Устройство для измерения времени задержки импульсов в разночастотных каналах

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении времени задержки сигнала в пассивных электрических цепях. Целью изобретения является расширение диапазона измерения времени задержки. Устройство содержит первый генератор 1 импульсов, элемент ИЛИ 2, второй генератор 3 импульсов, первый блок 4 задержки импульсов, блок 5 стробирования импульсов, первый триггер 6, счетчик 7, второй триггер 8, первый элемент И 9, второй элемент И 10, третий генератор 11 импульсов, второй блок 12 задержки импульсов, третий элемент И 13, второй элемент ИЛИ 14, шину 17 для подключения исследуемого тракта, блок 18 измерения разности периодов импульсных последовательностей. Блок 18 содержит реверсивный счетчик 19, блок 20 переписи, индикатор 21. Введение третьего блока 15 задержки импульсов, прерывателя 16 и шины 22 питания с образованием новых связей приводит к расширению предела измерения в сторону малых значений времени задержки. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„811.„14 5741 (51)4 G 04 F 10 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕРЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

fIO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4321616/24-21 (22) 28. 10. 87 (46) 23.07.89. Бюл. М 27 (72) P. P. Урманчеев и М. Г. Зискин (53) 621. 317 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1337881 кл. G 04 F 10/04, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ BPEMEHH

ЗАДЕРЖКИ ИМПУЛЬСОВ В РАЗНОЧАСТОТН11Х

КАНАЛАХ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении времени задержки, сигнала в пассивных электрических цепях. Целью изобретения является расширение диапазона измерения времени задержки. Устройство содержит первый генератор 1 импульсов,. элемент ИЛИ 2, 2 второй генератор 3 импульсов, первый блок 4 задержки импульсов, блок 5 стробирования импульсов, первьй триггер 6, счетчик 7, второй триггер 8, . первый элемент И 9, второй элемент

И 10, третий генератор 11 импульсов, второй блок 12 задержки импульсов, третий элемент И 13, второй элемент

ИЛИ 14, шину 17 дпя подключения ис-.:следуемого тракта, блок 18 измерения разности периодов импульсных последовательностей. Блок 18 содержит ре — . версивный счетчик 19, блок 20 переписи, индикатор 21. Введение третьего блока 15 задержки импульсов, прерывателя 16 и шины 22 питания с образова- I кием новых связей приводит к расширению предела измерения в сторону малых значений времени задержки. 3 ил.

1495741

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь" зовано при измерении времени задержки сигнала в пассивных электрических це- 5 пях.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения времени задержки в сторону малых значений.

На фиг. 1 представлена функциональ 10 ная схема устройства для измерения времени задержки импульсов в разночастотных каналах; на фиг. 2 — функ-, циональная схема блока стробирования импульсов; на фиг. 3 - электрическая 15 принципиальная схема триггера.

Устройство (фиг. 1) содержит первый генератор 1 импульсов, элемент

ИЛИ 2, второй .генератор 3 импульсов, первый блок 4 задержки импульсов, 20 блок 5 стробирования импульсов,, первый триггер 6, счетчик 7, второй триггер 8, первый элемент И 9, второй элемент И 10, третий генератор ll импульсов, второй блок 12 задержки импульсов, третий элемент И 13, второй элемент ИЛИ !4, третий блок 15 задержки импульсов (прерыватель 16), шину 17 дпя подключения исследуемого тракта, блок 18 измерения разности периодов импульсных последовательно- стей содержаший реверсивный счетчик

19, блок 20 переписи, индикатор 21.

Кроме того, устройство содержит шину

22 питания.

Генератор 1 импульсов представляет собой импульсную автоколебательную схему, собранную, например, по схеме емкостной трехточки. Частота следования импульсов генератора выбирается 40 исходя из условия ид 2 + "с (1) 45 где 1 — максимальная длина измеуакс ряемых ВЧ-трактов (кабелей); . С вЂ” скорость распространения радиоволны в исследуемой среде; д — суммарная задержка сигнала в элементах 2 — 5 и

13 — 15 устройства.

Второй генератор 3 импУльсов пред- 55 назначен для формирования длительно сти и амплитуды импульсов и задержки их относительно эапускаюших импульсов.

