Спосіб вимірювання затримки електричних імпульсів

Спосіб вимірювання затримки електричних імпульсів, при якому подають послідовно із затримкою зондуючі імпульси на об'єкт, приймають на вході об'єкта зондуючі і відбиті імпульси, регулюють частоти проходження імпульсів і визначають затримку імпульсів, який відрізняється тим, що після прийняття зондуючих імпульсів на вході об' 3 37846 ня затримок, особливо малих, здійснюється з великими похибками. Відомий також спосіб вимірювання затримки електричних імпульсів [див. Скрипник Ю.О., Кузнецов О.Ю. Ре флектометричний прилад для визначення відстані до місця пошкодження електричних ліній передач. -Вісник КНУТД №1, 2002, с.155-158], при якому подають послідовно із затримкою зондуючі імпульси на об'єкт, приймають на вході об'єкту зондуючі і відбиті імпульси, регулюють частоти проходження імпульсів і визначають затримку імпульсів. Крім того, відомий спосіб включає операцію регулювання частоти зондуючих імпульсів до збігу зондуючих імпульсів з відбитими, формування рівномірної послідовності імпульсів із зондуючих і відбитих імпульсів і визначення вимірюваної затримки імпульсів по формулі 1 tвим = 2 × fз де fз - частота проходження зондуючих імпульсів при співпаданні їх з попередньо відбитими. В цьому способі знижується точність вимірювання затримки із-за похибок у визначенні моментів збігу широких відбитих імпульсів з вузькими зондуючими. В результаті накладання порівнюваних імпульсів і їх інтерференції виникають збої у формуванні чергового зондуючого імпульсу і великі випадкові похибки у визначенні частоти проходження послідовності імпульсів. Візуальна індикація співпадання на екрані осцилографу ускладнює процес автоматизації вимірювань і вимагає високої кваліфікації оператора. Співпадаючі імпульси не мають чітких фронтів, що також знижує достовірність вимірювань. В основу корисної моделі покладена задача створити такий спосіб вимірювання затримки електричних імпульсів, в якому шляхом введення нових операцій з імпульсними сигналами досягалося би виключення впливу співпадіння відбитих і зондуючи х імпульсів на результат вимірювання частоти інших не співпадаючих імпульсів, а нова розрахункова формула дозволила б визначати затримку по не співпадаючим імпульсам, що забезпечує підвищення точності вимірювання затримки електричних імпульсів. Поставлена задача досягається тим, що в способі вимірювання затримки електричних імпульсів, при якому подають послідовно із затримкою зондуючі імпульси на об'єкт, приймають на вході об'єкту зондуючі і відбиті імпульси, регулюють частоти проходження імпульсів і визначають затримку імпульсів, згідно з корисною моделлю, після прийняття зондуючих імпульсів на вході об'єкту їх блокують в послідовності імпульсів, отримують додатковий перевідбитий імпульс, порівнюють часові інтервали між першим відбитим і першим перевідбитим імпульсами та між першим перевідбитим і другим відбтим імпульсами, регулювання частоти проходження зондуючи імпульсів здійснюють до вирівнювання часових інтервалів, що порівнюються, вимірюють її, а затримку імпульсів визначають за формулою: 4 1 tвим = 4 × f0 де f0 - частота проходження перших відбитих імпульсів при збігу др уги х перевідбитих імпульсів із зондуючими імпульсами. Саме введення в спосіб вимірювання затримки електричних імпульсів таких нових операцій, як блокування в послідовності імпульсів, що приймається, зондуючих імпульсів, порівняння часового інтервалу між першим відбитим імпульсом і другим перевідбитим імпульсом з часовим інтервалом між другим перевідбитим імпульсом і подальшим першим відбитим імпульсом виключає ефект накладання зондуючих імпульсів на перші відбиті імпульси. Регулювання частоти проходження зондуючих імпульсів до вирівнювання інтервалів, що порівнюються, приводить до збігу у часі зондуючих імпульсів з другими перевідбитими імпульсами. Але схемотехнічне блокування зондуючих імпульсів в послідовності імпульсів, що приймається, обумовлює блокування і других перевідбитих імпульсів. В результаті послідовність імпульсів, що приймається, складається тільки з перших відбитих імпульсів і стає рівномірною, частота проходження імпульсів в якій кратна вимірюваній затримці. Вимірювання частоти проходження рівномірної послідовності неспівпадаючих імпульсів дозволяє з високою точністю вимірювати затримку імпульсів в лініях передачі і інших об'єктах із запізнюванням. На кресленні приведена функціональна схема пристрою, що дозволяє реалізувати запропонований спосіб вимірювання затримки електричних