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

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ

ИНТЕРВАЛОВ

1

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для точного измерения воспроизводтьмых временных интервалов.

Известно устройство для измерения временных интервалов, которое построено на приншфе статистического осреднения результатов промежуточных измерений, выполненных методок прямого заполнения измеряемого интервала импульсами образцовой частоты и нх подсчета, содержит элемент ИЛИ, переключатель, триггер, элемент совпадения, генератор, переменный делитель частоты, блок фбр- : мировашш переменной задержки, блок из- 5 мерения среднего значения периода U- lОднако этому устройству присущи спедуюшие недостатки: большое число промежуточных измерений, необходишлх для обеспечения заданной точности оконча 20 тельного результата; большой объем . рудования; невозможность получения окончательного результата измерений без дополнительных расчетов.

Наиболее близким по техшпеской суо ности к иообретенню является устройство, которое содержит два кварц шх генератора тактовых импульсов с близкими частотами, генератор частоты биений, делитель частоты на два, D-триггер, селектор, счетчш:, индикатор н узел управления . Это устройство обладает высокой точностью и разрешающей спохтобностью, коI торые достигаются за счет близости чаотот генератора, высокой стабильностью

в работе - за счет пр1в енения в качес тве тактовых генераторов кварцевых генераторов, работающих в непрерывном режиме.

.

Недостаток известного устройства - небольшой диапазон измерения интервалов. Диапазон измерений этогчз устройства ограничен длительностью периода следования импульсов одного- из кварцевых генераторов. В случае простого увеличения этотх) периода, пропорционально возрастает погроиность измерений. 3660 Цель юоб ютения - расширение диапй зона измерений временных интервалов без ухудшения точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что, в устройство для измерениявременных интервалов, содержащее первый и второй кварцевые генераторы тактовых импульсов, D -триггер, тактовый вход которого соединен с выходом второго квар цевого генератора тактовых импульсов и с одним из входов селектора, другой вход которого соединен с выходом )-триггера, а выход - с счетным входом счетчика, выходы которого подключены к первому входу блока индикации, блок управления, первый выход которого соединен с установочным входом счетчика, дополнительно введены U-триггер, селектор, делитель с переменным коэффициентом деления, блок пуска, 1 9-триггер и счетчик числа измерений, выход которогх) соедр нен с входом блока управления, второй вход которого подключен к второму входу блока индикации блока пуска соединеи с Т)-входом дополнительного D триггера, тактовый вход которого соединен с выходом первого кварцевого генеритора тактовых импульсов и первым входом дополнительного селектора, вд-орой вход которого соединен с выходсял дополнительного D-триггера, Р-вход которого подключен к установочным входам счетчика числа измерений и блока пуска и к первому входу блока управления, выход . дополнительного селектора соединен с вхо дом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с S-входом R5 -триггера и входом объекта измерений, выход которого подключен к 1 -входу I S -триггера, выход которого подключен к счетному якоду счетчика числа измерений и О -входу осьновного 3)-триггера. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения временных ивтервалов; на фиг. 2 - вршенные диаграммы поясняющие его работу. Устройство для измерения вр@ 1енных интервалов содержит первый кварцевый гв нератор 1 тактовых импульсов, дополнительный р- триггер 2, дополнительный сеJisKTOp 3, дедитель 4 частоты с переме , ным коэффициентом деления, -триггер 5, счетчик 6 числа измерений, блок 7 пуска, содержащий кнопку 8 и R5 -тригге 9, блок 10 управления, второй кварцевый генератор 11 тактоилх импульсов, основ1 ,4 ной D-триггер 12, основной селектор 13, счетчик 14 и блок 15 индикации, Периоды следования импульсов генераторов 1 к 11 выбираются из условия нониусного преобразования, например ИТ1(И-Ц)ГГ2., где VI - число из HafypanbHoro ряда h 1,2,...; Т. - период следования импульсов генератора 1; f - период следования импульсов генератора 11. В предлагаемом устройстве реализуется линейный закон модуляции фазы появления ..стартовых импульсов относительно делений ипшлы, образованных фронтами импульсов генератора 11. Коэффициент деления К делителя 4 чаототы не может быть произвольным, а выбирается из соотношения К-т.С)Л:рз1 -1,(2) где УИ « 1,2...; .Ц, - основание системы счисления, 0,1,2,...; TO. период следования импульсов второго генератора 11; Т, - период следования импульсов первого генератора 1, а коэффициент пересчета М счетчика 6 числа измерений выбирается из соотношения . где и - число промежуточных измерений в одном полном измерении; д - шаг интерполяции периода вто рого кварцевого генератора тактовых импульсов, равный разрешающей сггособности устройства. Устройство для измерения временных интервалов работает следукядим образом. В исходном состоянии все счетчики обнулены, триггеры установлены в нуль, приходом пускового импульса от кнопки 8 R9 -триггер 9 устанавливается в единютное состояние и на D-входи -триргера 2 поступает положительный перепад напряжения. После этого первый же импульс, поступающий с генератора 1 на тактовый вход р-триггере 2, своим возрастающим фронтом переводит его в единичное состояние. В следствие этого открывается селе1ктор 3 и импульсы с г нератора 1 поступают через открытый селектор 3 на вход делителя 4 частоты с переменным коэффициентом деления.

