Цифровой измеритель временных интервалов

 

()966662

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное н авт. саид-ву (22) Заявлено 17 03.81 (21) 3261084/18-21 с присоединением заявки Ж— (5l)M. Кл.

G 04 F 10/04

3Ьоударстееииый коиитет

СССР (23) П риоритет— (53) УДК681325.3 (088.8) по полам изобретеиий и открнтий

Опубликовано 15.10.82. Бюллетень Эе38

Дата опубликования описания !5.10.82 ъ

С. В. Денбновецкий, С. М. Кокошкин, В. А. Св

Ю. Е. Соломко и А. Н. Шку (72) Авторы изобретения

Киевский ордена Ленина политехнический инсти

Октябрьской социалистическон (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ

Изобретение относится к радиоизмерению и может быть использовано для измерения временных параметров.импульсных сигналов в автоматике, вычислительной технике и приборостроении.

Известен измеритель временных интервалов, в котором временной интервал измеряется грубо тr = N ° " o (где То — период следования счетных импульсов, N — число счетных импульсов на временном интервале) с помощью метода последовательного счета, а отрезки времени t (t ) между стартовым (стоповым) импульсами и последующим счетным импульсом — с помощью преобразователя масштаба времени (нониусного, время — амплитуда — время или других типов). Измеритель содержит триггеры формирования временного интервала, преобразователь временного интервала в напряжение, второй триггер формирования преобразованного временного интервала, генератор пилообразного напряжения, сравнивающее устройство, генератор и ключ (1).

Недостатком этого измерителя является погрешность, обусловленная нелинейностью преобразователя и генератора пилообразного напряжения.

Известен измеритель временных интервалов, который содержит генератор счетных импульсов, соединенный с блоком грубого измерения и в каждом канале стартового и столового импульсов с блоком точного измерения (2).

Однако это устройство характеризуется

10 погрешностью измерения, обусловленной адцитивной, мультипликативной и нелинейной составляющими преобразователей масштаба временных отрезков t и 1 в блоках точного измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой интервалометр, который содержит генератор счетных импульсов, время — амплитудный преобразователь, содержащий два источника тока

20 заряда и один источник тока разряда нако пительного конденсатора, сам накопительный конденсатор и сравнивающее устройство, а также блоки устранения неоднозначности в стартовом и стоповом каналах и счетчики (3) 966662

Недостатками этого устройства являются погрешность измерения, связанная с нелинейностью преобразования масштаба времени изза изменения величины напряжения накопительного конденсатора, до которого он зарядился за время тз, на интервале времени от заднего фронта импульса t до переднего фронта импульса +, за счет протекания токов утечки, а также сложность принципиальной схемы, обусловленная построением преобразователя масштаба времени на двух источниках тока заряда накопительного конденсатора, и как следствие этого, наличием двух триггеров управления источниками тока заряда.

Цель изобретения — повышение надеж- ности и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в, цифровой измеритель временных интервалов, содержащий генератор счетных импульсов, первый выход которого подключен к первым входам блоков устранения неоднозначности отсчета стартового и столового каналов и первого элемента И„второй и третий входы кото. рого соединены с первыми выходами блоков устранения неоднозначности отсчета соответственно стартового и столового каналов, а выход — со счетным входом счетчика целой части результата измерения, второй выход генератора счетных импульсов подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом преобразователя масштаба времени, а выход — со счетным входом счетчика %робкой части результата измерения, вход преобразователя масштаба времени соединен с выходом триггера формирования интерполяционных отрезков, введены два элемента ИЛИ, два элемента задержки, блок управления, третий и четвертый элементы И, вычитающие счетчики дробной и целой частей измеряемого временного интервала, два блока переписи кода и элемент НЕ, причем шины старт- и стопимпульсов подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов

ИЛИ, вторые входы которых объединены и подключены к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, третий выход блока управления подключен к входам установки нуля всех элементов измерителя, а его вход соединен со вторым выходом генератора счетных импульсов, выход первого элемента ИЛИ нодключен ко второму выходу блока устранения неоднозначности отсчета стопового канала, к первому входу триггера формирования интерполяционных отрезков и второму входу блока устранения неоднозначности отсчета стартового канала, выход второго элер ен5