імпульсів. Схема включає генератор імпульсів 1 регульованої частоти, блок часової затримки 2, імпульсний підсилювач потужності 3, імпульсний підсилювач 4, що керується, блок управління 5, формувач імпульсів 6, тригер 7 з рахунковим входом, нуль-індикатор 8, цифровий частотомір 9. Позицією 10 позначений досліджуваний об'єкт у вигляді відрізка електричної лінії передачі, яка не узгоджена по входу і ви ходу. Спосіб здійснюється таким чином. За допомогою генератора імпульсів 1 подають послідовно зондуючі імпульси (відеоімпульси) на об'єкт, які затримуються блоком часової затримки 2 (наприклад, одновібратором) і посилюються імпульсним підсилювачем потужності 3. Підсилені імпульси потрапляють на вхід імпульсного підсилювача 4, що керується, блок управління 5, який підключений безпосередньо до виходу генератора імпульсів 1. Затримка блоку часової затримки 2 вибрана рівною часу спрацювання блоку управління 5. Після часової затримки, на час спрацьовування блоку 5, вихідний сигнал блоку управління 5 поступає на керуючий вхід імпульсного підсилювача 4 і закриває його. Тому, коли затриманий блоком часової затримки 2 і посилений імпульсним підсилювачем потужності 3 відеоімпульс попадає на вхід імпульсного підсилювача 4, що керується, він не проходить на його вихід. Час блокування імпульсного підсилювача 4, що керується, вибирають більшим 5 37846 тривалості самого відеоімпульсу і часу затримки імпульсного підсилювача потужності 3. Таким чином, вхідні відеоімпульси, якими зондують досліджувану лінію 10, не проходять на імпульсний підсилювач 4. Зондуючі імпульси поступають в неузгоджену лінію 10 і відбиваються від її входу, але не проходять крізь закритий імпульсний підсилювач 4, що керується, при цьому відбувається прийняття на вході об'єкту зондуючи х і відбити х імпульсів. Відбиті імпульси від кінця неузгодженої лінії поступають на вхід імпульсного підсилювача 4, що керується, коли він вже відкритий. З прийнятих відбитих імпульсів, які розширені із-за реактивних параметрів і електричних втрат в досліджуваній лінії 10, формувачем імпульсів 6 створюються короткі імпульси, що поступають на рахунковий вхід тригера 7. Відбитий імпульс у свою чергу відбивається від входу не узгодженої лінії 10, проходить її, відбивається від її кінця і знов повертається на вхід досліджуваної лінії 10 з ослабленою амплітудою. Перевідбитий імпульс посилюється імпульсним підсилювачем 4, що керується, з якого формувачем імпульсів 6 створюється також короткий імпульс, який поступає на вхід тригера 7. Таким чином, в послідовності відеоімпульсів, що поступають, імпульсним підсилювачем 4, що керується, з блоком управління 5, блокуються зондуючі імпульси і пропускаються перший відбитий від кінця лінії 10 імпульс і другий відбитий від входу і перевідбитий від кінця лінії 10 імпульси. Поріг спрацьовування формувача імпульсів 6 встановлюють таким, щоб перевідбиті імпульси, що поступають, з більш ослабленою амплітудою блокувалися б цим формувачем. Короткі відеоімпульси формувача імпульсів 6 перемикають тригер 7 з рахунковим входом з частотою відбитих імпульсів, що поступають на його вхід. На прямому і інверсному виходах тригера 7 з рахунковим входом формуються прямокутні імпульси, амплітуди яких мають різний знак. Довжина імпульсу однієї полярності визначається часовим інтервалом між перемикаючими імпульсами, а тривалість імпульсу іншої полярності - паузою до приходу чергового перемикаючого імпульсу. Нуль-індикатор 8 реагує на різницю тривалості перемикаючих інтервалів і пауз. Регулюють частоту проходження імпульсів генератора 1: зміною співвідношення тривалості перемикаючих інтервалів і пауз між ними можна добитися нульового значення нуль-індикатора. Співвідношення довжини перемикаючих інтервалів залежить від значення затримки в досліджуваному об'єкті і частоти проходження зондуючих імпульсів. Частота проходження перемикаючих імпульсів вимірюється цифровим частотоміром 9, підключеним безпосередньо до виходу формувача імпульсів 6. Якщо зондуючий імпульс, що генерується з частотою f1 , впливає на об'єкт у вигляді відрізка лінії 10 у момент часу t1, то перший відображений від кінця лінії імпульс з'явиться на вході лінії у момент часу: (1) t 2 = t 1 + 2 × t в им, де tвим - вимірювана затримка об'єкту. 6 Другий перевідбитий імпульс з'явиться на вході лінії в момент (2) t 3 = t 2 + 2 × t вим , . Подальші перевідбиті імпульси з'являтимуться через час 2×tвим . Наступний зондуючий імпульс поступає на вхід лінії 10 через період генерування, тобто у момент