Устройство для измерения временных интервалов Советский патент 1982 года по МПК G04F10/04 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ

1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике.

Известно устройство регистрации моментов времени, содержащее регистрирующий механизм, кольцевой счетчик, схему объединения и линии задержки , через которые выходы кольцевого счетчика подключены к схеме объединения, выход которой соединен с регистрирующим механизмом l Однако данное устройство не обеспечивает достаточной точности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения временных интервалов, содержаще счетчик,подключенный через цифроаналоговый преобразователь к входу перестраиваемого генератора, второй счетчик импульсов, включенный на выходе первой схемы совпадения, блок управления, генератор стандартных импульсов, соединенный с входом схемы совпадения, формирователи, генератор

квантующих импульсов, причем в состав блока управления входят дополнительные схемы совпадения и триггеры 2.

Известное устройство также не обеспечивает достаточной точности.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее

10 триггер, перестраиваемый генератор, опорный генератор, два счетчика, два блока сравнения и блок управления, введены арифметический вычислитель, блок оперативной памяти,блок

IS очередности, блок подстройки частоты и четыре регистра, первые входы каждогс( из которых соединены с четырьмя выходами блока подстройки частоты, пятый выход которого соединен с

20 первым входом блока управления,первый выход которого соединен со вторыми входами регистров, а второй выход подключен к первому входу блока 3 подстройки частоты, второй вход кот рого соединен с входом первого счет чика и выходом опорного генератора, а третий вход которого подключен к выходу перестраиваемого генератора, вход которого через регулятор соединен с выходами триггера, вход которого соединен с входной шиной, первым входом второго счетчика и вт рым входом блока управления,третий вход которого соединен с первым выходом арифметического вычислителя, второй выход и первый вход которого подключен к блоку оперативной памяти, третий выход блока управления подключен к первому входу блока оче редности, а четвертый выход блока уп равлений соединен со вторым входом второго счетчика, третий вход котор го подключен к выходу перест0аиваемого генератора, а выход соединен с вторым, входом арифметического вычис лителя, третий вход которого подключён к выходу блока очередности, остальные входы арифметического вычис лителя соединены соответственно с выходами регистров, третьи входы вт рого и четвертого из которых соединены с третьим выходом арифметического вычислителя , причем выход isTop го регистра соединен с первым входо первого блока сравнения, выход четв того регистра соединен с первым вхо дом второго блока сравнения, вторые входы блоков сравнения соединены с выходом первого счетчика, а выходы блоков сравнения соединены со вторым и третьим входами блока очер ности. На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства. Устройство содержит триггер 1, регулятор 2, перестраиваемый генера тор 3, блок k подстройки частоты, опорный генератор 5, регистры 6-9 арифметический вычислитель 10, блоки 11 и 12 сравнения, счетчики 13 и 1, блок 15 управления, блок 16 оперативной памяти, блок 17 очередности. Входной сигнал подан на входную шину 18. Устройство работает следующим образом. Входной сигналi соответствующий какому-либо событию, поступает на вход триггера 1, который через регулятор 2 изменяет частоту генерато 3. Блок k подстройки частоты подстр ивает частоту генератора 5 под частоту генератора 3 по частоте и по фазе, причем частоту генератора 5 выбирают равной по номиналу или в целое число раз ь мие частоты генератора 3. После очередного срабатыания триггера 1 блок t начинает раоту с определения точного коэффициента пропорциональности, для чего одсчитывают периоды генератора 3 за нтервал времени, равный определенному количеству периодов генератора 5, отсюда: где THZ -период генератора 3; Na -количество периодов генератора 3; -количество периодов генератора 5; -период генератору 5, ХОТЯ заранее известно, что где К - номинальный коэффициент пропорциональности - целое число. Действительный коэффициент прорпорциональности tr запоминается в , NI регистре 6, а в регистр 7 записывается нуль. Блок 11 сравнивает содержимое счетчика 13, который непрерывно подсчитывает (периоды генератора 5 с содержимым регистра 7, как только произойдет совпадение кодов регистра 7 и счетчика 13 блока 11 через блок 17, который разносит по времени обращение к вычислителю 10, запускает его. В вычислителе 10 происходит добавление к содержимому регистра 7 действительного козффициента Пропорциональности хранящегося в регистре 6, сумма снова записывается в регистр 7 и ожидается новое срабатывание блока 11, при каждом срабатывании которого указанные операции повторяются, однако счетчик 13 считает периоды генератора 5 только до определенного числа Q, затем счет начинается с нуля,поэтому суммирование p/N к содержимому регистра 7 производится по модулю Q , т.е. 1- . 1 где L. 1 содержимое регистра i-TOM шаге; исходное.состояние регистра 7; Ь2,3....

