Измеритель задержки импульса Советский патент 1993 года по МПК G01R29/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерителям временных интервалов.

Цель изобретения повышение точности измерения гз.

Изобретение поясняется чертежами (фиг.1- 4), где изображены: схема измерителя (фиг. 1), схема блока регистрации времени измерителя (фиг.2): временные диаграммы, поясняющие работу измерителя прототипа (фиг.З); временные диаграммы, поясняющие работу предлагаемого измерителя (фиг.4).

Устройство (фиг.1) содержит: 1 - линия задержки (ЛЗ); 2 - усилитель; 3 - сумматор; 4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 5 - схема сравнения; 6 - блок регистрации времени (БРВ); 7 - коммутатор; 8 - регистр; 9 - генератор тактовых импульсов (ГТИ); 10-блок выбора максимума (БВМ); 11 - фильтр.

. Блок регистрации времени 6 содержит (фиг.2): 12 - счетчик, 13 - коммутатор; 14 - регистр

При этом последовательно соединены фильтр 11, в состав которого входят Л31. усилитель 2 и сумматор 3, АЦП 4, блок выбора максимума 10, в состав которого входят схема сравнения 5, коммутатор 7 и регистр 8, блок регистрации врамени 6, в состав которого входят (фиг.2) счетчик 12, коммутатор 13 и регистр 14. Кроме того, выход генератора тактовых импульсов 9 соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя 4, с входом записи регистра 8 и информационным входом блока регистрации времени 6. на вспомогательные выходы бликов 6 и 8 поступает синхроимпульс.

Коэффициент усиления усилителя 2. включенного между N-м выходом Л 3 1 и М-м входом сумматора 3, равен двум.

В начале процедуры измерения задержки прихода импульса в блоке выбора максимума 10 (фиг.1) на втором входе схемы сравнения 5 устанавливается начальное напряжение Un 0, поступающее с выхода регистра 8. Регистр 8 в начале процедуры

(Л

С

со ю

&

о

измерения обнуляется синхроимпульсом СИ

В блоке регистрации времени 6 (фиг.1, 2) под действием СИ в счетчик 12 и регистр 14 записывается начальный код Кнач. Значе- ние кода КНач находится с учетом того, что максимальный по величине отклик на выходе фильтра 14 появляется в момент 1м, который связан с измеряемой задержкой Т3

соотношением

Г3 tM - Тл

Тлз N At

(1) (2)

a At - шаг ЛЗ, выбирается из условия достижения требуемой точности измерения гэ, не превышает максимальной величины ru.

Число отводов N выбирается из условия, чтобы величина ТЛз была меньше максимально возможной длительностью tu, на величину Тлз, выраженную двоичным кодом, требуется уменьшить результат измерения гэ. Корректировку можно обеспечить, запи- сав в начале процедуры измерения в счетчик 12 не нулевое значение, а значение Кнач.

При этом должно учитываться также, что объем (разрядность L) счетчика 12 выби- рается из максимальной априорно известной величины задержки

Гзшах 2L At

(3)

Для известных (выбранных для измерителя) величинах r3max и Тлз начальный код Кнзч в сумме с кодом, соответствующим времени задержки ЛЗ и ТЛэ. должен давать код, состоящий из нулей в младших L разрядах и из 1 в старшем (L + 1) разряде

L разрядов

vrTRr:::To;

КОД Кнач

1-разрядов

+

КОД Тлз

„(L +J)pa3p {.разрядов

Чодод..юО

нулевой код

Установка счетчика 12 и регистра 14 в положение, соответствующее Кнач, осуществляется подачей на установочные R- и S-вхо- ды соответствующих разрядов счетчика 12 и регистра 14 синхросигнала СИ в начале процедуры измерения.

5

10

5

0

5

0

5

0

5

Измеритель работает следующим образом.

Результат суммирования с выхода сумматора 3, оконечного элемента фильтра 11 поступает на аналого-цифровой преобразователь 4. Для обеспечения его работы на управляющий вход преобразователя 4 поступает тактовая частота FT. причем FT 1/ At.

