ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕН-И Советский патент 1973 года по МПК G04F10/04 

1

Изобретение относится к устройствам ДЛЯ измерения малых отрезков времени и может быть использовано для построения цифровых измерителей инфервалов времени, в измериteльныx системах ядерной физики, в еистема.х, измеряющих скорости и рассюяния, и т. п.

Известен преобразователь интервалов вреМени, содержащий основной ударно возбуждаемый генератор затухающих синусоидальных колебаний е кварцевым резонатором в качестве звенящего конТура, опорный reiieратор непрерывных синусоидальных колебаний, стабилизированный кварцем, смеситель, один из входов которого соединен с выходом основного генератора затухающих синусоидальных колебаний, а второй вход - с выходом опорного генератора непрерывных синусоидальных колебаний, формирователь выходных импульсов, систему следящей селекции, состоящую из формирователя опорных импульсов, соединенного входом с выходом опорного генератора непрерывных синусоидальных Колебаний, генератора следящего строб-импульса, соединенного первым входом со входом преобразователя интервалов времени, вторым - с выходом формирователя опорных импульсов и третьим - с выходом формирователя выходных импульсов, клапана, соединенного управляющим входом с выходом генератора следящего строб-импульса, а сигнйЛЬным входом - с выходом формирователя выходных импульсов.

Недостатком известного Преобразователя является нелинейность характеристики преобразования, причиной Которой является немоночастолйость кварцевого резо.Натора;

С целью уменьшения ошибки преобразования, вызнанной немоНочйсТоТНосТью осйовНогб кварцевого резонатора, в предлагаемом преобразователе между выходом смесителя И входом формирователя выходных и.мпульсов включены последовательно соединенные дополнительный ударно возбуждаемый генератор затухающих синусоидальных колебаний с кварцевым резонатором в качестве звенящего контура (дополнительный резонатор) и усилитель-ограничитель, а вход основного ударно возбуждаемого генератора затухаюн1их синусоидальных колебаний соединен с выходом специального формируюо1,его устройства, запускаемого входным интервальным импульсом. Кроме того, специальное формирующее устройство состоит из звенящего колебательного контура, формирователя строб-импульсов, вход которого соединен со входом звенящего контура и со входом преобразователя интервалов времени, управляемого формирователя коротких видеоимпульсов, управляющий вход которого соединен с выхо.аом формирователя строб-импульса, а сигнальный

вход - с выходом звенящего контура, второго звенящего колебательного контура, соединенного входом с выходом управляемого формирователя коротких видеоимпульсов, а выходом - со входом основного ударно возбуждаемого генератора затухающих синусоидальных колебаний.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 - блок-схема специального входного формирующего устройства.

Преобразователь содержит дополнительный ударно возбуждаемый генератор /, который включен после смесителя 2 и возбуждается его выходными колебаниями (фиг. 1), основной ударно-возбуждаемый генератор 3. Дополнительный генератор / выполнен с кварцевым резонатором в качестве звенящего контура.

Резонансная частота резонатора должна быть равна абсолютной величине разности между частотой опорного генератора 4 и поминальной резонансной частотой основного кварцевого резонатора. Резонатор может быть моночастотным, поскольку его разностная частота составляет сотни килогерц, и немолочастотным, но при этом частоты его побочных резонансов не должны совнадать с побочными частотами в спектре выходного сигнала смесителя.

Преобразователь интервалов .времени содержит также специальное формирующее устройство 5, возбуждающее генератор 3. Особенностью этого устройства является форма его выходных колебаний, спектральный состав которых таков, что максимум спектральной плотности 1пр(иходи,тся на .резопанспую частоту генератора 3, а минимум - па :резоп анспую частоту генератора /. Кроме того, спектральпая плотность быть также достаточно мала на частотах, соответствующих низшим механическим -обертонам осиов.ного кварцевого .резонатора, так как при высоких ча.стотах основной резонансной частоте кварцевого резонато.ра соответствует частота одного из механических обертонов.

