Устройство для измерения флуктуирующих временных интервалов Советский патент 1983 года по МПК G04F10/00 G01R23/00 

р &пения рециркулятора и к выходу элемента вычитания соеаинен с вхоаоммнЪгового дополнительного триггера, выходканапьно одискримстштора плительности.

1056128

I. Изобретение относится к импульсной тезшике. Известно устройство для непрерывног измерения периода следования и лпульсов содержащее счетчик, генератор эталонной частоты, два элемента совпадения, жд5«щий мультивибратор, триггер и регистр сдвига, выход которого подключен к одному из входов первого элемента совпад ния и через ждущий мультивибратор к входу счетчика, а через триггер и второй элемент совпадения, второй вход которой подключен к выходу генератора эталонной частоты, соединен с первым входом регистра сдвига, вторым входом связанного с вторым входом триггера l . Недостатком этого устройства являются отсутствие возможности измерения флюктуирующих временных интервалов, низкая точность и быстродействие за счет усреднения результатов измерения временных интервалов, отсутствие во; можности измерения длительности имгпупьсов, а также сложность изготовления высокостабильного генератора эталонной частоты.. Наиболее близким по технической сущ ности к изобретению является устройство для измерения флюктуации временнь1Х интервалов, содержащее два измерительных канала, первый из которых состоит из последовательно включенных ограничителей по верхнему и нижнему уровням, дифференциального трансформатора и усилителя-ограничителя, а второй - из ограничителей по верхнему и нижнему уро&ням, дифференциального трансформатора, вк/йоченных последовательно. И, усилителя-ограничителя, триггер, один вход которого соединен с выходом усилителяограничителя второго измерителшого канала, первую регулируемую линию задержки, вход которой соединен с выходом усилитепй-ограничигеля первого иэмерительного канала, вторую регулируемую линию задержки, вход соеди нен с выходом триггера, два переключа, теля, многоканальный дискриминатор-. длительности, содержащий секционированную линию задержки и N блоков формиро вания, каждый из которых состоит из последовательно включенных сумматора, . ограничителя и выходного каскада, выход которого соединен с выходом дискримина1Х)ра длительности, причем выход секционированной линии задержки соединен с вторым входом дискриминатора длительности, первый вход которого подключен к первым входам всех сумматоров, вторые входы которых подключены к выходам секционированной линии задержки и счетчик импульсов, входы которого соединены с выходами дискриминатора длительности, дополнительный вход которого через вторую регулируемую линию задержки соединен с выходом тригг.ера, второй вход которого через первый переключатель соединен с выходом усвдгател -ограничителя первого измерительного канала и выходом первой регулируемой линии задержки, а вход усил тел5 -ограничителя второго измерительного канала через второй переключатель с соответствующими выходами обоих ференциальных трансформаторов 2 }, Однако диапазон работы этого ycivройства ограничен. Оно .обеспечивает измерение флюктуации временных инт валов, максимальная длительность которых не превышает времени задержки используемой регулируемой линии задерЖч ки, и не обеспечивает измерения дл11тельностй флюктуирующих временных интервалов. Целью изобретения явля&гся расширение функциональных возможностей устройства при одновременном повышении быстродействия за счет обеспечения возможности измерения различных временных интервалов. Поставленная цель достигается Тем, что в устройство, содержащее два вам&рительнь1Х канала, первый из котсрых состоит иа последовательно вкл1йченных ((цвтелей по верхнему я нижнему уровням, дифференциального трансформатора и yoилитeл -oгpaничитeпя, а второй - из последовательно соедие1шных ограничителей по верхнему и нижнему уровням и дифференциального трансфс матора, а также усилителя-ограничителя, триггер, первый и второй входы которого . соединены соответственно с выходами усилителе ЬОграничителей первого и второго измерительных каналов, линию , многоканальнь1й