Разрядность аналого-цифрового преобразователя 4 определяется амплитудой импульса, задержку прихода которого требуется измерить и напряжением шумов, на фоне которых приходится выделять приходящий импульс.

На выходе АЦП 4 будет формироваться напряжение, выделенное фильтром 11. Оно в цифровом виде (m-разрядный код) с периодом следования, равным At 1/РТ)посту- пает в блок выбора максимума 10.

Блок выбора максимума 10 работает следующим оЪразом. На первый вход схемы сравнения 5 поступает текущее значение напряжения, выделенное фильтром 11 и преобразованное аналого-цифровым преобразователем 4. На второй вход схемы сравнения 5 поступает напряжение, хранящееся в регистре 8. которое в начале процедуры устанавливается равным нулю синхроимпульсом СИ На выходе схемы сравнения 5 вырабатывается напряжение лог О или лог. 1 в .зависимости от того, какая из двух сравниваемых величин больше.

Если с выхода аналого-цифрового преобразователя поступает напряжение большее, чем записанное в регистре 8, то на выходе схемы сравнения 5 вырабатывается напряжение, поступающее на управляющий вход коммутатора 7, под действием которого выход преобразователя 4 соединится с выходом регистра 8. Под действием тактовой частоты FT, поступающей с выхода генератора 9 на вход записи регистра 8, вновь поступающее с преобразователя 4 значение напряжения запишется в регистре 8.

В следующем отрезке времени, равном At. вновь поступившее с АЦП 4 напряжение будет сравниваться с напряжением, ранее записанным в регистре 8, в данном случае с предыдущим. Если вновь поступившее значение оказалось, например, меньше, чем ранее записанное в регистре 8, то на выходе схемы сравнения вырабатывается напряжение, поступающее на управляющий вход коммутатора 7, под действием которого выход регистра 8 соединяется с его входом. Под действием тактовой частоты FT ранее

записанное в регистре 8 значение вновь переписывается в него.

Таким образом, если вновь поступившее с АЦП 4 значение напряжения превышает по величине ранее записанное в регистре 8, то в регистр 8г записывается, новое значение. Если н.овое значение напряжения, поступающее с АЦП 4, не превышает ранее записанное в регистр 8, то в регистре 8 регенерируется старое значение.

К концу процедуры в регистре 8 будет находиться максимальное за все время процедуры выделенное фильтром 11 напряжение. Блок выбора максимума реализует последовательную процедуру выбора максимального значения.

С выхода схемы сравнения 5 блока выбора максимума 10 управляющее напряжение поступает на коммутатор 13 блока регистрации времени б (фиг.1, 2). Блок б фиксирует время выделения максимального значения напряжения и работает синхронно с блокоМ Выбора максимума 10 и под его управлением. Блок б работает следующим образом.

Выход регистра 14 и выход счетчика 12 подключены к входам коммутатора 13, на управляющий вход которого приходит управляющее напряжение со схемы сравне- ния 5 блока выбора максимума 10.

В начале процедуры в счетчик 12 и регистр 14, как было сказано, синхроимпульсом СИ записывается код КН;.ч.

С приходом каждого тактового импуль- са FT счетчик 12 изменяет свое состояние, формируя на своем выходе код, соответствующий времени, прошедшему с момента начала процедуры измерения (от синхроимпульса)..

В те моменты времени, отсчитываемые счетчиком 12, когда с выхода аналого-цифрового преобразователя 4 на вход блока выбора максимума 10 поступает напряжение, превышающее по величине ранее запи- санное в регистре 8, в блоке регистрации времени 6, под действием управляющего сигнала, поступающего со схемы сравнения 5, выход счетчика соединяется через коммутатор 13 с регистром 14. Под действием тактовой частоты FT значение счетчика 12 записывается в регистр 14.

В те моменты времени, когда с выхода аналого-цифрового преобразователя 4 в блок выбора максимума 10 поступает на- пряжение, не превышающее ранее запи- .санного в нем, в регистре 14 регенерируется ранее зафиксированное в нем же значение времени (кода).