Усилитель-ограничитель 6 предлагаемого преобразователя устраняет влияние изменения амплитуды сигнала на выходе генератора /; система следящей селекции состоит из формирователя 7 опорных импульсов, генератора 8 следяп1.его стробо-импульса и клапана 5 и обеспечивает выбор нужного импульса из последовательности и.мпульсов па выходе формирователя 10 выходных импульсов.

На фиг. 2 в произвольном масштабе изображены эпюры 1апряжений в узлах блок-схемы, причем индекс у напряжения соответствует номеру блока на фиг. 1, выходцым си1налом которого является данное напряжение. Входной интервальный имнульс обозначен символом L/O. С приходом И тервального импульса запускается схема формирующего ycTpoiicTBa 5, его выходное панряжение представляет собой суперпозицию нескольких (порядка двадцати пяти) экспоненциально-затухающих радиоимпульсов с частотой несущей, равной резонансной частоте кварцевого фильтра в генераторе 3. При этом период следования радиоимпульсов кратен периоду их несущей частоты, а количество их выбрано таким, что длительность результирующего радиоимпульса на выходе формирующего устройства 5 (фиг. 2, L/s) примерно равна длительности периода колебания генератора /. При таких параметрах выходного колебания нанряжепия Us его спектр соответствует требуемому.

Выходпые колебания напряжения бз воз,буждают кварцевый резонатор в геператоре 3 (основной резонатор), который свободно колеблется, создавая на выходе (Us) экспоненциально-затухающий радиоимпульс. Выходное колебание напряжения /7з поступает на смеситель 2, где смешивается с колебаниями опорного генератора 4. Па выходе смесителя возникают нродукты смешения, представляющие собой экспонепциальпо затухающие радиоимпульсы с комбинационными частотами. Вся эта совокупность колебаний воздействует на кварцевый резонатор генератора / (донолнительный резонатор). Однако весомый энергетический вклад в свободные колебания последнего смогут внести лищь те компоненты напряжения (/а, спектральная плотность которых составляет существенную величину на частоте резонанса дополнительного резонатора. Такой компонентой является основная компонента с разностной частотой в составе напряжения U.

Погрешность нелинейности характеристики преобразования Бц, приведенная ко входу преобразователя и отнесенная к периоду опорного генератора, в этом случае оказывается примерно равной следующему выражению

Ко

S

1 +а

it I

е Ко - коэффициент преобразования;

QI - добротность основного кварцевого

резонатора;

а - некоторая постоянная, зависящая от отпоснтелыюй частотной расстройки основного разностного колебания по отношению к резонансной частоте дополнительного резонатора и близкая к единице; Y( - величина относительной интенсивностн (-ГО побочпого резонанса в основном резонаторе;

bi - некоторая постоянная, зависящая от относительной частотной расет ройки f-ro побочпого разностного колебания по отнощению к резонансной частоте дополнительного резонатора п также близкая к единице.

Собственный же вклад дополнительного реонатора в пелипейность составляет порядка

Ko/Qi, что является достаточно малой величиной. Таким образом, выходные колебания генератора / представляют собой моночастотный экспоненциально затухающий радиоимпульс, фаза несущей которого является линейной функцией измеряемого интервала т. Поскольку амплитуда пакета напряжения Ll изменяется во времени, а порог срабатывания формирователя 10 неточно равен нулю, то для уменьщения влияния величины амнлитуды на момент возникновения выходного имнульса формирователя 10 иснольз}ется )силитель-ограничитель 6, преобразующий амплитудно модулированный пакет напряжения 11 в пакет прямоугольной волны (меандра) на значительном участке длительности нанряжения Ll. Напряжение U становится мопочастотным лишь после того, как затухнет нанряжение 62, так как в нротивном случае на выходе генератора 1 нрисутствует какая-то доля входного возбуждающего сигнала, а следовательно, выходной импульс нреобразователя выбирается среди выходных импульсов напряжения t/io, довольно далеко отстоящих от начала пакета.

