Комбинированный измеритель временных интервалов Советский патент 1984 года по МПК G04F10/04 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и може использоваться в экспериментальной физике. Известен комбинированный измеритель временных интервалов, принцип действия которого основан на подсче целого числа импульсов непрерывно работающего опорного генератора за измеряемый интервал и последующей оценке зон временной неопределеннос ти старт (стоп)-тЬигналов относительн импульсов опорного генератора методом преобразования время-амплитудакод Cl 1 Данное устройство характеризуется низкой точностью измерения из-за большой погрешности временной фикса ции старт-стопных сигналов. Наиболее близок к предлагаемому измеритель, который содержит арифметический блок, два дискриминатора и измерительный блок, включающий задающий генератор, два временных селектора, два преобразователя вреМЯ-КОД-, триггер, злемент И и счетчик, выход которого соединен с первым входом арифметического блока, второй и третий входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго преобразователей время-код, первый вход первого 0реобразователя время-код соединен с S-входом триггера и выходом первого временного селектора, R-вход тригге подключен к выходу второго временно го селектора и первому входу второго преобразователя время-код, второ вход которого соединен с первым вхо дом второго временного селектора и выходом второго дискриминатора, вход которого является стоп шиной устрой ва, второй вход первого преобразова теля время-код, соединен с первым входом первого временного селектора и выходом первого дискриминатора, вход которого является старт-шиной устройства, выход задающего генератора подключен к вторым входам временных селекторов и первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера, а выход - с входом счетчика С 2 J Однако известный измеритель временных интервалов характе изуется значительной погрешностью измеренйя которая обусловлена зависимостью задержек запуска входных пороговых устройств от амплитуд и длительное тей фронтов нарастания старт-стопных сигналов. Величина зтих погрешностей возрастает пропорционально диапазонам изменения параметров сигналов, ограничивающих измеряемые временные интервалы. Возможности снижения погрешностей измерения путем уменьшения пороговых напряжений входных дискриминаторов ограничены помехоустойчивостью устройства. Цель изобретения - повышение точности измерения при расширении диапазонов изменения амплитуды и времени нарастания входных сигналов. Поставленная цель достигается тем, что в измеритель временньк интервалов, содержащий первый и второй дискриминаторы, входы которых являются соответственно старт- и стоп-шинами измерителя, а выходы подключены к первому и второму входам-соответственно измерительного блока, первьп , второй и т.ретий выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами арифметического блока вькод которого является выходной шиной, введены четыре блока временной привязки, четыре преобразователя время-код, два инвертора и два сумматора, причем вход первого дискриминатора соединен с входами первого и второго блоков временной привязки, выход первого из которых подключен к первому входу первого преобразователя время-код, второй вход которого соединен с выходом второго блока временной привязки и первым входом второго преобразователя время-код, выход которого через инвертор подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого преобразователя время-код, а выход подключен к четвертому входу арифметического блока, выход первого дискриминатора соединен с вторым входом второго преобразователя время-код, входы третьего и четвертого блоков временной привязки подключены к входу второго дискриминатора, выход которого соединен с первым входом третьего преобразователя время-код, второй вход которого подключен к выходу третьего блока временной привязки и первому входу четвертого преобразователя времякод, второй вход которого соединен 3. с выходом четвертого блока временной привязки, а выход подключен к nepBObfy входу второго сумматора, выход третьего преобразователя время-код через инвертор подключен к второму входу второго сумматора, выход которого соединен с пятым входом