15 счетчика целой части результата измерения

30 и вторым входом четвертого элемента И, 25

55 та ИЛИ через последовательно соединенные первый и вторОй элементы задержки подключен ко второму выходу блока устранения неоднозначности отсчета стартового канала и ко второму входу триггера формирования интерполяционных отрезков, выход первого элемента задержки соединен со вторым входом блока устранения неоднозначности отсчета столового канала, выход второго элемента И подключен ко второму входу третьего элемента И, выход которого соединен со входом вычитающего счетчика дробной части измеряемого временного интервала, выходы разрядов которого через первый блок переписи кода подключены к информационным входам счетчика дробной части результата измерения, выход последнего разряда которого соединен со счетным входом выход которого подключен к выходу последнего разряда вычитающего сче эика дробной части измеряемого временного интервала и входу вычитающего счетчика целой части измеряемого временного интервала, выходы разрядов которого через второй блок переписи кода подключены к информационным входам счетчика целой части результата изме рения, выход элемента HE соединен с управляющими входами блоков переписи кода.

Блоки устранения неоднозначности отсчета стартового и стопового каналов идентичны и содержат каждый три триггера и два элемента И вЂ” HE, причем прямой выход первого триггера соединен с первым входом первого элемента И вЂ” НЕ, прямой выход второго триггера является первым выходом блока устранения неоднозначности отсчета стартового канала и подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, вторые входы элементов И вЂ” НЕ объединены и являются первым входом блока, вторым входбм которого является вход первого триггера, инверсный выход второго триггера является первым выходом блока устранения неоднозначности отсчета столового канала и подключен к третьему входу первого элемента И вЂ” HE, выход которого соединен со счетным входом второго триггера, инверсный выход третьего триттера подключен к третьему входу второго элемента

И.НЕ,, выход которого подключен к счетному входу третьего триггера и является вторым выходом блока.

Кроме того, преобразователь масштаба времени содержит источники токов заряда и разряда, накопительный конденсатор и компаратор, причем выход источника тока заряда соединен с одной из обкладок накопительного конденсатора, входом компаратора и пер66662

5 9 вым входом истопника тока разряда, второй выход которого является входом преобразователя, выходом которого является выход компаратора.

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового измерителя временных интервалов; на фиг. 2 — временные диаграммы ее работы в процессе калибровки и в процессе измерения.

Измерительная часть цифрового измерителя временных интервалов содержит генератор 1 счетных импульсов, следующих с периодом t, элемент 2 И, триггер 3 формирования интерполяционных отрезков, преобразователь 4 масштаба времени, состоящий из источников 5 тока разряда и источника 6 тока заряда, на копительного конденсатора 7 и компаратора 8 вычитающие счетчики 9 и 10 целой и дробной частей измеряемого временного интервала соответственно, счетчики 11 и 12 соответственно целой и-дробной частей результата измерений, элемент 13 ИЛИ и элементы 14 и

15 задержки, элемент 16 ИЛИ, блоки 17 и 18 устранения неоднозначности соответственно стартового и столового каналов, состоящие из триггеров 19, 20 и 21 (22, 23 и

24) элементов 25 и 26. (27 и 28) И вЂ” НЕ, в измерительную часть входит также элемент

29 И, Калибровочная часть цифрового измерителя временных. интервалов содержит элементы 30 и 31 И, элемент 32 НЕ,блоки 33 и 34 переписи кода и блок 35 управления.

Блок 35 управления предназначен для фор мирования в процессе калибровки сигналов

U, Оз, 09. В его состав входит триггер (не показан), установочные входы которого соединены с шинами "Режим калибровки".и

"Режим измерения", единичный выход триггера является вторым выходом блока управления. Для формирования импульса U> по первому выходу блока управления применен блок выделения одиночного импульса (не показан) аналогичный блоку устранения не-. однозначности, а для формирования импульса

U>e по третьему выходу — блок привязки (не показан) к заднему фронту импульса Uz.

В исходном состоянии счетчики 11 и 12 установлены в нуль, а счетчики 9 и 10 — в состояние 99... 9. Триггеры 19 и 22, 20 и 23 держат в закрытом состоянии элементы.

25 и 27, 26 и 28 соответственно, кроме это,го триггер 20 запрещает прохождение последовательности счетных импульсов (0,) через элемент 2 И, триггер 3 держит отключенным источник 5 тока разряда от накопительного конденсатора 7, который заряжен от источ-! ника 6 тока заряда. Элементы И 30 и 31 открыты сигналом с второго выхода блока

tO

И

4S

35 управления, элемент 29 И,управляемый компаратором 8, закрыт.

11ифровой измеритель временных интервалов работает следующим образом.

