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

напряжений входных дискриминаторов существенно ограничены с одной стороны ухудшением помехоустойчивости устройства, а с другой стороны - ма лой крутизной начальных участков ре альных входных сигналов. Цель изобретения - повышение точ ности измерения временных интервало при расширении диапазонов изменения амплитуды и времени нарастания вход ных сигналов. Поставленная цель достигается те что в комбинированный измеритель временных интервалов, содержащий пе вый и второй дискриминаторы, входы которых соединены соответственно с шинами Старт и Стоп, выход первого дискриминатора подключен к первым входам первых преобразователя время - код и элемента селекции, выход которого соединен с первым входом триггера и вторым входом пер вого преобразователя время - код, выход которого подключен к первому входу арифметического блока, выход второго дискриминатора соединен с первыми входами вторых элемента селекции и преобразователя время - ко второй вход которого соединен с выходом второго элемента селекции и вторым входом триггера, а выход под ключе.н к второму входу арифметического блока, выход опорного генерато ра импульсов соединен с вторыми вхо дами .элементов селекции и первым вх дом элемента И, второй вход которог подключен к выходу триггера, а выход - к входу счетчика импульсов, выход которого подключен к третьему входу арифметического блока, дополнительно введены два дискриминатора два преобразователя время т- код, два преобразователя амплитуда - код два коммутатора кодов и постоянное запоминающее устройство, причем шина Старт соединена с входом пер вого дополнительного дискриминатора непосредственно и через первый преобразователь амплитуда - код - с пер вым входом первого коммутатора кодов выход которого через постоянное запоминающее устройство подключен к четвертому входу арифметического блока, выход первого дополнительного дискриминатора соединен с первым входом первого дополнительного преобразователя время - код, второй вхо которого подключен к выходу первого дискриминатора, а выход - к первому входу второго коммутатора кодов, выход которого соединен с пятым входом арифметического блока, шина Стоп соединена с входом второго дополнительного дискриминатора непосредственно и через второй преобра .зователь амплитуда - код - с вторым входом первого коммутатора кодов, выход второго дополнительного днекриминатора подключен к первому входу второго дополнительного преобразователя время - код, второй вход которого соединен с выходом второго дискриминатора, а выход подключен к второму входу второго коммутатора кодов. На фиг. 1 представлена блок-схема комбинированного измерителя временных интервалов; на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая принцип работы предлагаемого измерителя временных интервалов и иллюстрирующая механизм возникновения погрешностей 4 ) f tj Ог) , обусловленных флуктуацией регистрируемых сигналов. Устройство содержит старт- и стопшины 1 и 2 соответственно 3-6, опорный генератор 7 импульсов, элементы 8 и 9 селекции, преобразователи 10 и 11 амплитуда - код, преобразователи 12-15 время - код, триггер 16, элемент И 17, счетчик 18 импульсов, арифметический блок 19, коммутаторы 20 и 21 кодов и постоянное запоминающее устройство 22. На фиг. 2 показаны: старт-импульс 23, стоп-импульс 24, сигнал 25 на .выходе дискриминатора 4, сигнал 26 на выходе дискриминатора 3, сигнал 27 на выходе опорного генератора 7, сигнал 28 на выходе дискриминатора 5, сигнал. 29 на выходе дискриминатора 6. Устройство работает следующим обра зом. Старт-импульс, задающий начало измеряемого временного интервала, поступает на вход дискриминатора 4, обеспечивающего фиксацию его положения на временной оси. С выхода дискриминатора 4 стандартизованный импульс, соответствующий началу измеряемого временного интервала (физического процесса), поступает на вход элемента 8 селекции и на вход преобразователя 13 время - код. На другой вход преобразователя 13 подается непосредственно следующий за запускающим импульс опорной последовательности генератора 7, выделенный элементом 8. Этот импульс устанавливает также триггер 16 в единичное состояние, обеспечивая тем самым поступление импульсов опорного генератора 7 на вход счетчика 18. Сформированный на входе преобразователя 13 временной интервал трансформируется последним в соответствующий цифровой эквивалент. Сигнал с выхода элемента 9 селекции возвращает триггер 16 в исходное состояние, прекращая поступление импульсов опорного генератора 7 на вход счетчика 18, в котором этом фиксируется грубый цифровой эквивалент измеряемого временного интервала.

Аналогично рассмотренному выше по стоп сихналу при помощи дискриминатора 5, элемента 9 селекции и преобразователя 14 время - код формируется и измеряется временной интервал неопределенности временного положения стоп-сигнала относительно времязадающей последовательности генератора 7. Результат преобразования временного интервала, ограниченного .старт- и стоп-сигналами, может .быть записан в виде:

.- morar i. %.(2 г}

где t рр - результат грубого измерения регистрируемого временного интервала, фиксируемый в счетчике 18, tfnori результаты измерений преобразователями 13 и 14 время код интервалов временной неопределенности положения старт- и стоп сигналов относительно импульсов опорного генератора 7; AjCa.Tj, U) и (3. и)- погрешности временной фиксации старт- и стоп-сигналов, зависящие от их амплитуды а, а и длительности Tj -jl jj фронта нарастания, атакже установленных пороговых уровней U,, и и дискриминаторов 4 и 5. Значение погрешностей фиксации могут быть представлены в виде линейной функции от t н :/

d(o.,uH.U)CH(«.yj. (2)

где Ч (а, и) - некоторая функция амплитуды сигнала о,и порогового напряжения и. В частности,эта функция имеет вид if(a, U)u/a - для линейно нарастающего сигнала, Ч{а,и) параболлической и /(а, U) Zn (U + +а)/а - для экспоненциальной аппроксимации фронта.

