Способ измерения малых интервалов времени Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

Tira-i

uT

:л j

30

yi

/J

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ, основанный/ на исл . пользовании вспомЬ атедьного - риодичёского сигнЕша, оэ л и чающий с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, формируют из непрерывного вспомогательного периодического сигнала сдвинутый по фазе на 90 сигнал, запоминают и определяют значе- i ния вспомогательного и сдвинутого ; сигналов в моменты времени, соотввтствуюпще начсшу и концу измеряемого интервала времени, вычисляют значения фазы вспомогательного сигнала, соответствуюи ие згшомненным значениям вспомогательного и сдвинутого сигналов, и по разности вычисленных значений фазы вспомогательного сигнала определяют значение измеряемогр интервала времени.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании измерителей однократных и периодических наносекундных временных интервалов.

Известен способ измерения временных интервалов путем прямого счета, в соответствии с которым измеряемый интервал времени квантуется в реальном масштабе времени последователь.ностью счетных импульсов 1 . .

Недостатками указанного способа являются низкая разрешающая способность и точность измерения интервалов времени, ограниченная значением периода счетных импульсов.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является верньерный радиочастотный способ измерения интервалов времени, ., при котором возбуждают два источника вспомогательных колебаний с близкими значениями частот в моменты времени, соответствующие началу и концу измеряемого интервала времени, формируют суммарный сигнал путем смешивания возбуждаегдых колебаний и измеряют интервал времени между стартовьйМ импульсом и моментом времени, при котором фаза огибающей суммарного сигнсьп достигнет нулевого значения 2.

Одна1 о указанный способ характеризуется недостаточно высоким быстродействием и низкой точностью измерения наносекундных интервалов време1ни.

Цель изобретения - повышение быст Содействия и точности измерения наносекундных интервалов времени.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу измерения малых наносекундных интервалов времени, основанному на использовании вспомогательного периодического сигнала,, сдвинутый по фазе на 90° сигнал, запоминают и определяют значения вспомогательного и сдвинутого сигналов в моменты времени, соответствующие началу -и концу измеряемого интервала времени, вычисляют значения фазы вспомогательного сигнала, соответствующие запомненным значениям вспомогательного и сдвинутого сигна- лов, и по разности вычисленньлх значений фазы вспомогательного сигнала определяют значение измеряемого интервала времени.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ.

Сущность способа заключается в том, что значению измеряемого интервала времени определяют как часть из вестного значения периода непрерывного высокостабильного вспомогатель ного сигнала.

Для этого формируют непрерывный ,высокостабильный периодический сигнал, а также сигнал, находящийся с ним в квадратуре, запоминают и опре деляют их мгновенные значения в моменты времени, соответствующие началу и концу измеряемого интервала времени. По запомненныгл мгновенным значениям квадратурных сигнешов вычисляют соответствующие им значения фазы вспомогательного сигнала в указанные моменты времени. При значении длительности измеряемого интервала времени, не превышающем значения периода вспомогательного сигнала, вычисленная разность значений фазы

.вспомогательного сигнгша однозначно соответствует значению измеряемого интервала времени

tx-.T,

где ср,, и - значения фазы вспомогательного сигнала в моменты времени , соответствующие началу и концу измеряемого интервала времени)

Т-- значение периода вспомогател

ного сигнала.

Способ позволяет реализовать более высокое быстродействие по сравнению с известным способом благодаря использовг1нию для измерения одного периода сформированного сигнала. Вре мя измерения интервала времени соста ляет..

4- гтл.Т

макс ОБР )

где Т - период вспомогательного сигн ла;

- время обработки, необходиOBfмое для определения запомненных значений сигналов, вычиОления значений фазы вспомогательного сигнала и.разности значений фаз вспомогательного сигнала.

Время обработки можно сделать не превышающим нескольких десятков наносекунд, так как операции определения запомненных значений сигналов и .вычисления-значений фазы вспомогательного сигнала могут быть выполнены устройствами параллельного сравнения, имеющими один такт рабо-ты. . .