В процессе калибровки осуществляется измерение нулевого временного интервала. Процесс калибровки начинается с момента подачи с блока 35 управления сигнала (Оз) через элемент. 13 ИЛИ на блок 17 устранения неоднозначности стартового канала и на единичный вход (О,) триггера 3, устанавливающий последний в единичное состояние (011), разрешающее разряд (01 ) накопительного конденсатора 7 через источник 5 тока разряда и. формирующий начало интервала длительностью,t, а также через элемент 16 ИЛИ и элемент 14 задержки, с временем задержки

2Т, (О,,), на блок 18 устранения неоднозначности столового канала. При достижении напряжения на конденсаторе 7, равного Оп р, срабатывает компаратор 8, сигнал с выхода которого (01З) даеат разрешение на прохождение последовательности счетных импульсов через элемент 29 И (О,е) в счетчики дробных частей 12 и 10. Сигнал (Оз), пришедший в блок 17 устранения неоднозначности, переключает триггер 19 в единичное состояние (06), разрешающее прохождение последовательности счетных импульсов от генератора 1 через элемент 25 И вЂ” НЕ, первый импульс (От), с выхода которого, задним фрон том устанавливает триггер 20 в единичное состояние (08). Сигнал с инвертированного выхода триггера 20 поступает на вход элемента 25 И вЂ” НЕ и запрещает прохождение через него последовательности счетных импульсов, а сигнал с прямого выхода этого триггера открывает элемент 2 И, разрешая тем самым прохождение последовательности счетных импульсов (09) в счетчики целой части: через элемент 30 И в вычитающий счетчик 9 и непосредственно в счетчик 11.

Элемент 26 И вЂ” НЕ, открытый сигналом (Оа) с прямого выхода триггера 20, пропускает пер вый импульс (01а) последовательности, который поступает на счетный вход триггера

21 и нулевой вход триггера 3 и устанавливает задним фронтом триггер 21 в нулевое состояние, запрещающее прохождение через элемент 23 И вЂ” НЕ последовательности счетных импульсов, а передним фронтом триггер 3 — в исходное состояние (U«), запрещающее разряд (0») накопительного конденсатора 7 через источник 5. На этом. заканчивается формирование интервала длительностью ts и начинается медленный дозаряд накопительного конденсатора 7 рт источника 6 тока Ý3 заряда. Отношение величины тока заряда 3> к величине тока раз662

7 966 ряда р определяет коэффициент преобразования масштаба времени К = 33/3 = 1000

Приходящий в блок 18 устранения неоднозначности сигнал (Оз) с блока 35 управления, задержанный на 2, (U>z), переключает триггер 22 в единичное состояние (0>+), разрешающее прохождение последовательности счетных импульсов от генератора 1 через элемент 27 И вЂ” НЕ. Первый импульс (017) с выхода элемента 27 И вЂ” НЕ задним фронтом устанавливает трьптер 23 в единичное состояние. Сигнал (01а) с инвертированного выхода триггера 23 поступает на вход элемента

27 — НЕ и запрещает прохождение через него .последовательности счетных импульсов, а также поступает на вход элемента 2 И, закрывает его и запрещает прохождение последовательности счетных. импульсов (U>) в счетчики 9 и 11 целой части. Сигнал с прямого выхода триггера 23 поступает на элемент 28 И вЂ” НЕ, открывает его, разрешая тем самым прохождение через него последовательности счетных импульсов. Первый импульс (Uz) на выходе элемента 28 И вЂ” НЕ задним фронтом устанавливает триггер 24 в состояние, запрещающее прохождение через элемент 28 И вЂ” НЕ остальных импульсов последовательности, а также триггер 3 в единичное состояние (0»), разрешающее разряд накопительного конденсатора 7 через источник

5 и формирующий начало интервала длительности t».

Задержанньш на 6 7о сигнал с выхода элемента 15 задержки с временем задержки

47о, переключает триггер 3 в исходное состояние, запрещая тем самым разряд„накопительного конденсатора 7 и заканчивая формирование интервала длительностью т (О» а конденсатор 7 вновь дозаряжается от источника 6 тока 33 заряда. При достижении напряжения на конденсаторе 7 равного Uä компаратор 8 устанавливается в исходное состояние, и сигнал с его выхода (U,3) запрещает прохождение последовательности счетных импульсов через элемент 29 И в счет-: чики 10 и 12 дробных частей.