Первый импупьс с выхода делителя 4 качестве стартового импульса поступает на вход объекта измерений и на 5 - вход R 5-триггера 5, устана вливая его в единичное состояние. Положительный 5 ерепад напряжения с выхода -триггера 5 поступает на 1 -вход1 -триггера 12 -триггер 12 опрокидывается возрастающим фронтом nefaoro же импульса, поступившего после этого момента с вы- хода генератора 11. Импульсы генератора 11 через селектор 13 проходят на вход счетчика 14, где подсчитываются.

Импульс Стоп , сформированный иа выходе объекта измерений, поступает на R -вход -триггера 5 и переводит его в нулевое состояние. Отрицательный перёпад напряжения с выхода триггера 5 поступает на ЗЭ-вход D -триггера 12 и первый же посл овавший за этим моментом, фронт импульса генератора 11 Перёво. дит триггер 12 в нулевое состояние, прекращая с помощью селектора 13 доступ импульсов генератор 11 на вход счетч№ка 14, отрицательный перепад с вь1хода триггера 5 поступает на счетчик 6 чиола измерений и фиксируется в нем как отсчет.

На заканчивается первое промежуточное измерение.30

С приходом следующего импульса с выхода делителя 4 частоты весь цикл по&торяется Причем результаты измерений аждого цикла суммируются в счетчике 14, а фаза стартового импульса в каждом Э5 новом цикле смешается вдоль делений шкалы, образованной передними фронтами импульсов генератора 11, на шаг интер-. поляции Д я Т1-Т2. Этим шагом и определяется разрешающая способность 40 устройства,Благодаря выполнению соотношений (1), (2), (3) к моменту прихода и-го импульса с выхода делителя 4 фаза стар-., тового импульса пройдет все И значений, на которле как бы разбивается период Т2 генератора 11.

С приходом И-го импульса с выхода делитеяя 4 счетчик 6 числа измерений Л® переполняется и импуга с переполнения поступает в блок 10 управления, который сначала вырабатывает импупьс переписи,

и -число, зафиксированное в счетчике 14, переписывается в блок 15 индикации, а затем вырабатывает импульс установки, который срабатывает в нуль все триггеры и счетчики.

Число, зафиксированное в блоке 15, является результатом измерения. При новом нажатии кнопки 8 произойдет новое измерение. Если же отсоединить R-вход RC, -триггера 9 от выхода сброса блока 10 управления, то измерения будут автоматически повторяться с периодом, задаваемым частотой генератора 1 и коэффициентом деления К делителя 4 частоты.

Временные диаграммы построены в civответствии с соотношением (2).