В качестве генератора 3 может быть применен стандартный генератор, например Г5-60 или аналогичный по параметрам.

Блок 4 задержки импульсов предназначен для создания задержки импульсов в цепи обратной связи импульсного рециркуляционного генератора, состояцего иэ соединенных в кольцо генератора 3, блока 4 задержки, блока

5 стробирования, элемента И 13 и элемента ИЛИ 2. Блок 4 задержки реализуется последовательным соединением линий задержки по типовой схеме. Выходной каскад блока 4 задержки должен быть согласован с волновым сопротивлением блока 15 задержки импульсов.

Блок 5 стробирования импульсов предназначен для запрета прохождения падающих импульсов на вход внешнего запуска генератора 3 импульсов в цикле измерения. Блок 5 стробирования состоит (фиг. 2) из первого инвертора 23, двух элементов И-НЕ 24 и 25, второго инвертора 26, входных клемм

27 — 29 и выходной клеммы 30.

Триггер 6 предназначен для формирования строба, в течение которого происходит циркуляция импульсов, отраженных от конца измеряемого тракта.

Особенностью его является наличие двух входов R. Пример реализации такого триггера приведен на фиг. 3. Он содержит два элемента И-НЕ 31 и 32, ( причем элемент 31 имеет три входа, а элемент 32 — два. Э качестве элементов 31 и 32 могут быть использованы, например, микросхемы типа 133ЛА4 для элемента 31 и IЗЗЛАI для элемента 32.

Счетчик 7 предназначен для формирования длительности строба измерения триггеров 6 и 8 путем подсчета числа циркулируюших импульсов. Емкость и счетчика выбирается из условия полу"чения необходимой точности измерения.

Кроме того, целесообразно выбрать и как число, кратное степени 2. Это упроцает построение предложенного устройства.

Генератор ll представляет собой ввтоколебательный импульсный генератор, аналогичный генератору 1. Частота следования импульсов его выбирается из соображений точности.

Блок 15 задержки импульсов предназначен для увеличения временного интервала между падаюшим и отраженным импульсами в цикле калибровки внутренних задержек уотройства. Время за5 14957 держки с, блока 15 выбирается с точки зрения исключения перекрытия во времени падающих и отраженных импульсов при выбранной длительности t этих импульсов.

К блоку 15 задержки предьявляется требование взаимности, т.е. параметры блока задержки не должны зависеть от направления передачи импульсов .

Такому требованию удовлетворяют, например, обычные линии передачи (кабель, полосковая линия, двухпроводная линия).

Прерыватель 16 предназначен для отключения и подключения исследуемого тракта к выходу блока 15 в циклах калибровки и измерения. Прерыватель выполнен, например, на микросхеме типа 590 КН2. 20

Блок 18 измерения разности перио- . дов импульсных последовательностей предназначен для измерения разности временных интервалов, измеренных во время стробов триггеров 6 и 8, и со- 25 держит реверсивный счетчик 19, блок

20 перезаписи и индикатор 21.

Реверсивный счетчик .19 может быть реализован путем последовательного соединения микросхем типа 133ИЕ7.

Счетчик 19 меет входы прямого и обратного счета, вход установки нулевого состояния.

Блок 20 переписи предназначен для переписи состояний триггеров счетчика 19.

М

Генератор 1 импульсов, элемент

ИЛИ 2, генератор 3 импульсов, блок

4 задержки импульсов, блок 5 стробирования импульсов и элемент И 13 со- 40 единены последовательно, Выход генератора 1 импульсов подключен к первым входам счетчика 7 импульсов, триггера 8, блока. 1 8 измерения разности периодов импульсных последова- 45 тельностей и к входу блока 12 задержки импульсов, выход которого подключен к второму входу блока 18 измерения разности периодов импульсных последовательностей. Выход генератора

3 импульсов подключен к первому входу триггера 6 и второму .входу счетчика 7 импульсов, выходом подключенного к вторым входам триггеров 6 и 8.

Первый выход триггера 8 подключен к

55 третьему входу триггера 6, выходом подключенного к первым входам элементов И 9 и ИЛИ 14 . Выход триггера 8 .подключен к первому входу элемента

41

И !О и к второму входу элемента

ИЛИ 14, вторые входы элементов И 9 и !Π— к выходу генератора I! импульсов, выходы элементов И 9 и !Π— соответственно к третьему и четвертому входам блока 18 измерения разности периодов импульсных последовательностей. Второй выход блока 4 задержки импульсов подключен к второму входу блока 5 стробирования импульсов, выход элемента ИЛИ 14 — к второму входу элемента И !3, выходом подключенГ ного к второму входу элемента ИЛИ 2.

