Цифровой измеритель длительности одиночных электрических импульсов Советский патент 1993 года по МПК G01R29/02 

Изобретение относится к электроизмеительной технике и может быть использоано в цифровых измерителях длительности мпульсных сигналов.

Известен цифровой измеритель длиельности (Т), содержащий формирователи тарт-импульса и стол-импульса, входы коорых соединены с входом устройства, два енератора пилообразного напряжения, ва формирователя импульсов, третий фор- мирбватель импульсов, компаратор, эле-. ент И, выход которого Подключён к четному входу счетчика импульсов, формирователь импульса стандартной длительности, три элемента ИЛИ, два нуль-органа, входы которых соединены с выходами генераторов пилообразного напряжения, а выходы с входами формирователей импульсов, выходами подключенных к вторым входам первого и третьего элементов ИЛИ, первые входы которых соединены с выходами формирователей старт-импульса и стоп-импульса, выход первого элемента ИЛ И соединен с первыми входами первого и второго генераторов пилообразного напряжения и первым входом второго элемен-. та ИЛИ, выход третьего элемента ИЛИ - с вторыми входами первого, и второго генераторов пилообразного напряжения и вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом элемента И, вторым входом подключенного к выходу формирователя импульсов стандартной длительности, вход ко горого соединен с входом устройства, первый вход компаратора подключен к выходу первого генератора пилообразного напряжения, а второй вход - к выходу второго генератора пилообразного напряжения, Шыход компаратора подключен к входу третьего формирователя импульсов, выход которого подключен к третьему входу второго элемента ИЛИ,

Недостатком известного устройства является большая длительность измерения параметров импульсов. В самом деле, длительность сеанса измерения длительности входного импульса определяется длительностью максимального (по этому параметру) импульса, который измеряется данным прибором с заданной точностью. Импульсы (входные) с более короткой длительностью могут быть измерены с этой же заданной точностью за меньшее время. Однако, известное устройство независимо от длительности измеряемых импульсов формирует импульс (измерительный) стандартной длительности - это реализует формирователь импульса стандартной длительности - блок 3, что не позволяет достичь для коротких измеряемых импульсов потенциальных возможностей данного прибора по оперативности и скорости измерения.

Целью изобретения является сокращение времени измерения длительности коротких электрических импульсов, путем адаптации к длительности измеряемых импульсов.

На фиг,1 приведена структурная схема измерителя цифровой длительности оди0 ночных электрических импульсов, на фиг,2 - структурная схема формирователя импуль сов стандартной длительности, на фиг. 3,4 временные диаграммы, поясняющие работу измерителя.

5 Цифровой измеритель длительности содержит формирователь старт-импульса 1, формирователь 2 стоп импульса, формирователь 3 импульса стандартной длительности, первый А элемент ИЛИ, первый 5

0 генератор пилообразного напряжения, второй 6 элемент ИЛИ, второй 7 генератор пи- .лообразного напряжения, третий 8 элемент ИЛИ, первый 9 нуль-орган, первый 10 формирователь импульсов, элемент 11 И, счет5 чик импульсов 12, второй 13 нуль-орган,

второй 14 формирователь импульсов, компаратор 15, третий 16 формирователь импульсов. Информационный вход 17 устройства соединен с входами формирова0 телей 1 и 2, Вход выбора режима 18 соединен с третьим входом формирователя 3, выход 19 формирователя 1 соединен с Первым входом формирователя 3 и с первым входом элемента 8 ИЛИ, Выход формирова5 теля 3 соединен с первым входом элемента 11 И. Выход элемента 4 ИЛИ подключен к - первым входам генераторов 5 и 7 и элемента 6 ИЛИ.. Выход генератора 5 соединен с первым1 входом компаратора 15 и, через

0 нуль-органы 9 и 10 с вторым входом элемента 4 ИЛИ. Выход элемента 6 ИЛИ соединен с вторым входом элемента 11 И. Выход ге- нератора 7 подключен к второму входу компаратора 1.5 и, через нуль-орган 13 и

5 формирователь 14 к второму входу элемента 8 ИЛИ, Выход элемента 11 И соединен со счетным входом счетчика 12, выходы которого являются выходами устройства. Выход элемента 8 ИЛИ соединен с вторым входами

0 генераторов 5 и 7 и элемента 6 ИЛИ. Выход компаратора 15 через формирователь 16 соединен с третьим входом элемента 6 ИЛИ. Формирователь импульса стандартной длительности содержит первый 21 и второй

