Устройство для измерения временных интервалов

И, Н.Левчук (72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ

ИНТЕРВАЛОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точного измерения воспроизводимых временных интервалов.

Известно устройство для измеренйя

5 временных интервалов, которое построено на принципе статистического осреднения результатов промежуточных измерений, выполненных методом прямого за полнения измеряемого интервала импуль ®о сами образцовой частоты и их подсчета, содержит элемент ИЛИ, переключатель, триггер, элемент совпадения, генератор, переменный делитель частоты, блох фбрмирования переменной задержки, блок из- 5 мерения среднего значения вериода 1).

Однако этому устройству присущи следукицие недостатки: болыное число промежуточных измерений, необходмых для обеспечения заданной точности. оконча 20 тельного результата; большой объем обо рудования; невозможность получения окончательного результата измерений без дополнительных расчетов.

Наиболее блкзким по технической сущности к изобретению является устройство, которое содержит два кварцевых генератора тактовых импульсов с близкими частотами, генератор частоты биений, делитель частоты на два, Q-триггер, селектор, счетчик, индикатор и узел управления (2).Это устройство обладает высокой точностью и разрешающей способностью, ко торые достигаются за счет близости час тот генератора, высокой стабильностью в работе - за счет применения в качестве тактовых генераторов кварцевых гееераторов, работаквцих в непрерывном режиме.

Недостаток известного устройстванебольшой диапазон измерения интервалов.

Диапазон измерений этого устройства ограничен длительностью цериода следования импульсов одного иэ кварцевых генераторов. В случае простого ysenwema этого периода, пропорционально возрастает погрешность измерений.

21 4 ной )-триггер 12, основной селектор 13, счетчик 14 и блок 15 индикации.

Периоды следования импульсов генера-, торов 1 и 11 выбираются из условия нониусного преобразова ния, например

Ит =(И+ )т 1, (3) Щ=и= =Т2 Т

Т 1 - T

Устройство для измерения временных, интервалов содержит первый кварцевый ген нератор 1 тактовых импульсов, дополни тельный g-триггер 2, дополнительный се)сектор 3, делитель 4 частоты с перемен, ным коэффициентом деления, g5 -триггер

5, счетчик 6 числа измерений, блок 7 пуска, содержащий кнопку 8 и Rg-триггер

9, блок 1Î управления, .второй кварцевый генератор 11 тактовых импульсов, основ-3 9607

Бель изобретения - расширение диапазона измерений временных интервалов без ухудшения точности измерений.

Поставленная цель достигается .тем, что, в устройство для измерения времен- 5 ных интервалов, содержащее первый и второй кварцевые генераторы тактовых имцульсов, 1) -триггер, тактовый вход которого соединен с выходом второго кварцевого генератора тактовых импульсов и с одним из входов селектора, другой вход которого соединен с выходом )-триггера, а выход - c счетным входом счетчика, выходы которого подключены к первому входу блока индикации, блок управления, первый выход которого соединен с установочным входом счетчика, дополнитель. но введены Q-триггер, селектор, делитель с переменным коэффициентом деле. ния, блок пуска, К5 -триггер и счетчик числа измерений, выход которого соеди нен с входом блока управления, второй вход которого подключен к второму входу блока индикации, выход блока пуска соединен с О -входом дополнительного p— триггера, тактовый вход которого соединен с выходом первого кварцевого генератора тактовых импульсов и первым вхо. дом дополнительного селектора,. второй вход которого .соединей с выходом допол- 30 нительного )) -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 yg дом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с Я-входом R5 -триггера и входом объекта измерений, выход которого подключен к Р-входу R S-триггера, выход Io которого подключен к счетному входу счетчика числа измерений и O-входу ооновного Д) -триггера.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения временных интервалов; на фиг. 2 временные диаграм- мы поясняющие его работу. где g - число из наФурального ряда г

= l„2...,; T - период следования импульсов ге1 нератора 1;

-Г - период следования импульсов re2. нератора 11.

В предлагаемом устройстве реализуется линейный закон модуляции фазы появления. стартовых импульсов относителен но делений шкалы, образованных фронтами импульсов генератора 11.

Коэффициент деления К делителя 4 частоты не может быть произвольным, а выбирается из соотношения

КЧа . -, (2)

1 Т2

75 -Т с где wi 1, 2...; (- основание системы счисления, 1= 0,1,2;...; .

à — период следования импульсов второго генератора l l;

- 1 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;

g - шаг интерполяции периода вто рого кварцевого генератора тактовых импульсов, равный разрешающей способности устройства.

Устройство для измерения временных интервалов работает следующим образом.

В исходном состоянии все счетчики обнулены, триггеры установлены в нуль.

С приходом пускового импульса от кнопки 8 R5-триггер 9 устанавливается в единичное состояние и.на О -вход Э «трит гера 2 поступает положительный перепад напряжения. После этого первый же им» пульс, поступающий с генератора l на тактовый вход 3)-триггера 2, своим возрастающим фронтом переводит его в eltHничное состояние. В следствие этого от крывается селектор 3 и импульсы с генератора 1 поступают через открытый селектор 3 на вход делителя 4 частоты с переменным коэффициентом деления.

