Измеритель временных интервалов Советский патент 1983 года по МПК G04F10/04 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения периодических интервалов времени с высокой точностью. Известен измеритель временных интервалов между характерными точками двух сдвинутых по времени сигналов, содержащий первый и второй формирователи с подключенным к их выходам триггером и последовательно соединенные генератор образцовой частоты и элемент совпадений, подключенный вторым входом к выходу триггера, а выходом - к делителю частоты, выполняющему функции счетчика с индикацией 1. Недостатком такого измерителя является ограниченный снизу диапазон измеряемых временных интервалов. Известен измеритель интервалов времени, который содержит управляемый триггер, на входы которого поступают предварительно сформированные из входных сигналов стартовые и стоповые импульсы, причем стоповые импульсы подаются непосредственно, а стартовые через элемент И, управ ляемый триггером пуска, соединенным через счетчик числа измерений с выходом управляющего триггера, который соединен с блоком квантования временных интервалов, включающим блок элементов И и соединенные с ним фазосдвигающую цепочку, регистр и элемент ИЛИ, к выходу через второй элемент И, также соединенный с выходом управляющего триггера, подключен счетчик 2. Недостатком данного устройства является ограниченная длительность минимального измеряемого интервала времени, обусловленная конечной разреЩающей способностью управляющего триггера. Наиболее близки.м к изобретению является измеритель временных интервалов, задаваемых двумя сдвинутыми во времени периодически следующими входными сигналами, содержащий первый и второй формирователи импульсов, выход второго формирователя импульсов подключен к входу времязадающего блока, выход которого соединен с первым входом элемента совпадения и с первым входом блока автоматики, первый выход которого подключен к управляющему входу времязадающего блока, второй вход элемента совпадения соединен с выходом блока квантования, первый вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, а второй вход соединен с выходом установочного триггера, а выход элемента совпадения подключен к входу счетчика 3. Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения малых временных интервалов, соизмеримых с разрешающей способностью установочного триггера. При этом возможны сбои триггера, приводящие к грубым погрешностям измерения и ограничивающие снизу диапазон измеряемых временных интервалов. Область грубых погрешностей суо ественно расширяется по мере уменьшения соотношения сигнал /щум. Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых интервалов вре.мени в сторону малых значений. Указанная цель достигается тем, что в измеритель временных интервалов, содержащий первый и второй формирователи импульсов, выход второго формирователя импульсов подключен к входу времязадающего блока, выход которого соединен с первым входом основного элемента совпадения и с первым входом «блока автоматики, первый выход которого подключен к управляющему входу врямязадающего блока, второй вход основного элемента совпадения соединен с выходом основного блока квантования, первый вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, а второй вход соединен с выходом основного установочного триггера, а выход основного элемента совпадения подключен к входу основного счетчика, дополнительно введены два триггера, установочный триггер, три формирователя импульсов, блок квантования, элемент совпадения, счетчик и арифметический блок, причем выход первого формирователя импульсов подключен через последовательно соединенные первый триггер, первый дополнительный формирователь импульсов, второй, дополнительный формирователь импульсов, дополнительный блок квантования, дополнительный элемент совпадения и дополнительный счетчик к первому входу арифметического блока, а выход второго формирователя импульсов подключен через последовательно соединенные второй триггер и третий дополнительный формирователь импульсов к первому входу генератора счетных импульсов, второй вход которого подключен к второму выходу первого дополнительного формирователя импульсов, второй -выход третьего дополнительного формирователя импульсов соединен с вторым входом второго дополнительного формирователя импульсов, выход первого триггера через дополнительный установочный триггер соединен с вторым входом второго триггера, второй вход дополнительного установочного триггера подключен к выходу времязадающего блока и к второму входу дополнительного элемента совпадения, при этом выход основного установочного триггера соединен с вторым входом дополнительного блока квантования, выход основного счетчика соединен с вторым входом арифметического блока, третий вход которого подключен к второму выходу блок автоматики, второйвход которого соединен с входом времязадающего блока.

На фиг. 1 приведена структурная схема измерителя временных интервалов; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Измеритель содержит формирователи 1 и 2 импульсов, триггеры 3 и 4, дополнительные формирователи 5-7 импульсов, генератор 8 счетных импульсов, блоки 9 и 10 квантования, элементы 11 и 12 совпадения, счетчики 13 и 14, арифметический блок 15, установочные триггеры 16 и 17, блок 18 автоматики и времязадающий блок 19.