дискриминатор длительности, содержащий секционированную линию задержки и N блоков формирования, каждый из которых состоит из последовательно включенных суммат фа, ограничителя и выходного каскада, ,ш 1ходы каждого из которых соединены с соответствующими выходами многоканаль ного дискриминатора длительности вход секционированной линии задёржки соединен с входом многоканального дискриминатора длительности и подключен к первым входам всех сумматоров блоков фсфмирования, вторые входы которых подключены к соответствующим вьюодам секционированной линии задержки, и счет чик импульсов, входы которого соедин яы с выходами многоканального дискримннатсфа длительности, причем вход усил . тела-ограничителя второго измерительно го канала соединен через переключатель с и вторым выходами обоих ди нференцвалвных трансформатс ов соответст венно втсфого и первого измерительных каналов, в него дополнительно введены элемент вычит ия, два триггера, элемет совпадения и рециркулятор, сЬстоящий иа последовательно включенных линии заi держки и усилителя, второй вход которого подключен, к выходу триггера управления, первый вход которого соепннш с входом линии задержки и первым кдходом усилителя рецвркулятс а, хфичем. первый вход элемента совпадення соединен с-вьн ходом триггера, второй вход элемента совпадения соединен с первым выходом усилителя рециркулятора, а шлход элемента совпадения соединен с управляющи входом счетчика импульсов, второй выход усилителя рециркулятора подключен к п вому входу первого дополнительного трш гера, второй вход которсач соединен с вторым входом триггера, первым входом второго дополнительнсяо триггера непосредственно и через линию задержки с воорым ахоряы второго дополнительного триггера, выхоа которого подключен к входу элемента вычвтсшия, второй вход которого подключен к второму входу триггера управления рециркулятора и к выходу первого дополнительного триггера, выход элемента вычитания соединен с входом многоканального дискриминатора длительности. На чертеже представлена функциональг ная схема устройства для измерения фпюргуирующих временных интервалов. Устройство содержит два измерительных канала 1,2, каждый из которых состоит из последовательно включенных ограничителя по верхнему уровню, ограничителя 4 по нижнему уровню, дифференциального трансформатора 5 и ус лителя-ограничителя 6, а также, трипг 7, элемент совпадения 8, счетчик импульсов 9, рециркулятор 10, в который вход5гг линии задержки 11, усилитель 12 и триггер .13 ухфавления, два дополнительных триггера 14, 15, линию задержки 16, элемент вычитания. 17 и многоканальный дискриминатор длительности 18, включающий в себя секционированную линию задержки 19, N блоков 2О формирования, каждый из которых включает сумматор 21, ограничитель 22 и выходок ной каскад 23, переключатель 24, входные шины 25. и 26, причем два измерительных канала 1 и 2 упервый из которых состоит из последовательно включенных ограничителей по верхнему 3 и нижнему 4 уровням, дифференциального траноформатора 5 и усилитель-ограничителя 6, триггер 7, входы которого раздельно соединены с выходами усилителе отрсьничителей 6 первого и второго измер ьтельных каналов, лшгаю задержки 11, вход котсфой соединен, с выходом усилителя-ограничителя 6 первого измерительного канала, многоканальный дискр минатор длительности 18, содержащий секционированную линию задержки 19 в N блоков 20 фсфмирования, каждый из которых состоит из последовательно вклк ченных сумматора 21, жран{1чителя 22 и выходного каскада 23, выходы формирователя соединены с выходами дис1ф1Уминатора длительности хфичем вход секционированной линии 19 задержки соедпн яен с входом дискриминатора длительности 18 в подключен к первым входам всех суммвторое 21, втqpыe входы которых подключены к выходам сетионированной линии задержки 19, переключатель 24 в счетчик импульсов 9, входы котсфого соединены с выходами дискриминатора длительности 18, причем вход усвлвтеля-ограничителя 6 второго изме10{ ительного канала 2 соединен через переключатель 24- с соответствующими выходами обоих дифференциальных трансформаторов 5, элемент совпадения 