Для снижения погрешностей й(а TH-I.UI) и l,(a, в измеритель временных интервалов введены преобразователи 10 и 11 амплитуда - код и преобразователи 12 и 15 время код, дополнительные дискриминаторы 3 и 6, пороговые напряжения которых превышают пороговые напряжения основных дискриминаторов 4 и 5, комму.таторы 20 и 21 кодов и перепрограммируемоме постоянное запоминсиоадее устройство 22. Перечисленные узлы обеспечивают получение информации о .параметрах старт- и стоп-сигналов, необходимой для формирования цифровых поправок к результатам измерения соответствующих возникающим погрешностям временной фиксации.

Сами цифровые поправки вычисляются в арифметическом блоке 19 в соответствии с выражением:

(о1,0„,ив), (5)

где дТц - длительность фронта нарастания старт(стоп)-сигнала, измеренная на уровнях UM,UB;

(a,U,Ug)rif(p,u){4(a,u)-V{a,U) (4)

Значение &V для входного сигнала в старт-канале фиксируется при по-., мощи основного 4 и вспомогательного 3 дискриминаторов с пороговыми уровнями и„ и Ug соответственно и транс-; формируется в цифровой эквивалент преобразователем 12 время - код. Аналогичным образом при помощи дис-, криминаторов 5 и 6 преобразователя

,15 время - код измеряется значение ЛСв ля входного сигнала стоп-канала. необходимые для коррекции значения функций Ч (ajU.Ue) выбираются из постоянного запоминающего устройства

22 по результатам измерения амплитуды входных сигналов преобразователями 10 и 11 амплитуда - код при помощи коммутатора 21 кодов. Эти значения предварительно рассчитываются по априорно известным форччам старт- и стоп-сигналов или измеряются экспериментсшьно и заносятся в постоянное запоминающее устройство 22 в процессекалибровки прибора..

Окончательный результат преобразования регистрируемого прибором временного интервеша формируется в арифметическом блоке 19 в-соответствии с выражением:

. Т + ,

где и ч - поправки, найденные

рассмотренным вьаие образом.

Введение в предлагаемый измеритель временных интервалов- дополнительных узлов и связей повышает его точность и расширяет рабочие диапазоны изменений амплитуды и времени нарастания старт- и стоп-сигналов за счет компенсации погрешностей временной фиксации упомянутых сигналов.

Использование в каналах измерения параметров входных сигналов непрецизионных преобразователей амплитуда50код и время - код с относительной погрешностью 5% позволяет снизить со.ставляющую погрешность измерений,обус овленную флуктуациями этих параметров, бол ее чем в 10 раз.Как видно из

55 .уравнений(2)-(4)это обеспечивается

тем,что относительные погрешйости оценки амплитуды и длительности фронта упомянутых сигналов переносятсяв пограиность форФлирования соответствующих цифровых поправок с коэффици ентом, меньшим единицы. Ухудшение общей погрешности измерений за счет конечной разрешающей способности , дополнительных преобразователей амплитуда - код и время - код, а также шумов дискриминаторов при этом оказывается несущественным. Во-первых, обусловленные этими элементами случайные погроиности являются пренебрежимо малыми по сравнению с исходным значением суммарной погрешности устройства, во-вторых они яв ляются независимыми я входят в результат измерения с малыми весами и наконец, эти погрешности сами по се бе дают пренебрежимо малый вклад в результиругацую погрешность измерени по сравнению с вкладом за счет нелинейностей основных интерполяционных преобразователей время - код. Формула изобретения Комбинированныйизмеритель време ных интервалов, содержащий первый и второй дискриминаторы,входы которых соединены соответственно с шинами Старт и Стоп , выход первого дискриминатора подключен к первым входам первых преобразователя время - код и элемента селекции, вы ход которого соединен с первым входом триггера и вторым входсм первого преобразователя время - код, выход которого подключен к первому входу арифметического блока, выход второго дискриминатора соединен с первыми входами вторых элемента селекции и преобразователя время - ко второй вход которого соединен с выходом второго элемента селекции и вторым входом триггера, а выход под ключен. к второму входу арифметического блока, выход опорного генерато ра импульсов соединен с вторыми вхо дами элементов селекции и первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу триггера, а выход - к входу счетчика импульсов, выход которого подключен к третьему входу арифметического блока, о т ли чающийся тем, что, с целью повышения точности измерения временных интервалов при расширении диапазонов изменения амплитуды и времени нарастания входных сигналов, в него дополнительно введены два дискриминатора, два преобразователя время - код, два преобразователя амплитуда - код, два коммутатора ко дов и постоянное запоминающее устройство, причем шина Старт соединена с входом первого дополнитель ного дискриминатора непосредственно и через первый преобразователь амплитуда - «од.с первым входом первого коммутатора кодов, выход которого через постоянное запоминающее устройство подключен к четвертому входу, арифметического блока, выход первого дополнительного дискриминатора соединен с первым входом первого дополнительного преобразователя время код, второй вход которого подключен к выходу первого дискриминатора, а выход - к первому входу второго коммутатора кодов, выход которого соединен с пятым входом арифметического блока, шина. Стоп соединена с входом второго дополнительного дискриминатора непосредственно и через второй преобразователь амплитуда код - с вторым входом первого коммутатора кодов, выход второго дополнительного дискриминатора подключен к первому входу второго дополнительного преобразователя.время - код, второй вход которого соединен с выходом второго дискриминатора, а выход подключен к второму входу второго коммутатора кодов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Приборы и техника эксперимента. 1977, 1, с. 79-83. 2.Nuclear Instruments and Metpods, 1979, 163, p. 541-544.

Старт 1

/Ф

Спюп

llf

15

11

.Ф(А. 1

иг.г