Таким образом в вычитающих счетчиках

9 и 10 оказывается записанным число, рав-. ное разности значений первоначальной установки этих счетчиков 99...9. и величины времени задержки, обусловленной задержкой сигналов нри прохождении их через элементы схемы измерителя, Процесс калибровки заканчивается подачей запрещающего сигнала (О,) на элементы 30 и 31 И, выработкой блоком 35 управления сигнала 0 (019) у устанавливающего Все триггеры измерителя в исходное состояние и. разрешающего перепись кода на вычитающих счетчиков 9 и 10 целой и дробной частей через блоки 33 и 34 в счетчики 11 и 12, результата измерений, тем самым предустаВ навливая их в состояние, устраняющее при последующем измерении ошибку, обусловленную задержкой сигналов при их прохождении через узлы измерителя. После этого цифровой измеритель временных интервалов

16 готов к измерению временных интервалов, ограниченных "Старт" (S) и ™Стоп" (F) импульсами.

В процессе измерения с приходом стартового 8 импульса (N4),, проходящего через

М элемент 13 ИЛИ на блок 17 устранения неоднозначности стартового канала и на единичный вход триггера 3 (0 ), последний устанавливается в единичное. состояние,(0»), разрешающее разряд (О, z) накопительного

З1 конденсатора 7 через источник 5 и формирующее начало интервала дли-ельностью t . При достижении. напряжения на конденсаторе, равного Опор, срабатывает компаратор 8, сигнал с выхода которого (0») дает разрешение

gS на прохождение последовательности счетных импульсов через элемент 29 И (О о) в счетчик 12 дробной части. Сигнал (О,), пришедший в блок 17 устранения неоднозначности, переключает триггер 19 в единичное рй состояние (0 ), разрешающее прохождение последовательности счетных импульсов от генератора 1 через элемент 25 И вЂ” НЕ, первый импульс (0 ) с выхода которого задним фронтом устанавливает триггер 20 в единичное состояние. Сигнал с инвертированного выхода триггера 20 поступает на вход элемента 25 И вЂ” НЕ и запрещает прохождение через него последовательности счетных импульсов, а сигнал с прямого выхода этого

)Э

4 р ера (О,) кр saeMem г И, pasрешая тем самым прохождение последовательности счетных импульсов с его выхода (U ) в счетчик 11 целой части результата измерений. Элемент 26 И вЂ” НЕ, также открытый сигналом с прямого выхода триггера 20, 4$ пропускает первый импульс (u„), который устанавливает задним фронтом триггер 21

s нулевое состояние, запрещающее прохождение через элемент 26 И вЂ” НЕ последовательности счетных импульсов, а также триггер

3 передним фронтом в исходное состояние (U,,), запрещающее разряд (U, ), накопительного конденсатора 7 через источник 5.

На этом заканчивается формирование интервала длительностью t и начинается медленный дозаряд накопительного конденсатора

7 от источника 6 тока 3 заряда.

С приходом столового F импульса (U ), проходящего через элемент 16 ИЛИ и эле966662 . мент 14 задержки с временем задержки

2 (.„(U») в блок 18 устранения неоднозначности столового канала триггер 22 переключается в единичное состояние (U,<), разрешающее прохождение последовательности S счетных импульсов от генератора 1 через элемент 27 И вЂ” НЕ, первый импульс (U,7), с выхода которого задним фронтом устанавливает триггер 23 в единичное состояние.

Сигнал (0 8) с инвертированного выхода триггера 23 поступает на вход элемента 27

И вЂ” НЕ н запрещает прохождение через него последовательности счетных импульсов, а также поступает на вход элемента 2 И, закрывает его, запрещая тем самым прохожде- 15 ние последовательности счетных импульсов в счетчик 11 целой части. Сигнал с прямого выхода триггера 23 поступает на вход элемента 28 И вЂ” НЕ и открывает его. Первый импульс на выходе элемента 28 И вЂ” НЕ (U,) 2р задним фронтом устанавливает триггер 24 в нулевое состояние, запрещающее прохождение через элемент 28 И-НЕ последовательности счетных импульсов, а также триггер 3 в единичное состояние (U»), разрешающее 25 разряд (Uii) накопительного конденсатора 7 через источник 5 и формирующее начало интервала длительностью т .

Задержанный на 67о относительно столового импульса (F) сигнал с выхода элемента 5п 15 задержки переключает триггер 3 в исходное состояние, запрещая тем самым разряд накопительного конденсатора 7 и заканчивая формирование интервала длительностью tg, а конденсатор 7 вновь медленно дозаряжается от источника 6 тока заряда. -При достижении напряжения на конденсаторе 7 равного Uä компаратор 8 устанавливается в исходное состояние и сигнал с его выхода (U») запрещает прохождение последовательности 40 счетных импульсов через элемент 29 И в счетчик 12 дробной части.

На этом процесс измерения заканчивается.