8, один вход которого соединен с выходом триггера 7, рециркулятор 10, содержа ший усилитель 12 и триггер управления 13, при этом вход усилителя 12 соединен с одним входом триггера утн равления 13, а выход усилителя 12 замкнут со вторым входом элемента сов падения 8, выход которого соединен с дополнительным входом счетчика и пульсов 9, два дополнительных триггера 14 и 15, первые входы которых сое- динены с выходом усилител5 -ограничителя 6 второго измерительного канала 2 а второй вход первого дополнительного триггера 14 с вторым выходом Vcилителя 12 рециркулятора 10, второй вход триггера управления 13 которого соединен с выходом первого дополнительного триггера 14, между первым и вторым входами второго дополнительного триг- гера 15 включена дополнительная линия задержки 16, а между первым дополнительным триггером 14 и многоканальным дискриминатором длительности 18 включен элемент вычитания 17 к вторО му входу которого подключен выход ВТОрого дополнительного триггера 15. Время вьщержки линий задержки 11, 16,19 одинаковое. Принцип работы устройства заключаео ся в следующем.. Временные интервалы в импульсной последовательности, длительность которых () необходимо измерить на заданном уровне, подаются с шин 25 и 26 на вход ограничителей 3, Ограниченные до заданного уровня импульсы подаются на ограничители 4. Уровень ограничения снизу выбирается таким, чтобы на выход ограничителя 4 получались практически поямоуголь ные импульсы с длительностью равной длительности входных импульсов на-аада1шом уровне измерения. Эти импульсы подаются на трансформаторы 5 с двумя вторичными обмотками, с которых снимаются разнополярные импульсы. Импульсы с первой выходной обмотки :- трансформатора 5 подаются на усилитепьорраничитель 6 первого измерительного к нала 1, с помощью которого вьщеляется импульс, соответствующий переднему фронту импульса измеряемого времейного интервала. Этот импульс поступает на вход триггера 7, опрокидывая его в новое устойчивое состояние и на вход 28ft усилителя 12 рециркулягтора 10 через линию задержки 11. Этот же импульс поступает на разрешающий вход триггера управ-пения 13 рециркулятора 10, оп- рокидывая его в новое устойчивое состочние. Разрешающее напряжение с выхода триггера 13 обеспечивает отпирание усилителя 12, на вход которого поступает задержанный импульс переднего фронта измеряемого временного интервала. Усиленный усилителем 12 этот импульс подается на вход элемента совпадения 8 и через линию. задержки 11 вновь поступает на вход усилителя 12. Таким образом на выходе р&циркулятора 1О появляются импульсы с периодичностью, определяемой линией задержки 11, С выхода рециркулятора Ю эти импульсы поступают на вход элемента совпадения 8 и на первый вход первого дополнительного триггера 14, Импульсное напряжение с второй обмотки трансформатора 5 канала 1 (обратной полярности) подае.тся через перекпюча- / V тель 24 на усилитель-ограничитель 6 второго измерительного канала 2, с помощью которого вьщеляются импульсы обратной полярности, соответствующие заднему фронту импульса (либо переднему фронту импульсной последовательнооти в зависимости от положения переклк чателя 24), Эти импульсы поступают на второй .вход триггера 7, опрокидывая его в исходное состояние. Сформированный триггером 7 импульс, длительность которого равна длительности измеряемого временного интервала, подаются на разрешающий вход элемента совпадения 8, на выходе которого появляются ил-шуль- . сы с дискретностью во времени лГр , количество которых прямо пропорционально длительности измеряемого временного интервала, длительность которого, с погрешностью, не превышающей периода рециркуляции, определяется выражением t-p -IP Пр , где Пр- количество импульсов на выходе элемента совпадения 8, определяемое длительностью импульса, сформирова него триггером 7 (равного длительнооти измеряемого временного интервала), количество которых считается счетч ком 9 на дополнительном его входе. С дополнительного выхода усилителя-ограничителя второго измерительного канала 2 импульсы, соответствующие задйему фронту измеряемого времевного йитервала, поступают