ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ Советский патент 1994 года по МПК G04F10/04 

Изобретение относится к измерительной технике.

Известен измеритель временных интервалов с нониусной интерполяцией, содержащий генератор ударного возбуждения, который имеет сравнительно невысокие температурную и временную стабильности [1] .

Недостатком устройства является то, что точность его ограничена длительностью импульсов в элементе совпадения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является измеритель временных интервалов, содержащий генератор образцовой частоты, выход которого подключен к первому входу элемента совпадения и через первый элемент И - к первому счетчику, верньерный генератор ударного возбуждения, выход которого соединен через второй элемент И с вторым счетчиком, через третий элемент И - с третьим счетчиком и через элемент совпадения - со счетным входом первого триггера, первый выход которого подключен к второму входу третьего элемента И, а второй выход - к вторым входам первого и второго элементов И, второй триггер, первый установочный вход которого через четвертый и пятый элементы И соединен с соответствующими входами измерителя, а выход - с входом верньерного генератора ударного возбуждения и с третьими входами второго и третьего элементов И [2] .

Однако точность таких измерителей также ограничена длительностью импульсов в элементе совпадения.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель временных интервалов, содержащий генератор образцовой частоты, элемент совпадения, верньерный генератор ударного возбуждения, два триггера, три элемента И и три счетчика импульсов, прямой выход первого триггера подключен к входу верньерного генератора ударного возбуждения, выход которого подключен к первому входу элементов совпадения и к первым входам первого и второго элементов И, выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго счетчиков импульсов, выход генератора образцовой частоты подключен к второму входу элемента совпадения и к первому входу третьего элемента И, выход которого подключен к входу третьего счетчика импульсов, прямой выход второго триггера подключен к вторым входам третьего и второго элементов И, а инверсный вход - к второму входу первого элемента И, введены элемент ИЛИ, третий триггер, четвертый элемент И, элемент задержки, причем входы элемента ИЛИ подключены к входам старт- и стоп-импульсов измерителя, а выход - к прямому входу первого триггера, к инверсному входу которого подключен выход четвертого элемента И, первый вход которого подключен к выходу элемента совпадения и входу третьего триггера, прямой выход которого через элемент задержки подключен к второму входу четвертого элемент И и непосредственно к входу второго триггера.

На фиг. 1 представлена функциональная схема измерителя временных интервалов; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы; на фиг. 3 - временные диаграммы известных нониусных измерителей временных интервалов.

Измеритель временных интервалов состоит из генератора образцовой частоты 1, верньерного генератора ударного возбуждения 2, элементa совпадения 3, триггеров 4, 5, 6, элементов И 7, 9, 9, 10, счетчиков 11, 12, 13 импульсов элемента задержки 14, элемента ИЛИ 15, входы которого подключены к входам измерителя "Старт" и "Стоп".

Выход элемента 15 ИЛИ подключен к прямому входу триггера 4, прямой выход которого подключен к входу генератора 2 ударного возбуждения, выход которого подключен к первому входу элемента совпадения 3 и к первым входам элементов И 7, 8. Выход генератора 1 подключен к второму входу элемента 3 совпадения и к первому входу элемента И 9. Выход элемента 3 совпадения подключен к счетному входу триггера 5 и к первому входу элемента И 10, выход которого подключен к нулевому входу триггера 4. Прямой выход триггера 5 подключен через элемент задержки 14 к второму входу элемента И 10 и к счетному входу триггера 6, инверсный выход которого подключен к второму входу элемента И 7, а прямой выход - к входам элементов И 8, 9. Выходы элементов И 7, 8, 9 подключены соответственно к входам счетчиков 11, 12, 13 импульсов. Цепи начальной установки на чертеже не показаны.

Измеритель временных интервалов работает следующим образом.

Первый входной сигнал "Старт" проходит через элемент 15 ИЛИ и переключает триггер 4 в состояние "1". Выходной сигнал триггера 4 вызывает запуск верньерного генератора 2 ударного возбуждения, на выходе которого появляется сигнал (фиг. 2 а) с периодом повторения Т_в. Электрические сигналы верньерного генератора 2 через открытый в исходном состоянии элемент 7 И поступают на вход счетчика 11. Кроме того, сигналы с верньерного генератора 2 поступают на первый вход элемента 3 совпадения, на второй вход которого поступают импульсы (фиг. 2 б) генератора 1 образцовой частоты, имеющие период повторения Т_о.

При совпадении во времени некоторого импульса верньерного генератора 2 и соответствующего импульса генератора 1 образцовой частоты срабатывает элемент 3 совпадения и на его выходе появляется импульс (фиг. 2 в), вызывающий переброс триггера 5 в состояние "1", при котором через время задержки элемента 14 задержки открывается элемент 10 И. Первый импульс с выхода элемента 3 совпадения не проходит на выход элемента 10 И, т. к. в этот момент элемент 10 И остается еще блокированным по второму входу сигналом "0" с выхода триггера 5.