Измеритель временных интервалов работает следующим образом.Периодически следующие входные сигналы с периодом Т поступают на входы формирователей 1 и 2. С помощью формирователей 1 и 2 они преобразуются в импульсные последовательности с перепадами уровней, соответствующими потенциалам логического «О и «1 (фиг. 2 а, б). Задержка между сигналами и соответствует измеряемому временному интервалу, триггеры 3 и 4 представляют собой счетные триггеры. Начальная установка состояния триггера

4осуществляется в паузе между измерениями с помощью формирователя 7 импульсов, выход которого подключен к входу управления триггера 4 (фиг. в). Выходной импульс формирователя 7 импульсов,задержанный на Тс, устанавливает триггер 4 (фиг. 2д) в состояние, противофазное состоянию триггера 3 (фиг. 2 г). Формирователи

5и 6 импульсов представляют собой формирователи коротких импульсов, привязанных к передним (первые выходы) и задним фронтам (вторые выходы) импульсных последовательностей первого 3 и второго 4 триггеров. Указанные формирователи могут представлять собой и элементы совпадения для осуществления сквозного переноса, при этом они должны быть снабжены вторыми входами, подключенными к выходу формирователей 1 и 2 (на фиг. 1 показано пунктиром). Установочные триггеры 17 и 16 под действием поступающих на их входы импульсов с формирователей 5 и 6 импульсов переключаются (фиг. 2 к, л). Длительность формируемых ими импульсов не может быть меньще tc и соответствует при t

„ + , а при . Тс выбирается в соответствии с неравенством fp мин, (где tf - разрещающее время установочных триггеров; Тмин - минимально возможный период следования интервалов.

Таким образом, для нормального функционирования установочных триггеров 16 и 17 величину ic нужно выбирать, исходя из длительности запускающих установочные триггеры импульсов и их быстродействия. Импульс начальной установки может формироваться по заднему перепаду входных сигналов измерителя при условии, 4to длительность сигналов удовлетворяет условию, которое накладывается на величину 1с. . В этом случае формирователь 7 импульсов представляет собой элемент совпадения, дополнительный вход которого подключается к формирователю 1 (на фиг. 1 не показано).

В блоке 9 квантования производится заполнение сформированных временных интервалов импульсами высокой частоты. Полученные таким образом пачки счетных импульсов поступают на элемент 11 совпадения, подключенный к счетчику 13. На второй вход элемента 11 совпадения подается импульс времени измерения, формируемый времязадающий блоком 19 (фиг. 2е). Начало времени измерения задается блоком 18 автоматики синхронно.с сигналом формирователя 2 устройства. Импульс, формируемый на первом выходе блока 18 автоматики, поступает на вход управления времязадающего бл.ока 19, с этого момента он начинает счет периодов входного сигнала, счетчик 13 - подсчет импульсов с выхода элемента 11 совпадения Nt, а дополнительный счетчик 14 - подсчет импульсов, соответствующих коду Nt. После регистрации времязадающим блоком 19 определенного числа N периодов входного сигнала цикл измерения заверщается. Блок 18 автоматики запускает арифметический блок 15. Арифметический блок 15 анализирует состояние счетчиков 13 и 14. При алгоритм его работы определяется выражением Ти (NT- NT)/ N, а при соответствует Ти (Nt)/N.

Таким образом, благодаря введению новых элементов и связей обеспечивается возможность измерения сколь угодно малых временных интервалов, не ограничиваемых снизу разрещающей способностью установочного триггера, при этом повышается точность измерения за счет исключения грубых погрещностей, обусловленных сбоями установочного триггера, особенно при малых соотношениях сигнал /щум, когда область грубых погрещностей за счет флуктуации временного положения стартовых и стоповых импульсов существенно расщиряется.

ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ,.содержащий первый и второй формирователи импульсов,выход второго формирователя импульсов подключен к входу времяэадающего блока, выход которого соединен с первым входом основного элемента совпадения и с первым входом блока автоматики, первый выход которого подключен к управляющему входу времязадающего блока, второй вход основного элемента совпадения соединен с выходом основного блока квантования, первый вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, а второй вход соединен с выходом основного установочного триггера, а выход основного элемента совпадегия подключен к входу основного счетчика, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых интервалов времени, в него дополнительно введены два триггера, установочный триггер, три формирователя импульсов, блок квантования, элемент совпадения, счетчик и арифметический блок, причем выход первого формирователя импульсов подключен через последовательно соединенные первый триггер, первый дополнительный формирователь импульсов, второй дополнительный формирователь импульсов, дополнительный блок квантования, дополнительный элемент совпадения и дополнительный счетчик к первому входу арифметического блока, а выход второго формирователя импульсов подключен через последовательно соединенные второй триггер и третий дополнительный формирователь импульсов к первому входу генератора счетных им пульсов, второй вход которого подключен к второму выходу пер(Л вого дополнительного формирователя импульсов, второй выход третьего дополнительного формирователя импульсов соединен с вторым входом второго дополнительного формирователя импульсов, выход первого триггера через дополнительный установочный триггер соединен с вторым входом второго триггера, второй вход дополни01 тельного установочного триггера, подключен к выходу времязадающего блока и к второму 4 входу дополнительного элемента совпадесх го ю ния, при этом выход основного установочного триггера соединен со вторым входом дополнительного блока квантования, выход основного счетчика соединен с вторым входом арифметического блока, третий вход которого подключен к второму выходу блока автоматики, второй вход которого соединен с входом времязадающего блока.