на второй вход 71О первого дополнительного триггера 14, опрокидывая его в новое устойчивое состояние. Очередной импульс с выхода рециркулятора Ю возвращает триггер 14 в исходное состояние. Таким образом, на выходе первого дополнительного триггера 14 вьщеляются импульсы длительность которых соответствует ра& ности между периолом повторения рециркулятора 1О и погреиностью измерения временного интервала, не превышающей afp. С выхода триггера 14 этот импуль роступаэт на один из входов элемента вычитания 17 И на второй вход триггера управления 13 рециркулятора 1О, возвращая его в исходное состояние. С в хода тригг а 13 на вход усилителя 12 поступает напряжение запирания и усилитель 12 прекращает вьшавать считываемые счетчиком 9 импульсы. С дополнительного выхода усилител -ограничителя 6 второго измерительного канала 2 , соответствующие заднему 4ронту измеряемого временного интервала, поступают на один вход второго дополнительного трйггфа 15, опроющы вая его в новое устойчивое состояние, в на вход линии задержки 16 с временем .(зшержки равным периоду рециркуляции. С выхода линии .,Н|адержки 16, задер-( жанный . на равный периоду рециркуляции лCjs,импульс поступает на втсфой вход jBToporo дополнительного триггера 15, возвращая его в исходное состояние. Таким офазом, на выходе триггера 15 формируется импульс с длительностью, равной рециркуляции но сдвинутый относительно его на время соответствующее погрешности измерения временного интервала с помощью реищ кулятора Ю. Сформщ}ованный триггером 15 импульс поступает на второй вход элемента вычитания 17, на выходе которого по5шляется импущ с, соответствующий погрешности измерения временного интервала с помоанью измерительной схемы, состоящей ид рециркулято- . ра Ю, фригг а 7, элемента совпаде; ния 8 и счетчива 9| т.е. разности меярду длительностью периода рецщжулшиил и временным интервало , дополняющим ясгрешность измерения до полного пеуаи да решфкуляции. Полученный на выхоле элемента вычшанвя 17 вмпупьс посту. пает на вход многоканального дискримииатсра длительности 18, особенностью которого является то, что в нем используе ся многосе1дшоннаялиния 19 28 с сукпларным временем задержки, равным периоду работы рещфкулятора 10. Задержанный последовательно на время At,(i-n) .i; й-с-...-, JN-1I loro из п, выходов линии импульс 1 вступает на второй вход задержки сумматора 21 своего блока 2О формирования, В результате на выходах сумматора 21 появятся укороченные ик пульсы с дискретностью во времени количество которых прямо пропорционально длительности измеряемого временного интервала бшибки, длительность которого определяется выражением 4t32 if где Пц- количество импульсов на выходе многоканального дис1фиминатора 18, определяемое величиной измеряемого интервала ошибки (при максимальном значении этого интервала оно равно количеству секций линии задержки 19). Укороченные импульсы с выходов сумматоров 21 поступают на входы своих oi раничителей 22, с выходов которых количество импульсов считывается счетчик ом 9. Абсолютное значение длительности измеряемого временного интервала определяется суммой Югд . Рассмотренный пример .характеризует работу измерителя при измерении флюктуирующих по времени длительностей импульсов. Измерение других временных интервалов (периода повторения) обеспечивается за счет выбора положения переключателя 24. Измерение флюктуации временных интервалов является частным случаем работы измерителя и обеспечивается за счет обработки результатов поимпульсного измерения. Использование рециркулягс а Ю и элемента совпадения В при указанном их подключении обеспечивает автоматизированное измерение временных интервалов любой длительности. Введение, двух дополнительных триггеров 14,15 и элемента вычитания 17 при соответствующем подключении позволяет осуществить поикг- пульсное измерение временных интервалов с погрешностью, не превьпиающей емени задержки одной секции линии задержки 19, т.е. . 32, что 1ФИ наличии линий задержки с секциями, обеспечивающими задержку на единицы наносекунд позволяет измерять любые временные интервалы с точностью до единиц наносекунд.