На диаграмме (фиг. 2) изображены импульсы последовательности генератора 11 (фиг. 2а), генератора 1 (фиг. 26), а также измеряемые импульсы, сформированные RS-триггером 5 (фиг. 2в), для нескольких последовательных циклов измер&ний. Совпадение фронтов импульсов генераторов 1 и 11 в начале измерений условно.

Фронты в начале измерений могут быть в произвольном положении друг относительно друга. Результат окончательных измерений от этого не изменится. Поэтому из состава устройства исключены генератор частоты биений и делитель час тоты биений и делитель частоты на два.

В отличие от известного устройства вдоль измеряемого импульса (сформированного триггером 5) скользит не один фронт импульса генератора ll, а ряд фронтов. Причем число импульсов в ряду зависит от длительности измеряемого интервала, а от цикла к циклу в одном измерении может отличаться «а единицу. Если измеряемый импульс имеет длительность -fcy Т2. , что число фронтов импульсов генератора 11, совпадающих с ним по времени, И 1 или м О, то есть при этом предлагаемое устройство реализует ситуацию, имеющую место в известномустройстве, как частный случай.

Если в известном устройстве длительг ность измеряемого импульса ограничена величиной Т2, то в данном устройстве такое ограничение снято за счет введения в его состав делителя 4 и счетчика 6 и подключения входа объекта измерений к зыкопу делителя 4.

Длительность интервала времени, в&меряемого данным устройством, может быть практически любой, в зависимости от нужд конкретного применения.

Блок управления устройства может включать два элемента задержки, соединенные последовательно. С выхода первого устройства задержки снимается сигнал переписи информации со счетчика 14 7 в блок 15 а с выхода второго элемента эадериоси - установочный сигнал. Таквм образом, предлагвемое устройство для измерения временных интервалов способно вэмерять с высокой точноо тью временные внте1 алы в широком диапазоне вх длительностей. Благодаря этому в значительной ст&пени расширяется область применения устройства, так например, оно может быть использовано для измерения дл тепьностей до неподвижных или перемешивающихся с небольшой скоростью объектов, контроля временных параметров генераторов парных импульсов, работак ших в режиме внешнего запуска, опр& деления метрологических характеристик линий задержки, имитаторов Дальности и тл. Формула изобретения Устройство для ссэмерентаг временных инте шалов, содержащее первый и второй квариевыё генераторы тактовых импульсов, D -триггер, тактовый вход которого соединен с выход(Ж{ второго кварцевого генератора. тактовых импульсов и с одним из входов селектора, другой вход которого соединен с выходом Ъ -триггера, а выход -с счетным входом счетчир, выходы которого подалючены к первому вхояу блока индикации, блок управления, первый выход которого соединен с установочным входом счетчика, о т л и ч а 1 ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений временных интервалов без ухудшения точности измерений, в него дополнительно введены D-триггер, селектор, делитель с переме коэффициентом деления, блок пуска, -триггер и счетчик числа измерений, выход которого соединен с входом блока управления, второй выход которого подключен к второму входу блока индикации, выход блока пуска соединен с Х -входом дополнительного Э-триггера, тактовый вход которого соединен с выходом первого кварцевого генератора тактовых импульсов и первым входом дополнительного селектора, второй вход которого соединен с выходом дополнительного U - триггера, В-вход которого подключен if. установочным входам счетчика числа измерений и блока пуска и к первому выхо ду блока управления, выход дополнительного селектора соединен с входом делателя частоты с переменным коэффицие ь том деления, выход которого соединен с 5 -входом R5 -триггера и входом объекта измерений, выход которого подключен к R-входу WS -триггера, №1ход которого подключен к счетному входу счетчика числа иаъ ерешш и Э.-входу основного р-триггера. Источники информации, принятые во внимание при экспертюе 1.Авторское свидетельство СССР № 679928, кл. G О4 F 1О/О4, 1979. 2.Патент США № 4.168467, кл. i8 О4 F 10/О4, 1979.

И j

Y