Способ измерения длительности периодических импульсов Советский патент 1987 года по МПК G04F10/04 

Способ относится к импульсной технике, в частности к технике измерения временных интервалов.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства для реализации способа; на фиг.2 - диаграммы формирования временных интервалов для определения длительности периодических импуль- сов; на фиг.З - фрагмент формирования центральных импульсов пакета.

Сущность способа заключается в следующем.

Из последовательности измеряемых прямоугольных импульсов длительностью , следующих с периодом Ти {фиг.2о), формируют отдельно последовательности остроконечных импульсов, соответствующих передним (фиг.2Ь) и задним (фиг.2) фронтам импульсов исследуемых сигналов. Такие же последовательности остроконечных импульсов, соответствующие передним и задним фронтам, формируются из импульсов длительностью о опорной частоты f о , близкой к частоте fi, 1/Тц исследуемых сигналов (фиг.2.,Р).

Затем формируют передний фронт пакета совпадений центральных импульсов, т.е. импульсов опорной частоты (как правило), которые полностью совпадают с импульсами исследуемой пос- ледовательности. Для этого на логические элементы, предназначенные дня формирования переднего фронта пакета центральных импульсов, падают последовательности остроконечных импульсов соответствующих передним фронтам импульсов исследуемой и опорной после- довательностей, и импульсы этих последовательностей, а момент формирования .фронта определяется моментом взаимного перехода остроконечных им пульсов один относительно другого (фиг. 2х().

Для формирования задних фронтов пакетов центральных импульсов определяют момент взаимного перехода одного относительно другого остроконечных импульсов, соответствующих зад ним фронтам импульсов исследуемой и опорной последовательностей (фиг,2). Протяженные, прямоугольные импульсы пакетов совпадений центральных импульсов формируют ПС импульсам перед5

О

0

0 5

0 5

него и заднего фронтов пакетов (фиг.2;1).

Если длительности импульсов исследуемых сигналов и сигнала опорной частоты t,, , и их периоды /f ц и /fo, то для того, чтобы в процессе совпадений можно было выделить моменты переходов остроконечных импульсов фронтов один относительно другого, достаточно обеспечить выполнение условия и + 2 1Ти- Т-оГ. (1)

При этом в крайнем случае,- образуется всего два импульса совпадений, а практически, когда длительности ис- гюльзу мых импульсов и намного превышают значение - TQ/, образуется не одна пара совпавших пульсов, а пакет импульсов. С другой стороны для реализации предложенного способу необходимо также чтобы

и 2 Uy - Т.,1 (2) где t-,T« .

В этом случае даже при непрерыв- ном совпадении импульсов возможно 1выделить моменты переходов как передних, так и задних фронтов импульсов исследуемой последовательности и опорной частоты относительно друг друга.

Если t , t i3, то в процессе совпадений образуется ряд центральных импульсов (пакет центральных импуль- 1сов), длительность которых соответст вует длительности более коротких из участвуюш х в совпадении (т.е. длительности о )S а их количество в одном пакете определяется следующим выражением

N - и JliiJ L,, 1%:ь°№о и .04

4- дт - где ДТ TV,- - fwl/fo f a. ffi, fw

Ha фиг.З приведен фрагмент формирования первого центрального импульса пакета,, который наглядно иллюстрирует полученное выше выражение дпя Nji. Из этого же фрагмента очевидно следующее соотношение для определения длительности импульса v, :

„ о + (Кц - 1) Л Т (4) Подставляя в выражение (4) значение ДТ, получим

() (5)

Го In

Из свойств метода совпадений 13 известно, что если время измерений берется равным периоду разностной часто тъ;

(6)

То

Ти1 следования пакетов совпадений, то между fo и fy имеет место следующее соотношение

N, f N, f,(7)

где Np и Nj - количество .периодов частот fg и f между пакетами совпадений. С учетом соотношений (6) и (7) выражение (5) преобразуется к виду

о +();

(8)

NM fo

Поскольку, для метода совпадений, за интервал Тр количество импульсов обеих частот отличается на единицу (диаграммы фиг.2), то 1 N - N foTRa окончательное выражение, для ц будет иметь вид к

«:. f

Г„-1;

Процесс измерения длительности периодических импульсов заключается в формировании двух временных интервалов: Тц - длительности пакета цент- импульсов и Т - периода следования пакетов центральных импульсов

измеряемого по началам пакетов (фиг. 2л м) и определении искомого значения i согласно следующему выражению:

+

NH N

Т N.

(10)

где N и N

fc

о

Ч.

- цифровые эквиваленты известных и заданных значений .и fo . Таким образом, в качестве границ получаемых временных интервалов используют импульсы пакетов совпадений, которые формируют непосредственно в моменты полного совпадения, импульсов исследуемой последовательности и импульсов опорной частоты, т.е. в моменты взаимного перехода относительно друг друга фронтов имг- пульсов указанных последовательностей. Эти временные интервалы Т и Т заполняют опорной частотой и по числу периодов Т„ на этих интервалах и

цифровым эквивалентам N

и Nr

определяют значение длительности импульса. При этом погрешность квантования временных интервалов Тц и Т последовательностью импульсов опора погнои частоты f(, отсутствует.