Такой выбор осуществляется с помощью системы следящей селекции. Принцип действия этой системы состоит в том, что интервал времени между входным интервальным импульсом и первым следующим за ним опорным импульсом на выходе формирователя 7 опорных импульсов преобразуется с помоп1ью преобразователя масштаба времени типа «время- амплитуда - время, входящего в состав генератора 8, с коэффициентом преобразования, примерно равным Ко (особой точности преобразования при этом не требуется). Таким образом, выходной имнульс нреобразователя с онределенной точностью следит за выходными имнульсами формирователя 10.

Последующими устройствами, входящими в состав генератора 8, этот импульс задерживается на необходимый ностоянный интервал времени и вырабатывает строб-имнульс, поступающий па клапан 9.

Основными узлами специального формирующего устройства 5 являются звенящий колебательный контур // с нериодом колеба.чий, кратным периоду основного резонатора, формирователь 12 строб-импульса, длительность импульса которого равна периоду колебаний дополпителыюго резонатора, управляемый формирователь 13 коротких видеоимпульсов и звенящий колебательный контур 14 с периодом колебаний, равным периоду основного резонатора.

Формирующее устройство 5 работает следующим образом.

Входной интервальный импульс возбуждает контур //, колебания которого ностунают на формирователь 13. Одновременно запускается генератор 12 строб-импульса, в результате действия строб-импульса формирователь 13 оказывается чувствительным к колебаниям контура //; на выходе формирователя возникают короткне видеоимпульсы, возбуждающие контур 14. По окончании строб-импульса формирователь 13 перестает запускаться, а колебания в контурах // и 14 экспоненциальнозатухают.

Предмет изобретения

Преобразователь ннтервалов времени, содержащий основной ударно возбуждаемый генератор затухающнх синусоидальных колебаний с кварцевым резонатором в качестве звенящего KOirrypa (основной резонатор), опорный генератор непрерывных синусоидальных колебаний, стабилизированный кварцем, смеситель, один из входов которого соединен с выходом основного генератора затухающих синусоидальных колебаний, а второй вход - с выходом опорного генератора непрерывных синусоидальных колебаний, формирователь выходных импульсов, систему следящей селекции, состоящую из формирователя опорных импульсов, соединенного входом с выходом опорного генератора непрерывных синусоидальных колебаний, генератора следящего строб-и 11н льса, соединенного нервым входом со входом преобразователя интервалов времени, вторым - с выходом формирователя онорных импульсов и третьим - с выходом формирователя выходных импульсов, клапана, соединенного унравляющнм входом с выходом генератора следящего строб-импульса, а сигнальным входом - с выходом формирователя выходных нмпульсов, отличающийся тем, что, с целью уменьщепия ощибки преобразования, вызванной немоночастотностью основного кварцевого резонатора, между выходом смесителя и входом формирователя выходиых импульсов включены носледовательно соединенные дополнительный ударно возбуждаеемый генератор затухаюн нх еннхтоидальных колебаний с кварцевым резонатором в качестве звеняп1,его контура (дополнительный резонатор) и усилитель-ограничитель, а вход основного ударно возбуждаемого генератора затухающих синусоидальных колебаний соединен с выходом специального формирующего устроГ|ства, запускаемого входным интервальным импульсом.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что специальное формнруюн 1,ее устройство состоит из звеняндего колебательного контура, формирователя строб-импульсов, вход которого соединен со входом звенящего контура и со входом преобразователя интервалов времени, унравляемого формирователя корот ких видеоимпульсов, управляюпип вход кото рого соединен с выходом формирователя строб-импульса, а сигнальный вход - с выходом звенящего контура, второго звенящего колебательного контура, соединенного входом с выходом управляемого формирователя коротких видеоимпульсов, а выходом - со входом основного ударно возбуждаемого генератора затухающих синусоидальных колебаний.

1

ff

-иедшншйвдмлт

ю

1 и и 111

и.

il.