Измеритель временных интервалов Советский патент 1984 года по МПК G04F10/04 G04F7/00 

--J

О)

00

О) 00

Изобретение относится к импульсно технике, а именно к устройствам для измерения однократных временных интервалов, и может быть использовано а приборостроительной промышленности

Известен цифровой измеритель временных интервалов, содержащий генераторы образцовой частоты и нониуса, электронный ключ, шины Пуск и Сброс, элементы ИЛИ, счетчик импульсов, состоящий из реверсивной и обычной декад, блоки формирования сдвинутых импульсов, выделения нониусной последовательности и управления реверсом, элементы И и нониусную реверсивную счетную декаду С13.

Однако известный цифровой измеритель сложен по конструкции, точность его измерений уменьшается вследствие неопределенности временного положения центра пачки совпаших импульсов основной и одной из нониусных послед ватель ностей.,

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для дискретного измерения интервалов времени, содержащее эталонный генератор, последовательно соединенные триггер, элемент совпадения и счетчик грубого отсчета, при этом выход эталонного генератора соединен с вторым входом элемента совпадения, а также последовательно соединенные нониусный генератор, первый элемент И, элемент ИЛИ и счетчик точного отсчета, при этом выход нониусного генератора через второй элемент И связан с входом схемы вы.деления импульса последнего совпадения, выход которой через схему выключения связан с входом нониусного ,генератора С2 J.

Однако известное устройство имеет низкую точность измерения длительности временных интервалов, определяемую несинхронностью нониусной последовательности с началом временног интервала и использованием генератора ударного возбуждения для формирования нониусной последовательности Дополнительная погрешность, связанная с несовершенством конструкции, определяется медленным и непрерывным накоплением кода ошибки вспомогательного счетчика при многократном повторении одиночных совпадений импульсов основной и нониусной последо вательностей и невозможностью регистрации любого нечетного их совпадет ния, уменьшаквдей разрешающую способ.ность и динамический диапазон.

Цель изобретения - повышение точнести измерения длительности временных интервалов.

Поставленная цель достигается тем что в измеритель временных интервалов, содержащий эталонный и нониусный генераторы,, последовательно соединенные триггер, элемент совпадения и счетчик грубого отсчета, причем выход эталонного генератора соединен с вторым входом элемента совпадения, дополнительно введены сумматор, блок вычитания кодов, два блока определения синфазной нониусной последовательности и два блока интерполяции, при этом первые, входы блоков определения синфазной нониусной последовательности соединены с выходом нониусного генератора, их вторые входы соединены с соответствующими входами триггера, третьи их входы подключены к первым выходам блоков интерполяции, а выходы блоков определения синфазной нониусной последовательности связаны с первыми входами блоков интерполяции вторые входи KOTOpbix подсоединены к выходу эталонного генератора, а. их вторые выхо,пы подключены соответственно к первому входу сумматора и первому входу блока выч.итания кодов, при этом выход младшего разряда счетчика грубого отсчета через второй вход сумматора подключен к второму входу блока вычитания кодов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема измерителя; на фиг. 2 функциональная схема формирователя нониусных последовательностей.

Измеритель содержит (фиг. U шины 1 и 2 сигналов начала и конца измеряемого интервала, эталонный и нониусный генераторы 3 и 4, триггер 5, элемент 6 совпадения, счетчик 7 грубого отсчета, сумматор 8, блок 9 шдчитания кодов, два блока 10 определения синфазной нониусной последовательности и два блока 11 интерполяции.

БЛОК 10 определения синфазной нониусной последовательности содержит формирователей 12 нониусной последовательности, п элементов ИЛИ 13 и элемент ИЛИ 14.

Блок 11 интерполяции включает счетчики 1.5 и 16, ключи 17 и 18, элемент 19 совпадения, линию 20 задержки счетный триггер 21, сумматор 22, делитель 23 на два и элемент ИЛИ 24.

Формирователь {фиг. 2 J 12 нониусной последовательности содержит формирователь 25 длительности, элементы 26-28 совпадения и триггер 29.

Измеритель работает следующим образом.

Перед началом измерения триггеры 5, 21 и 29, ключи 17 и 18 и счетчики 7, 15 и 16 сбрасываются в исходно состояние (цепь сброса не показанаj. При этом на выходах триггеров 5, 21 и 29 устанавливается низкий уровень напряжения, ключ 17 находится в закрытом состоянии, а ключ 18 - в

открытом. На выходах счетчиков 7, 15 и 15 устанавливается нулевой код, Формирователи 25 длительности постоянно запускаются импульсами нониусного генератора 4 и вырабатывают импульсы длительностью

где t- - длительность импульсов первого формирователя 25 длительносги, ,...nпорядковый номер формирователя 25 длительности. Импульс каждого предшествукхцего формирователя 25 длительнбсти, проходя через последующий элемент ИЛИ 13, запирает элемент 26 совпадения каждого последующего формирователя 12 нониусной последовательности на время своей длительности.

В результате на входы элементов 27 и 28 совпадения формирователей 12 поступают серии импульсов равных по длительности и сдвинутых один относительно другого на время TC и Тц/п ,где TH - длительность импульсов каждой серии, Т - период I повторения импульсов нониусного генератора, п - количество дискрет1ных интервалов, укладывающихся в интервале времени Т.

До тех rjiop, пока не произойдет совпадения импульса начала временного интервала в элементе 27 совпадения с импульсом одной из серий, сформированных формирователями 25 длительности и прошедших через элемент 26 совпадения, элементы 28 совпадения остаются закрытыми. Если ,в одном из формирователей 12 нониусных последовательностей произошло указанное совпадение, триггер 29 опрокидывается в противоположное состояние. На его выходе устанавливается высокий уровень напряжения. Элемент 28 совпадения формирователя 12 открывается, импульсы синфазной нониусной последовательности проходят черезнего и элемент ИЛИ 1 на выход блока 10 определения синфаной нониусной последовательности. Высокий уровень напряжения с выхода триггера 29 формирователя 12 через все элементы ИЛИ 13 запирает элементы 26 совпадения всех формирователей.

