Цифровой усредняющий измеритель временных интервалов Советский патент 1982 года по МПК G04F10/04 

(5) ЦИФРОВОЙ УСРЕДНЯЮЩИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ

I ..

Изобретение относится к измери- i тельной и импульсной технике и июжеТ быть использовано для измерения периодических временнъ1Х; интервалов.

По основному авт.св. (Г 533905 иавестен цифровой усредняющий измеритель временных интервалов, содержащий два разрешающих триггера, два ключа, эталонный генератор, блок усреднения, основной и вспомогательный счетчики и блок установки l.

Однако у измерителя недостаточная точность измерения при усреднении за счет непрямоугольного закона распределения импульсов эталонного генератора относительно интервала квантования.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет исключе| ия систематической ошибки.

Поставленная цель-достигается тем, что в цифровой усредняющий измеритель временных интервалов, содержащий два разрешающих триггера. ИНТЕРВАЛОВ

цва ключа, эталонный генератор, блок Усреднения,основной и вспомогательный счетчики, блок установки, подключенный к выходу блока усреднения, причем вход вспомогательного счетчика импульсов соединен с выходом первого ключа, а выход - с объединенными входами разрешающих триггеров , выходы которых соответственно подключены к вторым входам , третьи входы которых объединены между собой и соединены с входом блока установки, при этом первый вход основного счетчика соединен с выходом второго ключа, а второй вход основного счетчика -с выходом блока установки, дополнительно введены генератор эталонной частоты, четыре элемента совпадения, коммутатор, блок управления, регистр, блок сравнения кодов, счетчик и триггер, причем выходы генераторов эталонной частоты через коммутатор подключены к пеовым входам четырех элементов совпадения, выход первого из которых соединен с объединенными входами ключей, выход второго элемента срвпадения подключен к первому входу дополнительного триггера, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента совпадения, а выход - с вторым входом четвертого элемента совпадения и первым входом блока управления, первый и второй в ходы которого подключены соответственно к управляющему входу коммутатора и второму входу первого элемента совпадения, выход четвертого элемента совпадения через дополнительный счетчик соединен с входом регистра и первым входом блока срав нения кодов, второй вход которого соединен с выходом регистра, а выход - с вторым входом блока управления, шины Стоп и Старт импульсов подключены к вторым входам второго и третьего элементов совпадения соответственно. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу, Цифровой усредняющий измеритель временных интговалов содержит генераторы 1 и 2 эталонной частоты, три геры , ключи 6 и 7, блок 8 усред нения, основной счетчик 9, вспомога тельный счетчик 10 и дополнительный счетчик 11, блок 12 установки, подключенный к выходу блока 8 усреднения, коммутатор 13, элементы It-l совпадения, регистр 18, блок 19 сравнения кодов и блок 20 управления ,. причем вход вспомогательн го счетчика 10 импульсов соединен с выходом ключа 6, а выход - с объеди ненными входами триггеров 3 и , вы ходы которых соответственно подключ ны ко вторым входам ключей 6 и 7, третьи входы которых объединены меж ду собой и соединены с входом блока 12 установки, при этом первый вход основного счетчика 9 соединен с выходом ключа 7, а второй вход основного счетчика 9 с выходом блока 12 установки,, Выходы эталонных гене раторов 1 и 2 подключены ко входам коммутатора 13, вход которого соеди нен с блоком управления 20, а выход - с объединенными входами четырех элементов 4-17 совпадения, эле менты 15 и 17 своими выходами подкл чены к входам триггера 5. а элемен.4 ты Н и 16 - к объединенным входам ключей б и 7 и входу счетчика 11 соответственно. Выход счетчика 11 соеинен со входами регистра 18 и блока 19, второй вход которого подключен к выходу регистра 18, а выход - к первому входу блока 20 управления, второй вход которого объединен со вторым входом элемента 16 и выходом триггера 5 а второй выход подключен ко второму входу элемента совпадения. Выход основного счетчика 9 служит выходом устройства. Вход триггера 4, объединенный с входом элемента 17 совпадения., подключен к шине Старт импульсов, а вход триггера 3 объединен с входом блока 8 .усреднения, входом элемента 15 совпадения и шиной Стоп импульсов. Измеритель работает следующим образом. Обязательным условием -работы измерителя является взаимная несоизмеримость - иррациональность периодов эталонных генераторов импульсов. Работа устройства подразделяется на два этапа: первый этап - подготовительный, на котором осуществляется выбор эталонного генератора, период которого является несоизмеримым с измеряемым временным интервалом, . второй - этап собственно измерений. Импульсы из периодической последовательности импульсов Старт поступают на первые входы элемента 17 совпадения и триггера k. Импульсы генераТора 1 через коммутатор 13 поступают на объединенные входы всех элементов совпадения. При совпадении во времени импульсов Старт и эталонного генератора 1 элемент 17 совпадения опрокидывает триггер 5, который дает разрешение на прохождение импульсов генератора 1 через элемент 16 совпадения