арифметического блока. На фиг.1 представлена структурная схема комбинированного измерителя временных интервалов; на фиг.2 временные диаграммы его оаботы. Устройство содержит входные шины i и 2 (cooTBfeTCTBeHHo старт и стоп) дискриминаторы 3 и 4, измерительный блок 5 арифметический блок 6, блоки 7-10 временной привязки, преобразователи 11-14 время-код, инверторы 15 и 16; сумматоры 17 и 18 и выходн шину 19, причем старт-шина 1 соединена с входом дискриминатора 3 и входами блоков 7 и 8 временной привязки, стоп-шина 2 подключена к входу дискриминатора 4 и входам блоков 9 и 10 временной привязки, выход дискриминатора 3. подключен к первому ВХОДУ измерительного блока 5 и первому входу преобразователя 12 время-код, выход дискриминатора 4 соединен с первым входом преобразователя 13 время-коДу и вторым вхо дом измерительного блока 5 три выхода которого соединены с первым, вторым и третьим входами арифметического блока 6, выход которого является выходной шиной 19, выход блока 7 временной привязки соединен с первым входом преобразователя 11 время-код, второй вход которого под ключен к выходу блока 8 временной привязки и второму входу преобразователя 12 время-код, выход которого через инвертор 15 соединен с первым входом сумматора 17, второй вход которого подключен к выходу преобразователя 11 время-код, а выход -. к четвертому входу арифмети ческого блока 6, выход блока 10 вре менной привязки соединен с первым входом преобразователя 14 времякод, второй вход которого подключен к выходу блока 9временной привязки и второму входу преобразователя 13 время-код, выход которо го через инвертор 16 соединен с пер вым входом сумматора 18, второй вход которого подключен к выходу 584 преобразователя 14,а выход - к пятому входу арифметического блока 6. Устройство работает следующим образом. Старт-сигнал, задаюпщй начало измеряемого временного интервала поступает на вход дискриминатора 3, обеспечивающего фиксацию его положения на временной оси. С выхода дискриминатора 3 стандартизованный импульс, соответствующий началу измеряемого физического про-.. цесса, поступает на вход измерительного блока 5. Аналогичным образом по стоп-сигналу при помощи дискриминатора 4 формируется стандартизованный импульс J соответствующий окончанию физического процесса, который поступает на второй вход измерительного блока 5. Временной интервал, заключенный между выходными сигналами обоих дискриминаторов 3 и 4, трансформируется в цифровые эквиваленты точ2 измерительным блоком 5. При помощи арифметического блока 6 вычисляют длительность регистрируемого временного интервала по формуле иэм- Гр тот Т6Ч2« гд t рр - результата грубого измерения регистрируемого временного интервалаi И - результаты измерений интервалов временной неопределенности прложений старт- и стоп-сигналов относительно импульсов опорной серии. Полученная оценка отличается от истинного значения измеряемого временного интервала Т. (фиг.2) на величину ,{«;,r.,(«,tr.uj.. так как . V.(%2.i)-(%.гкv (. где д,(ч,, Г„,ЦI и («2 .нг. г) погрешности временной привязки старти стоп-сигналов, зависящие от их ам i плитуд «,: и «2, длительностей фронтов нарастания f и также установленных пороговьк 5гровней и., и .Uj дискриминаторов 3 и 4. Для снижения погрешностей Л и.Д в.измеритель временных интервалов дополнительно введены четыре блока 7-10 временной привязки со следя5 11ЦИМ порогом, четыре предбразователя 11-14, два инвертора 15 и 16 и два сумматора 17 и 18. Эти узлы обеспечивают формирование в старт- и стрпканалах измерителя корректирующих кодов и с/, равных или близких значениям соответствующих погрешностей временной фиксации 4 и 4 Окончательный результат измерений регистрируемого временного инт вала Tjj вычисляется при помощи арифметического блока 6 с учетом полученных поправок по формуле Тизм,. Корректируницие коды .e( стар (стоп)-каналах формируются путем преобразования в цифровой код времен ного интервала .