Таким образом, формируется числовая последовательность, синхронная с частотой генератора 3, затем блок подстраивает фазу этой числовой последовательности к фазе генератора 3 для чего выполняются следующие действия.

.Так как периоды генератора 3 и числовой последовательности, с одной стороны, и период генератора 5.Увеличенный я К раз, с другой стороны, не равнь i другу, то фаза генератора 5 пер щается по отношению к фазам числом. юследовательности и генератора 3 -ПOЛьзyя это, блоком подсчитывается количество периодов генератора 5 между совладениями его фазы с фазой генератора 3 и фазой числовой последовательности. Полученное число делится на число периодов генератора S, подсчитанное между двумя ближайшими совпадениями его фазы с фазой генератора 3, полученное частное блок t использует для коррекции (добавления или вычитания) содержимого регистра 7 Таким образом получается синфазная и синхронная числовая последовательность частоте генератора 3. Совпадение фазы генератора 5 с фазой генератора 3 определяется блоком k как первое попадание переднего фронта импульса частоты генератора 5 под длительность импульса генератора 3, а совпадение фазы числовой последовательности с фазой генератора 5 определяе ся как приближение содержимого регистра 7 к определенному целому числу с заранее заданной точностью, это устанавливается с помощью вычислителя 10 и блока 15- Такая же числовая последовательность формируется для частоты генератора 3 ДО ее из(менения входным сигналом, но для этого используются регистр 8, где хранится коэффициент пропорциональности

п

Ь- и регистр 9, где хранится соб1

ственно числовая последовательность.

При помощи вычислителя 10, блока 16 и блока 15 рассчитывается момент изменения частоты генератора 3, используя факт равенства сдвига фаз той и другой числовой последовательности от фазы генератора 5 вмомент изменения частоты.

Блок 15 совместно с вычислителем 10 анализирует параметры до и после

входного сигнала и блок 10 настраивается на вычисление по соответствующей формуле. Один момент времени определяется последовательным запоминанием значений числовой последовательности, отличающихся от целого числа на величину погрешности в блоке 16 оперативной памяти. Другой момент времени определяется как ближайшее к целому числу значение последовательности, но при этом числ .периодов генератора 3, отсчитанное счетчиком от момента начала входного сигнала до другого момента, должно быть меньше периода числовой последовательности, который определяется как частное от деления наибольшего сдвига фазы на перемеи(ение фазы за один период генератора 3Результат получается в числе периодов генератора 3.

1(спользуя образцовый генератор

5 с частотой 1 МГц и генератор 3

.-.-3

той же частоты и стабильностью 10 получают точность определения момента времени порядка 3 нсек:

Таким образом, используя предлагаемое устройство, можно определить временные интервалы с точностью единиц наносекунд, используя сравнительно низкочастотные генераторы.

Формула изобретения

Устройство для измерения вр1еменных интёрвалов, содержащее триггер, перестраиваемый генератор,опорный генератор, два счетчика, два блока сравнения и блок управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений в него введены арифметический вычислитель, Слок оперативной памяти, блок очередности, блок подстройки частоты и четыре регистра, первые входы каждого из которых соединены с четырьмя выходами блока подстройки частоты, пятый выход которого соединен с первым входом блока управления, первый выход последнего соединен со вторыми входами регистров, а второй выход подключен к первому входу блока подстройки частоты, второй вход которого соединен с входом первого счетчика и выходом опорного генератора, а третий вход подключен к выходу перестраиваемого генератора, вход которого через ре1гулятор соединен с выходам триггера, вход последнего соединен с входной шиной, первым входом второго сче чика и вторым входом блока управления, третий вход которого соединен с первым выходом арифметического вычислителя, второй выход и первый ёход которого подключен к блоку оперативной памяти, третий выход блока управления подключен к первому входу блока очередности, а четвертый выход блока управления соединен со вторым входом второго счетчика, третий вход которого подключен к выходу перестраиваемого генератора, а выход соединен со вторым входом арифметического вычислителя, третий вход которого подключен к выходу бло ка очередности, остальные входы ариО метического вычислителя соединены соответственно с выходами регистров, 8 третьи выходы второго и четвертого из которых соединены с третьим выходом арифметического вычислителя, причем выход регистра соединен с первым входом первого .блока сравнения, выход четвертого регистра соединен с первым входом второго блока сравнения, вторые входы блоков сравнения соединены с выходом первого счетчика, а выходы блоков сравнения соединены со вторым и третьим входами блока очередности. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 1 559217, кл. G 04 F 10/00, Oi.09.7t. 2.Авторское свидетельство СССР f 656018, кл. С 04 F 10/00 , 23.03.77.