Разблокировкa элемента 10 И задерживается элементом 14 задержки таким образом, что сигнал "1" на втором его входe появляется позднее первого совпадения.

Поэтому процесс измерения продлится до второго совпадения. До очередного совпадения будет зарегистрировано еще n импульсов, где n = T_о/ΔT ; Δ T = Т_о - Т_в.

При втором совпадении импульс с выхода элемента 3 совпадения проходит через элемент 10 И и устанавливает триггер 4 в исходное состояние. При этом генератор 2 ударного возбуждения выключается. При втором совпадении триггер 5 принимает состояние "0", а триггер 6 - состояние "1", при котором закрывается элемент 7 И и открываются элементы 8, 9 И. При этом счет импульсов верньерного генератора 2 в счетчике 11 прекращается, в котором к этому моменту накапливается n₁импульсов. Через открытый элемент 9 И на вход счетчика 13 поступают импульсы генератора 1 образцовой частоты.

Входной сигнал "Стоп" снова переключает триггер 4 в состояние "1" и вызывает повторный запуск верньерного генератора 2.

Далее измеритель работает так же, как и при первом запуске от сигнала "Старт", только импульсы верньерного генератора 2 поступают через элемент 8 И в счетчик 12.

При запуске от сигнала "Стоп" второй импульс с выхода элемента 3 совпадения устанавливает счетные триггеры 5, 6 в нулевое состояние, при котором закрываются элементы 8, 9 И. Поступление импульсов на входы всех счетчиков прекращается. В счетчике 13 накапливается n₂ импульсов генератора 1 образцовой частоты, а в счетчике 12 накапливается n₃импульсов верньерного генератора 2.

Измеряемый интервал времени t_изм. может быть выражен через временные отрезки t₁, t₂, t₃, показанные на фиг. 2, следующим образом:
t_изм = t₁ + t₂ - t₃. Из приведенных на фиг. 2 графиков с учетом принципа действия нониусного преобразователя видно, что Т_о - Т_в = ΔТ; t₁ = n₁T_в; t₂ = = n₂T_o; t₃ = n₃T_в; t_изм = n₁T_в + n₂T_o - n₃T_в = = (n₁ + n₂ - n₃)T_o + (n₁ - n₃) ΔT.

Особенностью нониусного метода измерения является то, что к форме импульсов на входе элемента 3 совпадения предъявляются определенные требования.

Для исключения пропусков совпадения импульсов длительность импульсов τ_и должна быть больше шага нониуса ΔТ.

Погрешность измерения нониусного метода определяется величиной временной неопределенности регистрации совпадения импульсов, которая в известных нониусных измерителях может оказаться равной длительности импульса. Так, например, как показано на фиг. 3, при запуске от сигнала "Старт" в момент совпадения верньерный импульс (фиг. 3 а) отстает от импульса (фиг. 3 б) генератора 1 образцовой частоты на величину Δ t₁. При запуске от сигнала "Стоп" совпадение происходит в момент первого верньерного импульса генератора 2, который опережает импульс генератора 1 образцовой частоты на величину Δ t₂. Такое отличие совпадений импульсов от идеального происходит к погрешности измерения
Δt = Δ t₁ + Δt₂ ≈ τ_и.

В настоящем измерителе при запуске как от сигнала "Старт", так и "Стоп" при совпадении верньерный импульс может только отставать от импульса генератора образцовой частоты. При этом погрешность измерения будет равна Δ t = Δ t₁ - Δ t_2≈Δ T. Так как величина ΔТ меньше τ_и не менее, чем в два раза, то погрешность измерения в настоящем измерителе соответственно уменьшается по сравнению с базовым объектом. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 303617, кл. G 04 F 10/04, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР N 428353, кл. G 04 F 10/04, 1972.

ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержащий генератор образцовой частоты, элемент совпадения, верньерный генератор ударного возбуждения, два триггера, три элемента И и три счетчика импульсов, прямой выход первого триггера подключен к входу верньерного генератора ударного возбуждения, выход которого подключен к первому входу элемента совпадения и к первым входам первого и второго элементов И, выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго счетчиков импульсов, выход генератора образцовой частоты подключен к второму входу элемента совпадения и к первому входу третьего элемента И, выход которого подключен к входу третьего счетчика импульсов, прямой выход второго триггера подключен к вторым входам третьего и второго элементов И, а инверсный выход - к второму входу первого элемента И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены элемент ИЛИ, третий триггер, четвертый элемент И и элемент задержки, причем входы элемента ИЛИ подключены к входам старт- и стоп -импульсов измерителя, а выход - к прямому входу первого триггера, к инверсному входу которого подключен выход четвертого элемента И, первый вход которого подключен к выходу элемента совпадения и входу третьего триггера, прямой выход которого через элемент задержки подключен к второму входу четвертого элемента И и непосредственно к входу второго триггера.