Запоминание мгновенных значений ;квадратурных сигналов в способе из мерения малых интервалов времени может быть осуществлено с высокой точностью в динамическом диапазоне от милливольт до вольт при значениях частоты вспомогательного и дополнит-ельного сигналов, достигающих единиц гигагерц аналоговыми запоминающими устройствами, например, используемым для стробоскопического преобразования частоты. При этом выборки квадратурных сигналов могут быть произведены в течение интервала времени J 0,1 не. Операция определения запомненных значений квадратурных сигналов может быть осуществлена аналого-цифровыми преобразователями с погрешностью, меньшей 0,1%. Операции вычисления значения фазы вспомогательного сигнала по запомненным мгновенным значениям его . квадратурных составляющих и вычитания вычисленных значений фазы вспомогательного сигнгша могут быть осуществлены цифровыми устройствами с высокой точностью, соответствующей . точности аналого-цифровых преобразователей. сдвиг квадратурных сигналов может быть обеспечен фазовращателем на фиксированной частоте с погрешностью, не превышающей сотых долей градуса. При реальных значениях погрешнос тей запоминания и определения мгновенных значений квадратурных сигналов возможно вычисление по ним значения фазы сигнала с погрешностью fttf 0,1°. Это позволяет измерять интервалы времени при длительности периода вспомогательного сигнала, например, не ( f 100 МГц)) согласно (1) с основной погрешностью f ict. 3600 °; Устройство содержит высокостабиль ный генератор 1, подключенный к ана-логовым запоминающим блокам 2 и 3 непосредственно, а к аналого-запоминающим блока1М 4 и 5 через фазовращатель 6 - аналюго-Ц11фровые преобразователи (АЦП)- 7-10, входа которых под клю«ены к выходам аналоговых запоминающих блоков 4, 2, 3 и 5 соответственно, а выходы АЦП 7 и -8 подключе 1Ы к входам вычислителя 11 функции арктангенса, выходы АЦП 9 и 10 подключены к. входаи вычислителя 12 функ дии арктангенса. Выходы вычислителей 11 и 12 функций, арктангенса подключе ны к арктангенсному блоку 13, а вхо ды аналоговых запоминающих блоков 2 и 4 подключены к первому входу устройства, к второму, входу которого подключены аналоговые запоминающие блоки 3 и 5. Выходной синусоидальный вспомогательный сигнал высокостабш:ьного генератора 1 поступает на входы анаУ логовых запоминающих блоков 2 и 3 непосредственно, а входы аналоговых зaпoмIIiнaющиx блоков . 4 и 5 черезфазовращатель 6, вносящий фазовый сдвиг и формирующий таким образом квадратурный сигнал, необходимый для однозначного определения фазы вспомогательного сигнала в пределах O-2i. В моменты прихода стар.овых импульсов на управляющие входы аналоговых запоминающих блоков 2 и 4 и стоповых импульсов на управляющие входы аналоговых зaпo шнaющих блоков 3 и 5 в них осуществляется запоминание мгновенных значений непрерывных синусоидальных квадратурных сигналов. Запомненные-значения квадратурных сигналов преобразуются аналого-цифровыми преобразователями 7-10 в соответствующие им цифровые коды, которые поступают на входы вычислителей функций арктангенса 11 и 12. &лчислители функций арктангенса определяют значения фазы вспомогательного сигнала в мЪмен ты времени, соответствующие приходу стартовых и стоповых импульсов на управляющие входы аналоговых запоминающих устройств. Арифметический блок 13 вычисляет разность значений фазы вспомогательного сигнала, вычисленных -вычислителями функций арктангенса. Для интервалов времени, не превыщающих длительности периода вспомогательного сигнала, значение разности, вычисленное арифметическим, блоком 13, согласно (1) соответствует измеряемому интервалу времени. Предлагаемый способ измерения интервалов времени по сравнению со стробоскопическим осциллографом об-. ладает более высоким быстродействием, так как время измерения и регистрации результата измерения с помощью осциллографа составляет 5-10 с, а предлагаемый способ позволяет производить измерение и регистрацию результата измерения за время, меньшее 5 МКС.