Применение новых узлов и связей позволяет повысить точность измерений за счет снижения погрешности, связанной с нелиней,ностью преобразования масштаба времени и вычитания из конечного результата времени задержки, которое возникает при прохождении сигналов через узлы измерителя, а также повысить надежность схемы самого измерителя.

Формула изобретения

1. Цифровой измеритель временных интервалов, содержащий генератор счетных импульсов, первый выход которого подключен к первым входам блоков устранения неоднозначности отсчета стартового и столового каналов и первого элемента И, второй и третий входы которого соединены с первыми выходами блоков устранения неоднозначности отсчета соответственно стартового и столового каналов, а выход — со счетным входом счетчика целой части результата измерения, второй выход генератора счетных импульсов подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом преобразователя масштаба времени, а выход— со счетным входом счетчика дробной части результата измерения, вход преобразователя масштаба времени соединен с выходом триггера формирования интерполяционных отрезков, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности измерений, в него введены два элемента

ИЛИ, два элемента задержки, блок управления, третий и четвертый элементы И, вычитающие счетчики дробной и целой частей измеряемого временного интервала, два блока

;переписи кода и элемент НЕ, причем шины старт- и стоп-импульсов подключены к первым входам соответственно первого и второго- элементов ИЛИ, вторые входы которых объединены и подключены к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, третий выход блока управления подключен к входам установки нуля всех элемснтов измерителя, а его вход соединен со вторым выходом генератора счетных импульсов, выход первого элемента ИЛИ подключен ко второму выходу блока устранения неоднозначности отсчета столового канала, к первому входу триггера формирования интерполяциониых отрезков, и второму входу блока устранения неодно значности отсчета стартового канала, выход второго элемента ИЛИ через последовательно соединенные первый и второй элементы задержки подключен ко второму выходу блока устранения неоднозначности отсчета стартового канала и ко второму входу триггера формирования интерполяционных отрезков, выход первого элемента задержки соединен со вторым входом блока устранения неоднозначности отсчета стопового канала, выход второго элемента И подключен ко второму входу третьего элемента И, выход которого соединен со входом вычитающего счетчика дробной части измеряемого временного интервала, выходы разрядов которого через первый блок переписи кода подключены к информационным входам счетчика дробной части результата юмерення, выход последнего разряда которого соединен со счетным входом счетчика целой части результата юмерения и вторым входом

12

11 9666 четвертого элемента И, выход которого подключен к выходу последнего разряда вычитающего счетчика дробной части измеряемого временного интервала и входу вычитающего счетчика целой части измеряемого временного ф интервала, выходы разрядов которого через второй блок переписи кода подключены к информационным входам счетчика целой части результата измерения, выход элемента

НЕ соединен с управляющими входами бло- 10 ков переписи кода.

2. Измеритель по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что блоки устранения неоднозначности отсчета стартового и столового каналов идентичны и содержат каждый три 1я триггера и два элемента И вЂ” НЕ, причем прямой выход первого триггера соединен с пер вым входом первого элемента И вЂ” НЕ, прямой выход второго триггера .является первым выходом блока устранения неоднозначности отсчета стартового канала и подключен к первому входу второго элемента И вЂ” НЕ, вторые входы элементов И вЂ” НЕ объединены и "являются первым входом блока, вторым входом которого является вход первого триг- эя гера, инверсный выход второго триггера является первым выходом блока устранения неоднозначности отсчета столового канала и подключен к третьему входу первого элемента И вЂ” НЕ, выход которого соединен со счетным входом второго rpsrrepa, инверсный выход третьего триггера подключен к третьему входу второго элемента И-НЕ, выход которого подключен к счетному входу третьего триггера и является вторым выходом блока.

3. Измеритель по п. 1, о т л н ч а юшийся тем, что преобразователь масштаба времени содержит источники токов заряда и разряда, накопительный конденсатор и компаратор, причем выход источника тока заряда соединен с одной нэ обкладок накопительного конденсатора, входом компаратора и первым входом источника тока разряда, второй выход которого является входом преобразователя, выходом которого является выход компаратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Патент США Н 3668529, кл. 6 04 F 10/04, 1972.

2. ПатентСШЛР3675127, кл. G 04 F 10/04, 1972.

3. Патент США К 3983481, кл. G 04 F 10/04, 1976.

966662

Редактор Н. Киштулинец

Корректор С. Шекмар

Заказ 7842/65

Подписное

Ug

У7 п

Составитель Л, Плетнева

Техред Е.Харитончик

Тираж 427

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5!

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4