часу: 1 t 4 = t1 + . (3) f1 Відбиті імпульси від дії наступного зондуючого імпульсу з'являться в наступні моменти часу: (4) t 5 = t 4 + 2 × t вим , (5) t 6 = t 5 + 2 × t вим . На тригер з рахунковим входом 7 будуть впливати імпульси переключення в моменти часу t2 i t3, t5 i t 6 з інтервалом (6) Dt1 = t 3 - t 2 = t 6 - t 5 = 2 × t вим і паузою 1 Dt 2 = - D t1. (7) f1 Порівнюють часові інтервали між першим відбитим і першим перевідбитим імпульсами та між першим перевідбитим і другим відбитим імпульсами. В цьому випадку напруги на прямому і інверсному виходах тригера 7 з рахунковим входом будуть несиметричними з тривалістю D t1 і D t2. Нуль-індикатор 8 зафіксує нерівність середніх значень струмів імпульсів зсувом покажчика з нульової відмітки. Регулюють частоту проходження імпульсів до значення f2, при якій покази нуль-індикатора 8 будуть наближатися до нульової відмітки. Однак при підході до нуля покажчика нульоргану другий перевідбитий імпульс почне співпадати з наступним зондуючим імпульсом. В момент співпадіння імпульсів проходження перевідбитих імпульсів крізь керуємий імпульсний підсилювач 4 зупиниться, оскільки він буде закритий зондуючими імпульсами. Однак на рахунковий вхід тригера 7 продовжують поступати перші перевідбиті імпульси. В момент співпадання зондуючих імпульсів з другими перевідбитими імпульсами перші відбиті імпульси починають слідувати рівномірно з частотою зондуючи імпульсів, що фіксується нульовим покажчиком індикатора 8, що відображає рівномірність в часі перемикаючих імпульсів. Цій умові відповідає рівність інтервалів D t1 і D t2. З рівнянь (6) і (7) виходить 1 - Dt 1 = t 3 - t 2 . (8) f1 Підставляючи у вираз (8) значення (1) і (2), отримаємо 1 - 2 × t вим = 2 × t вим . (9) f1 Із виразу (9) остаточно отримаємо значення вимірюємої затримки 1 . tвим = (10) 4 × f2 7 37846 Рівняння (10) означає, що другі перевідбиті імпульси в часі співпадають з подальшими зондуючими імпульсами і на вихід керуємого імпульсного підсилювача 4 не поступають, оскільки на час дії зондуючого імпульсу він закритий. Проходять тільки перші відбиті від кінця лінії 10 імпульси, які утворюють рівномірну послідовність імпульсів, що перемикають тригер з рахунковим входом 7 з періодом повторення (11) Dt3=4×tвим . Вплив всіх подальших перевідбитих імпульсів також припиняється, оскільки вони поступають в моменти, коли керуємий імпульсний підсилювач 4 заблокований із-за збігу в часі з первинними зондуючими імпульсами. При порушенні рівняння (11) на вході імпульсного підсилювача 4 знову з'являються другі перевідбиті імпульси, які не співпадають із зондуючими імпульсами, а нульове значення індикатора 8 порушується. У запропонованому способі зондуючі імпульси не співпадають з першими найбільш потужними відбитими імпульсами, що і забезпечує стабільну роботу схеми формування зондуючих і відбитих імпульсів, а також надійну роботу цифрового частотоміра. Частота проходження перших відображених імпульсів, яка вимірюється цифровим частотоміром, визначається згідно (11) виразом 1 f0 = (12) 4 × t в им Комп’ютерна в ерстка С.Литв иненко 8 Таким чином, по зміряній частоті f0 перемикаючих імпульсів і формулі (12) визначають вимірювану затримку. Оскільки на сьогоднішній день цифрові частотоміри є найбільш точними вимірювальними приладами (відносна похибка 10-8-10-9), то і час затримки вимірюється з високою точністю. Відсутність збігів імпульсів знижує вимоги до малого загасання зондуючих імпульсів в об'єкті, що випробовується, оскільки відпадає необхідність в порівнянні падаючих і відбитих імпульсів з різними амплітудами і фронтами. Використання запропонованого способу в електричних лініях і в системах цифрової обробки інформації дозволяє: - об'єктивно оцінювати швидкодію ліній передачі і цифрових перетворюючих пристроїв за показаннями стандартних цифрових частотомірів; - підвищити стабільність роботи цифрових частотомірів за рахунок виключення накладання зондуючи х імпульсів на перші відбиті імпульси, які безпосередньо впливають на вхід часто томіра; - розширити діапазон вимірюваних затримок шляхом вибору оптимальних меж вимірювання частоти в електронно-обчислювальному частотомірі та встановлення максимального часу усереднювання при вимірюванні малих затримок; - повністю автоматизувати процес вимірювання часу запізнювання в електричних лініях при управлінні частотою імпульсного генератора нульорганом слідкуючої системи, що підключена до виходу тригера з рахунковим входом. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601