решность квантования чг практически неощутима, поскольку ее величина меньше значения ЛТ.

Устройство содержит (фиг.1) первый и второй формирователи 1 и 2 по

г

10

870954

переднему и заднему фронтам исследуемой последовательности, генератор 3 опорной частоты, третий и четвертый формирователи 4 и 5 остроконечных импульсов по переднему и заднему фронтам импульсов опорной частоты, первый и второй RS-триггеры 6 и 7, первый и второй триггеры 8 и 9 со счетньм входом, элемент 10 совпадений, пятый формирователь 11 остроконечного импульса по переднему фронту, триггер 12, первый элемент И 13, третий триггер 14 со счетным входом, шестой и седьмой формирователи 15 и 16 остроконечных импульсов по переднему и заднем фронтам соответственно, третий RS-триггер 17, второй эле- мент И 18, первый счетчик 19, третий

элемент И 20, второй счетчик 21, мик- 20 ропроцессор 22.

15

-

0

Входная шина устройства соединена соответственно с входами формирователей 1 и 2, с первым S-входом триггера 6, с первым R-входом триггера 7, I выход генератора 3 соединен соответ- ;ственно с входами формирователей 4 и 5, с первым R-входом триггера 6, с первым S-входом триггера 7, с первыми входами элементов И 18 и 20, выход формирователя 1 соединен со вторым R-входом триггера 6, второй S-вход которого соединен с выходом формирователя 4, выход формирователя 2 сое5 динен со вторым S-входом триггера 7, второй R-вход которого соединен с выходом формирователя 5, единичный выход триггера 6 соединен со счетным входом триггера 8, единичный выход

0 которого соединен с первым прямым входом триггера 8, единичный выход которого соединен с первым прймым входом элемента 10 совпадения, второй инверснь1Й вход которого соединен

5 с единич -1ым выходом триггера 9, счетный вход которого соединен с единичным выходом триггера 7, выход эле- мента 10 совпадения соедннен со вторым входом элемента И 20 и входом

0 форм1{рователя 1 1, выход которого соединен с первым входом элемента И 13, второй вход которого соединен с единичным выходом триггера 12, S-йход которого соединен с шиной Пуск, вы5 ход элемента И 13 соединен со ным входом триггера 14, единичный выход которого соединен соответственно с входами формирователей 15 и 16, выход формирователя 15 соединен с

512

S-входом триггера 17, R-вход которого соединен соответственно с R-BXO- дом триггера 12, с выходом формирователя 16 и первым входом микропроцессора 22, второй вход которого соединен с выходом счетчика 19, вход которого соединен с выходом элемента И 18, второй вход которого соединен с единичным выходом триггера 17 и третьим входом элемента .И 20, выход которого соединен со счетным входом счетчика 21, выход которого соединен с третьим входом микропроцессора 22. Устройство работает следующим образом.

Последовательность измеряег Гых импульсов (фиг.2а) с входной шины поступает на входы.формирователей 1 и 2 остроконечных импульсов соответст- венно по переднему и заднему фронтам исследуемых импульсов (в простейшем случае это цепочки, дифференцирующие исходные импульсы). Генератор 3 вырабатывает импульсы заданной дпитель- ности , частота следования которых f дСопорная частота) является заданно й и близкой к частоте fi входных исследуемых импульсов Импульсы с выхода генератора 3 поступают на формирователи 4 и 5 остроконечных импульсов по переднему и заднему фронтам импульсов опорной частоты. С вы- ходов формирователей 1 и 2, 4 и 5

Подсчет количества центральных импульсов в пакете Мц в устройстве происходит следующим образом. Протя- лсенные прямоугольные импульсы длительностью Т, с выхода триггера 17 поступают на третий вход элемента И 20. На два других входа элемента

импульсы поступают на информационные pj -20 поступают имтульсы огибающей, па- и тактовые входы триггеров 6 и /, На

кет.а центральных и fflyлъcoв с выхода; элемента 10 совпадений и имтульсы опорной частоты с генератора 3. В счетчике 21 в этом случае фиксируется Ыц импульсов, при зтом полностью

выходе триггера 6 формируется последовательность импульсов (фиг.), передний фронт каждого из которых соответствует переднему фронту пакета 40 центральных импульсов.

С выхода триггера 7 получают последовательность импульсов, передний фронт каждого из которых соотве тст- вует заднему фронту пакета централь- 45 ных импульсов (фиг.2).

Счетные триггеры 8, 9 и элемент 10 совпадений с одним инверсным входом окончательно формирутот пакеты

кет.а центральных и fflyлъcoв с выхода; элемента 10 совпадений и имтульсы опорной частоты с генератора 3. В счетчике 21 в этом случае фиксируется Ыц импульсов, при зтом полностью

исключается возможность записи не всей пачки центральных импульсов, а ее части, когда команда Пуск подается на устройство во время формирования самого пакета.