Первый выход блока 4 задержки импульсов подключен к входу блока 5 за1 держки импульсов, выход которого через прерыватель 16 соединен с ниной

17 для подключения исследуемого тра. кта. Второй вход прерывателя 16 подключен к выходу триггера 6, третий вход .блока 5 стробирования импульсов подключен к нине 22 питания.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Импульс генератора 1 устанавливает исходное состояние счетчика 7, триггера 8 и счетчика 19 блока 18 измерения разности периодов. Кроме того, импульс генератора 1 проходит через элемент ИЛИ 2 и=запускает генератор 3. Задержанные импульсы генератора 3 через замкнутые контакты прерывателя 16 поступают на нину 17,, распространяются по исследуемому тракту. Отражаясь от его разомкнутого выхода, импульс возвращается на вход блока 15 и поглощается выходным сопротивлением блока 4 задержки.,Таким образом, на выходе блока 4 задержки образуется пара импульсов — падающий и отраженный, которая поступает на первый вход блока 5 стробирования импульсов. В этот момент на второй вход блока 5 поступает стробирующий падающий импульс.

На третий вход блока 5 постоянно приложено напряжение питания, соответствующее логической единице. Стробирующий импульс с второго выхода, блока 4 задержки проходит через инвертор 23, элемент И-НЕ 24 блока 5 стробирования (фиг. 2) и далее поступает на первый вход элемента И-НЕ 25, на второй вход которого поступает пара импульсов — падающая и отраженная с первого выхода (клемма 27, фиг. 2) блока 4 задержки.,Полярности импульсов на входах элемента И-НЕ 25 такие, 1495741

20 пТ<

° р таит (5) (3) n ° T> !

Ттакт

2 п . тр таит (7) что Ha его выход проходит только отраженный импульс, который через инвертор 26 поступает на выходную клемму 30 блока 5 стробирования, С выхода блока 5 отраженный импульс через элементы И 13 и ИПИ 2 запускает генератор 3. В это время на втором входе элемента И 13 имеется разрешающий сигнал, который поступает с выхода триггера 6 через элемент ИЛИ 14. Далее процесс повторяется. Таким обраsoM> в кольце рециркуляционного генератора, содержащего генератор 3, блоки 4 и 15, прерыватель 16, исследуемый тракт, блок 5, элементы И 13, ИЛИ 2, циркулируют отраженные импульсы, период Т, которых определяется соотношением

+ л + и + 2л

+ 2л + 2л + и 4.п (2)

И и л и ( л и

ГДЕ c g P c > 04> <15 > "fg 9 67Р 1

С, - времена задержки элемента 25

ИЛИ 2, генератора 3, блоков

4 и 15, прерывателя 16, исследуемого тракта, блока 5 и элемента И 13 соответственно. 30

Счетчик 7. считает количество отраженных импульсов, циркулирующих в.

: автогенераторе. После поступления

n""ãî импульса счетчик 7 формирует на своем выходе импульс переполнения, который,:поступая на соответствующие входы триггеров 6 и 8, перебрасывает их в противоположные состояния. При этом на выходе триггера 6 формируется логический "0", а на выходе триггера 8 - логическая "1". На этом заканчивается первый цикл работы устройства, В первом цикле тактовые импульсы генератора 11 поступают на вход прямого ° счета блока 18 измерения 4 разности периодов (вход "+1" реверсивного счетчика 19). Количество N1 импульсов, поступающих на вход прямо го счета счетчика 19, равно где Т ° и - период тактовых импульсов генератора 11.

Во втором цикле работы на второй. (управляющий} вход прерывателя 16 поступает логический. "0". При этом контакты прерывателя разрываются. Во втором цикле в автогенераторе также циркулируют отраженные импульсы. Отличие заключается в том, что импульсы отражаются не с выхода исследуемого тракта, а с выхода блока 15 задержки.