на счетчик 11, который считает до тех пор, пока один из периодических импульсов Стоп не совпадает во времени с импульсом генератора 1. При совпадении импульсов элемент 15 опрокидывает триггер 5 в исходное состояние и тем самым запрещает дальнейшее поступление импульсов генератора 1 в счетчик. Полученный код Nl-запоминается-в регистре 18. Перепад напряжения, имеющий место при установке триггера 5 в исходное состояние, поступает на вход блока 20 управления, который разрешает прохождение через коммутатор 13 импульсов генератора 2. Процесс повторяется. Полу ченный в счетчике 11 код N2 сравнивается в блоке 19 сравнения кодов с кодом N1, хранящимся в регистре 18. Результат сравнения поступает в бло 20 управления, который оС5еспечивает прохождение через коммутатор 13 импульсов эталонного генератора, давшего большее число импульсов между ближайшими совпадениями по времени импульсов этого генератора с импуль сами Старт, Стоп. Кроме того, блок 20управления вырабатывает раз решающий сигнал, с приходом которого на второй вход элемента совпадения начинается этап собственно измерений. Импульсом Старт опроки дывается триггер Ц и открывается ключ 7- Импульсы выбранного генератора через элемент Ik совпадения и ключ 7 поступают на вход счетчика 9 импульсов. Импульсом Стоп опроки/ ывается триггер 3 и открывается ключ 6. .Импульсы генератора проходят на вход счетчика 10. При переполнении счетчика 10 импульс перепа да напряжения с его выхода перебрасывает в исходное состояние триг геры 3 и 4. При поступлении импульсов Старт и Стоп следующего периода процесс повторяется. Так происходит в течение L периодов, определяемых блоком 8 усреднения, представлящим собой реверсивный счетчик, после чего ключи 6 и 7 закрываются сигналом с выхода блока 8. Если перед началом измерений в счетчике 9 было записано число mL в обратном коде, где m - объем счет чика 10, то код на выходе счетчика 9 пропорционален временному интервалу между импульсами Старт и Стоп. Запись ml и счетчик 9 перед началом измерения производится блоком 12 установки. В этом случае измеряемый временной интервал искусственно увеличивается на m периодов что позволяет измерять неизвестный интервал L , меньшей разрешающей способности, определяемой интерзалом квантования. Кроме того, выбор генератора, период которого являетс несоизмеримым с измеряемым временным интервалом t , обеспечивает прямоугольный закон распределения импульсов эталонного генератора относительно интервала квантования и тем самым устраняет систематическу ошибку при усреднении, а именно, вследствие того, что измеряемый временной интервал (фиг.2-21) является составной частью периодической временной последовательности импульсов (фиг.2-22) с периодом L , то в случае соизмеримости периода эталонного генератора (фиг.2-23) Т р с С справедливо , где - взаимнопростые числа, причем Н - число периодов генератора, укладывающихся между ближайшими совпадениями во времени импульсов этого генератора с импульсами Старт и Стоп, k - соответствующее число периодов ь между указанными совпадениями. По мере поступления импульсов Старт интервал между ними и- ближайшими импульсами эталонного генератора изменяется с дискретом At - j, где j - число интервалов t , укладывающихся в периоде импульсной последовательности Старт ; j определяется объемом m счетчика 10 при , .B случае несоизмеримости периода генератора Т ..и Т N -, At Q, т.е. идеально обеспечивается прямоугольный закон распределения импульсов генератора относительно интервала квантования В предлагаемом измерителе несоизмеримость Т г и 1 обеспечивается требованием несоизмеримости периодов генераторов эталонной частоты.В этом случае, по крайней мере, один из генераторов всегда несоизмерим с измеряемым инtepвaлoм f , независимо от того, выражается .ли рацибнальным или иррациональным числом. .Формула изобретения Цифровой .усредняющий измеритель временных интервалов, по авт.св. № 533905, отличающийся тем,, что, с целью повышения точности измерений за счет исключения систематической ошибки, в него дополнительно введены генератор эталонной частоты, четыре элемента совпадения, коммутатор, блок управления, регистр, блок сравнения -кодов, сметчик и триггер, причем выходы генераторов эталонной частоты через коммутатор подключены к первым входам четырех элементов совпадения, выход первого из которых соединен с объединенными входами ключей, выход второго элемента совпадения подключен к первому входу дополнительного триггера, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента совпадения, а выход с вторым входом четвертого элемента совпадения и первым входом блока управления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к управляющему входу коммутатора и второму входу первого элемента со падения, выход четвертого элемента совпадения через дополнительный 8 счетчик соединен с входом регистра и первым входом блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом регистра, а выход - с вторым входом блока управления, шины Стоп и Старт импульсов подключены к вторым входам второго и третьего элементов совпадения соответственно. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 533905, кл. G О F 10/0, 1973.

I I г I -t

зИ t I lil I I I I I II 111 1 I I ti I i . . I i I I

Й иг.г iCi

/п Стоп

1 /r-f