Процедура измерения ь заканчивается спустя время tamax Ui. после которого в регистре 14 блока 6 будет храниться код времени задержки импульса г, .

Для доказательства положительного эффекта рассмотрим реакцию фильтра прототипа и фильтра 11 (фиг. 1) на различные по длительности входные сигналы.

На фиг.З и 4 представлены диаграммы выходных напряжений соответственно для фильтра прототипа (фиг.З) и фильтру 11 (фиг.4) для случаев, когда Тлз 6 At. а входные импульс ы имеют длительности:

d) ru - At тлз; б) Гц - 3At Тла; в) ru 6 At Тлэ: г)ти 8Дг Тпз.

На фиг.З видно, что фильтр прототипа имеет плато в его выходной характеристике во всех случаях, кроме случая, когда длительность выходного импульса согласована с длительностью ЛЗ. т.е.

Глч

Из фиг.4 видно, что фильгр 11 (фиг.1) имеет аналогичное плато только для случаев когда

Ги

Именно 3iOT факт позволяет говорить о том что о случае входных импульсов с произвольной, но постоянной амплитудой и неизвестной длительностью fu. удовлетворяющей условию

Гитах - лз.

выходное напряжение фильтра 11 (фиг. 1) характеризуется следующими свойствами: существование и единственность локального максимума, что позволяет говорить о максимуме N выходного сигнала, независимость момента появления этого максимума tM от длительности ги , причем сам момент 1м при моменте появления импульса на входе t О определяется длительностью реакции фильтра, т.е. временем задержки Тлд в ЛЗ.

С учетом сказанного, основное преимущество настоящего измерителя состоит в несмещенности оценки Т, т.е. отсутствии систематической ошибки ( А- 0). Этим свойством не обладают измерители с согласованными фильтрами .-о их аходе. которые имеют значительную систематическую ошибку А . прямо пропорциональную разнице i ти Тлз i между длительностями входного импульса и задержки ЛЗ

Формула изобретения

Измеритель задержки импульса, содержащий N-отводную линию задержки, последовательно соединенные N-входовый сумматор и аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, схему сравнения и блок регистрации времени, к второму вспомогательному входу которого подключен вход подачи синхроимпульса, причем, выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя и информационному входу блока регистрации времени, вход которого соединен с выходом схемы сравнения, а выход - является выходом измерителя, вход N-отводной линии задержки соединен с входом измерите- ля, а первые IN-1I выходы - с соответствующими входами N-входового сумматора, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом схемы сравнения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены усилитель и последовательно соеI

диненные коммутатор и регистр, выход которого соединен с вторыми входами схемы сравнения и коммутатора, первый вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход - к выходу схемы сравнения, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом записи регистра, к вспомогательному входу которого подключен вход подачи синхроимпульса, N-й выход N-отводной линии задержки через усилитель соединен с соответствующим входом N-входового сумматора, при этом блок регистрации времени содержит счетчик и последовательно соединенные коммутатор и регистр, выход которого соединен с вторым входом коммутатора и выходом блока регистрации времени, первый вход коммутатора соединен с выходом счетчика, а управляющий

вход соединен с входом блока регистрации времени, информационный вход которого соединен со счетным входом счетчика и входом записи регистра, а вспомогательный вход соединен с одноименными входами

счетчика и регистра

II

п

Применение: изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерителям временных интервалов Сущность изобретения: устройство содержит линию задержки, усилитель, сумматор, аналого- цифровой преобразователь, схему сравнения, блок регистрации времени, коммутатор, регистр, генератор тактовых импульсов с соответствующими связями, 4 ил.

$иг. 2

ю

м

ъ

фиг. I

& .

1и At t

Ъи - ЗдЈ

Си бЛ t - 7/7J

Ьи - 8&t 7/7j

U 3 6 t Г/73

t и - B&t - 7лJ

t/- в At -r Tflb