Период Т5 следования импульсов автогенератора во втором цикле определяется соотношением

Т + ">+ "4+ 2 0 . + 2 1 +

+ "5+ 15 (4) Во втором цикле тактовые импульсы генератора 11 поступают на вход обратного счета блока 18 измерения разности периодов (вход "-1" реверсивного счетчика 19). Количество N импульсов, поступающих на вход обратного счета счетчика 18, равно

После окончания второго цикла на выходах триггеров 6 и 8 устанавливаются логические "0". Поэтому на выходе элемента ИЛИ 14 и на втором входе элемента И 13 устанавливается сигнал, запрещающий прохождение импульсов, циркулирующих в автогенераторе.

К окончанию второго цикла на реверсивном счетчике 19 записывается число N --N, которое переписывается в индикатор 21 импульсом опроса, поступающим с выхода блока 12 задержки.

После следующего импульса генератора 1 указанные два цикла повторяются и показания индикатора обновляются.

С учетом выражений (3) и (5) показание N индикатора 21 соответствует числу

N=N„-Ng= (Т,-Т ). (6) таит

Подставляя в (6) соотношения (2) и (4), получаем

Таким образом, показания индикатора 21 пропорциональны времени задержки.исследуемого тракта.

При необходимости получения истинного значения измеряемой величины с учетом масштаба Т „„ N

1495741

9 на два осуществляется путем переноса запятой на один разряд при передаче числа с выхода счетчика 19 через блок 20 переписи в индикатор 21 °

Технико-экономическая эффективность устройства заключается в расширении предела измерения в сторону малых значений времен задержки.

В устройстве за счет введения до- 10 полнительного блока задержки (блока 15) перекрытие падающих и отраженных импульсов исключено принципиально.

Формула изобретения

Устройство дпя измерения времени задержки импульсов в разночастотных каналах, содержащее первый генератор импульсов, первый элемент ИЛИ, второй 20 генератор импульсов,. первый блок saдержки импульсов, блок стробирования импульсов, первый триггер, счетчик . импульсов, второй триггер, первый, второй элементы И, третий генератор 25 импульсов, второй блок задержки импульсов, третий элемент И, второй элемент ИЛИ, блок измерения разности периодов импульсных последовательноСтей, выход первого генератора 30 импульсов через первый элемент ИЛИ подключен к входу второго генератора импульсов, выход которого соединен с входом первого блока задержки импульсов первый выход которогo сое 35 динен с первым входом блока стробирования импульсов, а второй выход подключен к .второму входу блока стробирования импульсов, выход которого через первый элемент И подключен к вто- 40 рому входу первого элемента ИЛИ, выход первого генератора импульсов подключен к первым входам сброса счетчи-:. ка импульсов и второго триггера, блока измерения разности периодов импульсных последовательностей и к входу второго блока задержки импульсов, выход которого соединен с вторым входом блока измерения разности периодов импульсных последовательностей, выход второго генератора импульсов соединен с входом установки 1Iepaoro триггера и со счетным входом счетчика импульсов, выход которого подключен к первому входу сброса первого триггера и к счетному входу второго триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом сброса первого триггера, выход которого подключен к первым входам второго элемента ИЛИ и второго элемента И, прямой выход второго триггера подключен к второму входу второго элемента ИЛИ и к первому входу третьего элемента И, вторые: входы второго и третьего элементов И подключены к выходу третьего генератора импульсов, выходы второго и третьего элементов И подключены, соответственно к третьему и четвертому входам блока измерения разности пе" риодов импульсных последовательностей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона Hsмерения времени задержки в сторону малых значений, введены третий блок задержки импульсов и прерыватель, при этом вход третьего блока задержки импульсов подключен к выходу второго блока задержки импульсов, а выход через прерыватель подключен к шине дпя подключения исследуемого тракта, выход первого триггера подключен к второму входу прерывателя, третий вход блока стробирования импульсов подключен к шине питания.

1495741 фиг. 2

8 ЗыхИа Гс Emdguag C Зыхс3а геие-. сцежчяа 7 Зы о3а еражерв5 ритора g gpgЩЛ6СР/

ФАЗ л

Составитель С. Кротова

Техред А,Кравчук Корректор.В. Гирняк .

Редактор В. Данко Заказ 4263/44 Тираж 363 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035» Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород» ул. Гагарина, 101