5 9607

Первый импульс с выхода делителя 4 в качестве стартового импульса поступает на вход обьекта измерений и Hà 5,вход. RS -триггера 5, устанавливая его и единичное состояние. Положительный З перепад напряжения с выхода PQ -триггера 5 поступает на;5-вход Х -триггера 12

Q-триггер 12 опрокидывается возраста» ющим фронтом первого же импульса, поступившего после этого момента с выхода генератора 11. Импульсы генератора

11 через селектор 13 проходят на вход, счетчика 14, где подсчитываются.

Импульс Стоп, сформированный на выходе объекта измерений, поступает на

Я-вход Rg -триггера 5 и перевцдит его в нулевое состояние. Отрицательный пе, репад напряжения с выхода трштера 5 поступает на D-вход 33-триггера 12 и первый же последовавший за этим момен- том фронт импульса генератора 11 перево дит триггер 12 в нулевое состояние, прекращая с помощью селектора 13 доступ импульсов .генератора 11 на вход счетчика 14, отрицательный перепад с выхода триггера 8 поступает на счетчик 6 числа измерений и фиксируется в нем как первый отсчет.

На этса заканчивается первое промежуточное измерение. 30

С приходом следующего импульса с выхода делителя 4 частоты весь цикл повторяется. Причем результаты измерений каждого цикла суммируются s счетчике

14, а фаза стартового импульса в каждомзз новом цикле смещиется вдоль делений шкалы, образованной передними фронтами импульсов генератора 11, на шаг интер-.

° поляции Ь Т1-Т2. Этим шагом и определяется разрешающая способность 40 уст ройотва.

Благодаря выполнению соотношений (1), (2), (3) к моменту прихода и-го импульса с выхода делителя 4.фаза стартового импульса пройдет ace И значений, на которые как бы разбивается период Т2 генератора 11.

С приходом 8-го импульса с выхода делителя 4 счетчик 6 числа измерений И переполняется и жпульc переполнения поступает в блок 10 управления, который сначала вырабатывает импульс 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.

21 6

Число, зафиксированное в блоке 15, является результатом измерения. При новом нажатии кнопки 8 произойдет новое измерение. Если же отсоединить Р-вход

RS -триггера 9 от выхода сброса блока

10 управления, то измерения будут авто матически повторяться с периодом, задаваемым частотой генератора 1 и коэффициентом деления К делителя 4 частоты.

Временные диаграммы построены в со ответствии с соотношением (2).

На диаграмме .(фиг. 2) изображены импульсы последовательности гечератора 11 (фнг. 2а), генератора 1 (фиг. 2б), а также измеряемые импульсы, сформированные R6-триггером 5 (фиг.2в), для нес кольких последовательных циклов измерений. 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 àîтоты биений и делитель частоты на два.

В отличие от известного устройства вдоль измеряемого импульса (сформированного триггером 5) скользит не один фронт импульса генератора 11, а ряд фронтов. Причем число импульсов в ряду зависит от длительности измеряемого интервала, а от цикла к циклу в одном измерении может отличаться на единицу.

Если измеряемый импульс имеет длительность 1 <Т», что число фронтов импульс сов генератора 11, совпадающих с ним по времени, И„=1 или и„. =О, то есть при этом предлагаемое устройство реализует ситуацию, имеющую место в известномустройстве, как частный случай.

Если в известном устройстве nmrrem " 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 выходу делителя 4.

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

Блок управления устройства может включать два элемента задержки, соеди:ненные последовательно. С выхода первого устройства задержки снимается сиг нал йереписи информации со счетчика 14

7 М07 в блок 15, а с выхода второго элемента задеркки - установочный сигнал.

Таким образом, предлагаемое устройство для измерения временных интервалов способно измерять с высокой точностью временные интервалы в широком диапазоне их длительностей.

Благодаря этому в значительной степени расширяется область применения устройства, так sanpwep, оно может быть использовано для измерения длительностей до неподвижных или перемешиваюповся с небольшой скоростью объектов, контроля временных параметров генераторов парных импульсов, работающих s ражие внешнего запуска, определения метрологических характеристик линий задержки, имитаторов дальности и т.п. формула изобретения

Устройство для измерения временных интервалов, содержашее первый и второй кварцевые генераторы тактовых им ушсов, В-триггер, тактовый вход которого соединен с выходом второго кварцевого генератора. тактовых импульсов и с одним иэ шодов селектора, другой вхсд которо- ЭЭ гю соединен с выходом Ъ-триггера, а выход - с счетным входом счетчика, выходы которого подключены к первому входу блока индикации, блок управления, перияай выход которого соединен с установочным входом счетчика, о т л и ч ав ю ш е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений временных интервалов без ухудшения точности измерений, в него дополнительно введены

;О-триггер, селектор, делитель с переменным коэффициентом деления, блок пуска, RS -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 g -входом дополнительного )-трщтера, тактовый вход которого соединен с выходом первого кварцевого генератора тактовых импульсов и первым входом дополнительн го селектора, второй вход которого соединен с выходом дополнительного 1)— триггера, B-вход которого подключен g установочным входам счетчика числа измерений и блока пуска и к первому выходу блока управления, выход дополнителье ного селектора соединен с входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с

5 -входом RS -триггера и входом обьекта измерений, выход -которого подключен

K явходу яя -триггера, выход которого подключен к счетному входу счетчика числа измерений и Э-входу основного р «триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 679928, кл. Ci 04 F 10/04, 1979.

2. Патент США М 4.168467, кл. G 04 Р 10Ю4, 1979;