(где t к - временной интервал, огра ничeннbrii выходными сигналами блока 8(9) временной привязки со следящим порогом и дискриминатора 3(4), г интервал ограниченный выходными сигналами блока 7(10) временной привязки и аналогичного блока 8(9) временной привязки со следяп51М порогом. В комбинированном измерителе временных интервалов используется блок 7(8,9,10) временной привязки со следящим порогом, содержащий пороговый злемент (дискриминатор) л аналоговое запоминающее устройство (АЗУ). Лринцип действия блока временной привязк заключается в том, что по каждому регистрируемому сигналу с помощью выходного напряжения АЗУ, равного kb устанавливается индивидуальный уровень срабатьшания порогового элемента, что исключает зависимость момента срабатывания последнего от амплитуды фиксируемых сигналов (где . К коэффициент ослабления выходного напряжения АЗУ). Блок 8(9) временнсй привязки со следящим порогом отличае ся от аналогичного блока 7(10) тем, что коэффициент ослабления К в блоке 8(9) не равен подобному коэффицие ту К2 в блоке 7(10), причем Для линейной аппроксимации фронта нарастания старт(стоп) сигнала U(t) , O -tit-, (3) Т . Н . корректирукнцая поправка, формируемая на выходе сумматора 17(18) имеет зна чение - 1(1 1(21 ., о.. , 1( л 58 Величина погрешности временной привязки , , вносимая дискриминатором 3(4), для входных сигналов, описываемых выражением (3), имеет вид juzi Vuzji ll V If4 соответственно амплитуда и длительность фронта старт (стоп)-сигнала j и(21 - пороговое напряжение, дискриминатора 3(4). Очевидно, что,если выбрать k, 2 К , т.е. достигается полная компенсация погрешности измерений, обусловленной флуктуациями амплитуды и длительности фронта нарастания регистрируемых старт-и стопсигналов. . При отклонении формы фронтов вывходных сигналов от линейной, в частности, для экспоненциально нарастающего дигнала . .,)/ / . где о о е - -t; корректирующая поправка, формируемая в каждом из каналов, имеет вид , еп(..1.. нпг) { 8оЬ Н1(1) 0(, -г-.. . И оказывается равной погрешности фиксации (и) 1(г) н(2) V (21 / Таким образом, и в случае нелинейной формы фронтов регистрируемых сигналов, имеет место полная компенсация погрешности измерения, вызванная изменениями параметров фиксируе мых импульсов, т.е. л - гЛ 1(2)° 1(2) Учитывая (1) и (2), получают Тл Т. О лcr В условиях эксперимента, когда не всегда удается точно описать анаитически форму регистрируемых сигналов, указанные параметры заают на основе экспериментальных анных. Таким образом, снижение погрешности временной привязки входных имульсов, повышает точность измерений временных интервалов (более ем в 10 раз)..

Фиг.1

КОМБИНИРОВАННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержащий первый и второй дискриминаторы, входы которых являются соответственно старт- и стоп-шинами измерителя, а выходы соответственно подключены к первому и второму входам измерительного блока, первый, второй, и третий выходы которого соединены соответственно .с первым, вторым, и третьим входами арифметического блока, выход которого является выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при расширении диапазонов изменения амплитуды и времени нарастания входных сигналов, в него введены четыре блока временной привязки, четыре преобразователя время-код, два инвертора и два сумматора, причем вход первого дискриминатора соединен с входами первого и второго блоков временной привязки, выход первого из которых подключен к первому входу первого преобразователя время-код, второй вход которого соединен с выходом второго блока временной привязки и первым входом второго преобразователя время-код, выход которого через инвертор подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого преобразователя время-код, а выход подключен к четвертому входу арифметического блока, выход первого дискриминатора соединен с вторым входом второго преобразователя время-код, входы третьего и чет(Л вертого блоков временной привязки подключены к входу второго дискриминатора, выход которого соединен с первым .входом третьего преобразователя время-код, второй вход которого подклдочен к выходу третьего .блока временной привязки и первому входу четвертого преобразователя времясх код, второй вход которого соединен с выходом четвертого блока временной со ел привязки, а выход подключен к первому входу второго сумматора, выход тре00 тьего преобразователя время-код через инвертор подключен к второму входу второго сумм-ятора, выход которого соединен с пятым входом арифметического блока.