5 22 элементы И, первый 23 и второй 24 триггеры, первый 25 и второй 26 генераторы импульсов, реверсивный 27 счетчик, счетчик 28, дешифратор 29, элемент НЕ 30 и блок формирования импульсов 31, Вход 18 формирователя соединен с первым входом элемента 21 И и через элемент 30 НЕ с первым входом элемента 22 И. Выход 19 формирователя соединен с входом сброса счетчика 28, с вторым входом элемента 22 И и с вторым входом элемента 21 И, а также - с установочным входом триггера 24. Вход 20 формирователя соединен с входом сброса триггера 23. Выход элемента 21 И соединен с установочный входом триггера 23. Выход элемента 22 И соединен с синхровходом реверсивного счетчика 27, информационные входы которого подключены к шине с положительным потенциалом, Прямые выходы триггеров 23 и 24 соединены соответственно с входами запуска генераторов импульсов 25 и 26, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами счетчика 27. Выходы счетчика 27 подключены к выходам дешифратора 29, выход которого является выходом формирователя, через блок формирования импульсов 31. Выход блока формирования 31 соединен также с входом сброса триггера 24, Выход генератора 26 соединен также со счетным входом счетчика 28,

Представим сначала вербальное описание функционирования устройства.

Измеритель работает в двух режимах (по выбору пользователя). В первом режиме (сигнал с входа выбора режима 18 - нулевой), устройство работает совершенно так же, как и известное. Во втором режиме (адаптивном) по сигналу на входе 18, имею- щему единичное значение, длительность стандартного импульса, формируемого блоком 3, в зависимости от длительности измеряемого импульса, принимает одно из нескольких стандартных значений. Чем меньше длительность измеряемого импульса, тем меньше длительность стандартного импульса, причем все длительности стандартных импульсов заранее известны/градуированы, и выдаются пользователю в качестве вспомогательной информации при окончательном определении длительности измеряемого импульса. Таким образом, при малых длительностях измеряемых импульсов, сохраняя заданную точность измерения, устройство позволяет за счет сокращения длительности стандартного импульса, определяющего длительность процесса измерения, сократить последнюю.

Устройство работает следующим образом: в исходном состоянии содержимое счетчиков 12 и 27 - нулевое, уровень сигналов с выходов генераторов 5 и 7 - также нулевой.

Измеритель по фиг.1 работает в обоих режимах практически аналогично известному. Отличие (в адаптивном режиме) заключается лишь в процессе формирования блоком 3 и как результат длительности стандартного импульса с выхода этого бло- 5 ка. Кроме того, в адаптивном режиме пользователь при расчете длительности измеряемого импульса использует, кроме показаний счетчика 12, также и показания счетчика 28.

0 Рассмотрим работу устройства в обычном режиме (на входе выбора режима - нулевой сигнал).

Формирователь 1 и 2 старт-импульса и стоп-импульса вырабатывают импульсы, со5 ответствующие началу и концу временного интервала, соответствующего длительности измеряемого импульса на заданном уровне. Старт-импульс через элемент ИЛИ 4 поступает на первый вход генератора пилорбраз0 ного напряжения 5, который по нему начинает вырабатывать нарастающее ли- . нейное напряжение. Стоп-импульс, поступая на второй вход генератора 5 через элемент ИЛИ 8, вызывает формирование на

5 его выходе линейно спадающего напряже-: ния. По достижении линейно спадающим, напряжением нулевого уровня срабатывает нуль-орган 9, и импульс с выхода формирователя 10 через элемент ИЛИ 4 поступает

0 также на первый вход генератора 5, который вновь начинает вырабатывать линейно нарастающее напряжение.

Для второго генератора 7 пилообразного напряжения роль старт-импульса выпол5 кяет стоп-импульс и наоборот, роль стоп-импульса - импульс с выхода формирователя 10, по которому генератор 7 начинает вырабатывать линейно спадающее напряжение, а при поступлении импульса с

0 выхода формирователя 14 - линейно нарастающее напряжение. Таким образом, одновременно генераторы 5 и 7 формируют - один линейно нарастающее напряжение, а другой линейно спадающее напряжение

5 (или наоборот). Крутизна нарастания и спада напряжений у обоих, генераторов 5 и 7 одинакова. Вследствие этого на их выходах образуются периодические последовательности треугольных импульсов, сдвинутые

0 друг относительно друга на половину периода. Период треугольных напряжений равен удвоенной длительности измеряемого импульса.- .

