (а); задержанного на время электрического импульса длительностью (б); а также разностного электрического импульса (в). Способ измерения пикового напряжения электрических импульсов реализуется следующим образом: а) операция преобразования исходного электрического импульса длительностью в два импульса и такой же длительности и одинаковой амплитуды, равной где константа прибора, осуществляется с помощью элементов согласования (например, резисторов 7, 8, 9) и входного сопротивления линии задержки; б) операция подачи первого импульса осуществляется подсоединением резистора 8 ко входу 5 ячейки 3; в) операция задержки второго импульса на время меньшее длительности исходного импульса выполняется с помощью коаксиальной линии определенной длины; г) операция инвертирования задержанного импульса, а также операция подачи задержанного инвертированного импульса осуществляются подсоединением выхода линии задержки к инверсному входу 6 ячейки 3; д) операция определения пикового напряжения электрических импульсов осуществляется нахождением пикового напряжения электрических импульсов по величине напряжения на конденсаторе с помощью соотношения Рассмотрим работу заявляемого устройства, измеряющего пиковое напряжение электрических импульсов, например, положительной полярности. В случае необходимости измерения импульсов отрицательной полярности принцип работы прибора не изменяется, но полярность диода в диодно-емкостной запоминающей ячейки надо изменить на противоположную. Измеряемый электрический импульс длительности поступает на блок согласования 1, который преобразует исходный импульс в два импульса и такой же длительности и одинаковой амплитуды, равной где константа прибора. Импульс поступает на вход 5 ячейки, импульс поступает в линию задержки 2, задержанный импульс поступает на созданный инверсный вход 6 ячейки 3, через интервал времени Как видно из фиг.2, - момент поступления импульса - момент поступления импульса Результирующий импульс в диодно-емкостной запоминающей, ячейки представляет собой разностный импульс положительной полярности длительностью разностный импульс отрицательной полярности отсекается диодом диодно-емкостной запоминающей ячейки. Напряжение на конденсаторе ячейки регистрируется блоком индикации. Значение пикового напряжения исходного импульса можно определить с помощью соотношения, аналогичного (1) Из этого соотношения следует, что определяемая величина не зависит от длительности исходного импульса, Именно это позволяет использовать предлагаемый способ для измерения пикового напряжения электрических импульсов, длительность которых сравнима или меньше постоянной цепи заряда Время задержки импульса длительностью являющееся временем, в течение которого заряжается конденсатор ячейки, равно и может быть определено с высокой точностью. Если удовлетворяет условию то вместо выражения (2) можно использовать более простое соотношение Создание дополнительного инверсного входа в диодно-емкостной запоминающей ячейке позволяет объединить в устройстве операции инверсии задержанного сигнала и подачи его на вход диодно-емкостной запоминающей ячейки. Такое техническое решение позволяет сохранить простоту устройства и расширить диапазон измеряемых импульсов в сторону болев коротких до пикосекундного диапазона. Из всего вышеизложенного следует, что благодаря отличительным признакам и достигается качественно новый положительный эффект, а именно расширение диапазона длительностей измеряемых электрических импульсов при сохранении простоты устройства. Экспериментально получено при использовании в качестве линии задержки эквивалентной длины 10мм расширение диапазона работы устройства от 100 - 10нс до 100 - 0,1нс при использовании диодно-емкостной запоминающей ячейки на вакуумном диоде 6Д16Д, т.е. диапазон работы устройства расширен на два порядка, что недостижимо традиционными методами.