Триггер 12 возвращается в исходное состояние импульсом с формирователя 16, т.е. по приходу второго импульса переднего фронта пакета. Этот

центральных импульсов (фиг.2/). С вы- ел

.„ „- же импульс поступает на микропроцесхода элемента 10 совпадении импульсы, „ t

- „сор //, разрешая ввод и обработку посоответствующие огибающей пакета центральных импульсов, поступают на фор- мирователь 11 остроконечного импуль- (г)

лученных N

ц и NT- и имеющихся , кодов в соответствии с формулой

са, которьй выделяет передний фронт пакета.

По команде Пуск, поступающей на S-вход триггера 12, последний опрокидывается, разрешая прохождение через

55

Формула изобретения

Способ измерения длительности периодических импульсов, основанный на

5

0 5 О

элемент И 13 импульса переднего фронта пакета с формирователя 11. Первый такой импульс после команды Пуск опрокинет триггер 14 со счетным входом в единичное состояние, а второй такой импульс возвратит его в исходное состояние, При этом формирователи 15 и 16 выделяют первый и второй импульсы с формирователя 11 в виде остроконечных импульсов переднего и заднего фронтов соответственно. Эти импульсы подаются на информационные входы триггера 17, который по приходу импульса с формирователя 15 устанавливается в единичное состояние , и разрешает прохождение через элемент И 18 импульсов опорной частоты на счетный вход счетчика 19. Триггер 17 остается в единичном состоянии до тех пор, пока на R-вход триггера 17 не поступит импульс с формирователя 16. Таким образом, в счетчике 19 будет зафиксировано N импульсов опорной частоты, определяющих период следования пакетов центральных импульсов по началам этих пакетов (N.

NV,).

Подсчет количества центральных импульсов в пакете Мц в устройстве происходит следующим образом. Протя- лсенные прямоугольные импульсы длительностью Т, с выхода триггера 17 поступают на третий вход элемента И 20. На два других входа элемента

pj -20 поступают имтульсы огибающей, па-

pj -20 поступают имтульсы огибающей, па-

кет.а центральных и fflyлъcoв с выхода; элемента 10 совпадений и имтульсы опорной частоты с генератора 3. В счетчике 21 в этом случае фиксируется Ыц импульсов, при зтом полностью

исключается возможность записи не всей пачки центральных импульсов, а ее части, когда команда Пуск подается на устройство во время формирования самого пакета.

Триггер 12 возвращается в исходное состояние импульсом с формирователя 16, т.е. по приходу второго импульса переднего фронта пакета. Этот

и NT- и имеющихся , соответствии с формулой

55

Формула изобретения

Способ измерения длительности периодических импульсов, основанный на

трансформации на низкую частоту временных интервалов, определяющих длительность импульсов путем сравнения во времени последовательностей импульсов исследуемых сигналов с опор- ной последовательностью импульсов и последующим времяимпульсным преобразованием этих временных интервалов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения выделяют только полностью совпавшие центральные импульсы пакетов совпадений путем определения моментов взаимного перехода передних фронтов имРедактор К.Волощук

Составитель М.Короткова ;

Техред М.Ходанич Корректор, М./демчик

Заказ 7713/49 Тираж 371Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, ч

пульсов исследуемых сигналов относительно передних фронтов импульсов опорной последовательности и моментов взаимного перехода задних фронтов импульсов этих последовательностей, а временные интервалы для определения длительности периодических им- - пульсов формируют путем подсчета полностью совпавших центральных импульсов в пакете совпадений и импульсов- опорной частоты от начала первого пакета центральных импульсов до начала следующего за ним второго пакета.:

I I I

И 1

1..

Ги

Способ относится к импульсной технике, в частности, к технике измерения временных интервалов. Целью изобретения является повышение точности измерения. Способ заключается в следующем. Из последовательности измеряемых прямоугольных импульсов формируют отдельно последовательности остроконечных импульсов, соответствующих передним и задним фронтам импульсов исследуемых сигналов. Такие же последовательности формируют Луск бход из импульсов с опорной частотой,близкой к частоте исследуемых сигналов. Выделяют только полностью совпавшие центральные импульсы пакетов совпадений путем определения моментов взаимного перехода передних фронтов импульсов исследуемых сигналов относительно передних фронтов -импульсов опорной последовательности и моментов взаимного перехода задних фронтов импульсов этих последовательностей. Временные интервалы для определения длительности импульсов формируют путем подсчета полностью совпавших центральных импульсов в пакете совпадений и импульсов опорной частоты в промежутке между первым и вторым пакетом. Устройство, реализующее данный способ, содержит формирователи 1 и 2 импульсов, генератор 3 опорной частоты, формирователи 4, 5, 11, 15 и 16 остроконечных импульсов, RS- триггеры 6, 7 и 1.7, триггеры 8, 9 и 14 со счетным входом, элемент 10 совпадений, элементы 4, 13, 18 и 20, счетчики 19 и 21, микропроцессор 22. 3 ил. (Л N9 00 О СО ел