Таким образом осуществляется формирование и определение синфазной но ниусной последовательности как с импульсом начала, так и с импульсом концаВременного интервала. Процесгт сы во втором блоке 10 определения синфазной нониусной последовательности происходят аналогично, как и в первом..

В промежутке времени от импульса начала до импульса конца измеряемого

интервал.а триггер Ь дважды опрокидывается в .противоположное состояние, на его выходе появляется высокий уровень напряжения. Импульсы эталонного генератора 3 проходят через открытый элемент 6 совпадения и подсчитываются счетчиком 7 грубого отсчета.

В исходном состоянии ключ 17 блока 11 интерполяции находится в закрытом состоянии, а ключ 18 - в открытом. Импульсы синфазной нониусной последовательности с выхода блока 10 проходят через открытый ключ 18, элемент ИЛИ 24 и подсчитываются счетчиком 16 до первого совпадения с импулсами эталонного генератора 3 в элементе 19. Первый импульс совпадения с его выхода запирает ключ 18 и открывает ключ 17. Импульсы совпадения проходят через делитель 23 на два, элемент ИЛИ 24 и также подсчитываются счетчиком 16, Каждый нечетный импульс совпадения, поступагадий на счетный триггер 21, устанавливает его в состояние, противоположное исходному.На его выходе появляется высокий уровень, который в сумматоре 22 представляет код половины единицы младшего разряда счетчика 16 После окончания совпадений импульсов эталонного генератора 3 и синфазной нониусной последовательности блока 10 в элементе 19 на выходе сумматора 22 фиксируется код, соответствующий временному интервалу

,(«,4l(v

2 /VH о; где N - количество иктульсов до

первого совпадения в элементе 19;

No количество совпавших импульсов в элементе 19;

Т„ период повторения импульсов эталонного генератора 3. Аналогичные процессы происходят во втором блоке 11 интерполяции, на выходе сумматора 22 которого фикси руется код, соответствующий временному интервалу

/н2-()

; . .

На выходе счётчика 7 грубого отсчета устанавливается код, соответствующий временному интервалу Т N Т ,3, где . N - количест во импульсов эталонного генератора 3.

Код младшего разряда счетчика 7 в сумматоре 8 измерителя суммируется с кодом сумматора 22 первого блока 11 интерполяции, а в блоке 9 вычитания кодов из суммарного кода сумматора 8 вычитается код сумматора 22 второго блока 11 интерполяции. Результирукаднй код старших разрядов

счетчика 7 младших разрядов блока 9 вычитания кодов соответствует временному интервалу

N.U (

..)((r.T).

1 Z

ч м of

окончание измерительного процесса в каждом ий блоков 11 интерполяции происходит следующим образом. После первого совпадения импульсов эталонного генератора 3 с импульсг1ми синфазной нониусной последовательности блока 10, когда ключ 17 открывается, последние начинают проходить через открытый ключ 17 на счетный вход счетчика 15. Импульсы совпадения элемента 19 задерживаются в линии 20 на половину периода повторения импульсов синфазной нониусной последовательности и поступают на вход сброса счетчика 15, При любом количестве импульсов совпёщения ( в том числе и однократном) счетчик 15 после каждого из них начинает подсчет количества импульсов синфазной нониусной последовательности блока 10, Если после очередного импульса синфазной нониусной последовательности блока 10 не произойдет сброса счетчика 15 в исходное состояние очередным импульсом совпадения, то второй импульс последовательности блока 10 устанавливает на выходе второго разряда счетчика 15 высокий уровень напряжения, который опрокидывает триггеры 29 формирователей 12 нониусных последовательностей в исходное состоя-i . ние, элементы 28 совпадения запираются, блок 10 прекращает передачу в блок 11 синфазной нониусной последо вательности,

В предлагаемом измерителе по сравнению с прототипом исключена погрешность, связанная с несинхронностью начала измеряемого временного интер5 вала с нониусной последовательностью и формированием последней генератором ударного возбуждения.

Разрешающая способность измерите0 ля в начале и в конце измеряемого

интервала времени равна половине разрешакщей способности нониусного преббразователя.

Динамический диапазон измерения 5 однократных интервалов времени снизу определяется величиной точности измерителя, а сверху ограничивается количеством старших разрядов счетчика грубого отсчета.

Фиг.}

/2

2S

/ 15

/J.

/4.

лЗ

ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЬК ИНТЕРВАЛОВ, содержащий эталонный и нониусный генераторы, последовательно соединенные триггер, элемент совпадения и счетчик грубого отсчета, причем выход эталонного генератор соединен ,с вторым входом элемента совпадения, ;Отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены сумматор, блок вычитания кодов,два блока определения синфазной нониусной последовательности и два блока интерполяции, при этом первые входы блоков опг ределения синфазной нониусной Последовательности соединены с выходом нониусного генератора, их вторяле входы соединены с соответствующими входами триггера, третьи их входы подключены к первым выходам блоков интерполяции, а выходы блоков определения синфазной нониусной последовательности связаны с первыми входами блрков интерполяции , вторые входы которых подсоединены к выходу эталонного генератора, а их вторые выходы подключены соответственно к первому входу суммато-ф ра и первому входу блока вычитания кодов, при этом выход младшего разряда счетчика грубого отсчета через второй вход сумматора подключен к второму входу блока вычитания кодов.

/J

13

Фиг. 2