Треугольные напряжения с выходов ге5 нераторов 5 и 7 поступают на первый и второй входы компаратора 15, который срабатывает в моменты равенства входных на- пряжений. По сигналу с выхода

компаратора срабатывает формирователь 16. Таким образом, на выходах формирователей 10, 14 и 16 образуются периодические последовательности импульсов, которые объединяются на элементе ИЛИ б в периодическую последовательность импульсов с периодом, равным половине длительности измеряемого импульса.

Этта последовательность импульсов поступает на первый вход элемента И 11, на второй вход которого подается импульс стандартной длительности с выхода формирователя 3, запускаемого в момент прихода старт-импульса. В течение длительности стандартного импульса импульсы с выхода элемента ИЛИ 6 проходят через элемент И 11 и фиксируются в счетчике 12.

Измеряемая длительность определяется из выражения Т D/N, где Т - длительность измеряемого импульса, N - число импульсов, зафиксированных счетчиков 12, Д - длительность стандартного импульса.

Следует отметить, что при появлении старт-импульса (при первом нарастании напряжения на выходе генератора 5) напряже- иие на выходе генератора 7 остается нулевым, так что в этом интервале не срабатывает компаратор,и,следовательно, необходимо корректировать результат измерения либо предварительным (перед началом измерения) внесением единицы в счетчик 12, либо добавлением при расчетах единицы к значению N.

. Рассмотрим отдельно работу блока 3 (фиг.2) в данном режиме.

В данном (обычном) режиме по входу 18 подается постоянное (в течение всей длительности обычного режима измерения) нулевое напряжение. Сигнал с выхода 19 формирователя старт-импульса 1 поступает в блок 3 и устанавливает триггер 24 в единичное состояние, а также, проходя через открытый элемент 22 И (сигналом положительным с выхода элемента НЕ 30) поступает на синхровход реверсивного счетчика 27, по этому сигналу в счетчик записывается информация с информационных входов; так как эти входы соединены на шину с положительным потенциалом, то во все разряды счетчика 27 записываются единицы. Триггер 24 единичным сигналом с прямого выхода разрешает работу второго генератора импульсов 26, импульсы с выхода которого, поступая на вычитающий вход реверсивного счетчика 27 декрементируют его содержимое, одновременно эти импульсы подсчитываются счетчиком 28 (хотя в данном режиме и он не играет существенного значения).. .--... Через 2п-1 периодов импульсов с генератора 26 очередным импульсом с его выхода реверсивный счетчик 27 устанавливается

в исходное (нулевое) состояние, на выходе дешифратора 29 появляется нулевой сигнал (дешифратор 29 настроен на нулевую комбинацию разрядов счетчика 27, с его выхода

. снимается положительный сигнал при любой другой комбинации состояний разрядов счетчика 27), по сигналу с дешифратора 29, поступающего с выхода блока 3 на второй вход элемента И 11 прекращается поступление импульсов в счетчик 12. По этому же сигналу срабатывает формирователь 31 и возвращает триггер 24 в исходное (нулевое) состояние. После этого устройство вновь готово к работе.

В данном (обычном) режиме стоп-им- пульс по входе 20 не влияет на работу блока 3, так как подтверждает исходное (нулевое) состояние триггера 23.

Таким образом, в обычном режиме работы устройства, длительностью стандартного импульса постоянна для любой длительности измеряемого импульса и определяется выражением D (2п-1) ТГ2 , где п - разрядность реверсивного счетчика,

Тг2 1 - период импульсов с выхода генератора 26.

Рассмотрим работу заявляемого устройства в адаптивном режиме. При этом (в течение всего режима) по входу 18 поступает единичный сигнал. Отличия - лишь в работе формирователя 3.

Старт-импульсе выхода формирователя 1 поступает по входу 19, сбрасывает (как и в обычном режиме) счетчик 28, устанавливает

триггер 24 в единичное состояние, по которому разрешается работа генератора импульсов 26 и, проходящий через открытый сигналом с входа 18 элемент И 21, устанавливает в единичное Состояние триггер 23,

который разрешает работу генератора 25. Элемент 22 не срабатывает, то есть в данном режиме не происходит записи числа 2п-1 в счетчик 27, и он начинает работу с нулевого состояния.

Частота следования импульсов с выхода генератора 25 больше частоты следования импульсов с выхода генератора 26 (обозначим их соответственно f|-| 1/Т| | И

1/Тг). Частота генератора 25 определяет

градации длительности стандартного импульса с выхода блока 3. Она подбирается следующим образом. Предположим, что для длительности импульса наибольшей градас ции (вообще говоря, это максимальная длительность измеряемого импульса, а вернее - диапазон длительностей) Ттах, как и в обычном режиме, длительность стандартного импульса должна быть D (2п-1) ТГ2 . В этом случае частота генератора 25 опреде

ляется следующим соотношением: fn (2П- 1)/ТМах, где все параметры описаны ранее.

Генерация импульсов блоком 25 продолжается до тех пор, пока не поступит стоп-импульс по входу 20 от блока 2, При этом триггер 23 переводится в нулевое состояние и генерация импульсов с блока 25 прекращается. В остальном блок 3 работает аналогично.

Таким образом, для длительностей измеряемых импульсов i-ой градации i 1, 2n-i, длительность стандартного импульса равна Dl i ТГ2 . Длительность стандартного импульса для выбранной градации определяется пользователем по показаниям счетчика 27 после окончания изменения (например, по срабатыванию блока 31). И в адаптивном режиме длительность измеряемого импульса определяется из выражения Т. (ЬТг2)/М.

Таким образом, длительность измерения параметров импульсов зависит от длительности измеряемого импульса (в адаптивном режиме),.и для коротких измеряемых импульсов значительно меньше, чем для длинных импульсов при сохранении заданной точности измерения.

Формула изобретения

1, Цифровой измеритель длительности одиночных электрических импульсов, содержащий формирователь старт-импульса, формирователь стол-импульса, формирователь импульса стандартной длительности, три элемента ИЛИ, два генератора пилообразного напряжения,, последовательно соединенные первый нуль-орган и первый формирователь импульсов, последовательно соединенные компаратор и третий формирователь импульсов, последовательно соединенные второй нуль-орган и второй формирователь импульсов, последовательно соединенные элемент И и счетчик, причем информационный вход измерителя подключен к входам формирователя старт- импульса и формирователя стоп-импульса, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и третьего элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих формирователей импульсов, выход первого элемента ИЛ И соединен с первыми входами генератора пилообразного напряжения и второго элемента ИЛИ, выход третьего элемента ИЛИ соединен с вторыми входами генераторов пилообразного напряжения и второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу элемента И, первый вход которого соединен с выходом формирователя импульса стандартной длительности, выход первого генератора 5 пилообразного напряжения соединен с входом первого нуль-органа и первым входом компаратора, выход второго генератора пилообразного напряжения соединен с входом компаратора и входом второго

0 нуль-органа, выход третьего формирователя импульсов соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ, отличающий с я тем, что, с целью сокращения времени изме- . рения длительности коротких электриче5 ских импульсов за счет адаптации к длительности измеряемых импульсов, выходы формирователя старт-импульса и формирователя стоп-импульса подключены соответственно к первому и второму входам

0 формирователя импульса стандартной длительности, третий вход которого подключен к входу выбора режима измерителя.

2. Измеритель по п. 1, о т ли ч а ю щи й- с я тем, что формирователь импульса стэн5 дартной длительности содержит два элемента И, элемент НЕ, два генератора импульсов, два триггера, реверсивный счетчик, блок формирования импульсов, дешифратор и счетчик, причем первый вход

0 формирователя соединен с первыми входами первого и второго элементов И, с входом сброса счетчика и с установочным входом второго триггера, второй вход формирователя соединен с входом сброса первого

5 триггера, третий вход формирователя соединен с вторым входом первого элемента И и через элемент НЕ с вторым входом второго элемента И, выход первого элемента И подключен к установочному входу первого

0 триггера, прямые выходы первого и второго триггеров соединены соответственно с входами запуска первого и второго генераторов импульсов, выходы которых подключены соответственно к суммирую5 щему и вычитающему входам реверсивного счетчика, выход второго элемента И соединен с синхровходом реверсивного счетчика, информационные входы которого подключены к шине с положительным потенциа0 лом, счетный вход счетчика подключен к выходу второго генератора импульсов, выходы реверсивного счетчика подключены к входам дешифратора, выход которого является выходом формирователя и через блок

5 формирования импульсов подключен к входу сброса второго триггера.

i

Фиг 2

Применение: устройство относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых измерителях длительности импульсных сигналов. Сущность изобретения: измеритель содержит формирователь 1 старт-импульса, фор- мирователь 2 стоп-импульса, формирователь 3 импульса стандартной длительности, три элемента ИЛИ, 4, 6 и 8, два генератора пилообразного напряжения 5 и 7, два нуль-органа 9 и 13, три формиро - вателя импульсов 10. 14 и 16, счетчик 12 импульсов, компаратор 15 с соответствующими связями. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.