Устройство для измерения флуктуирующих временных интервалов

Устройство для измерения флуктуирующих временных интервалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

„„Я0„„105612

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3482521/18-21 (22) 18.08.80 (46) 23.11.83. Бюл. ¹ 43 (72) В. И. Маслов, Ю. Ф. Пузанов, Г. И. Прокопенко, М. Д. Сафиуллин и В. Ф. Хованский (53) 621.317 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР ..N 488158, кл. С» 01 Я 23/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 938248, кл. Gi 04 F 10/00, 1980, (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФЛЮКТУИРУЮШИХ ВРЕМЕННЫХ

ИНТЕРВАЛОВ, содержащее два измерительных канала, первый иэ которых соотоит иэ последовательно включенных or раиичителей по верхнему и нижнему уровням, дифференциального трансформатора

:и усилителя-ограничителя, а второй измерительный канал из последовательно соединенных ограничителей по верхнему и нижнему уровням и дифференциального трансформатора и усилителя-ограничите-. ля, а также триггер, первый и второй входы которого соединены соответственно с .выходами усилител ей-ограничителей первого и второго измерительных каналов, линию задержки, многоканальный дискриминатор.длительности, включающий секционированную линию задержки и М блоков формирования, каждый из которых состоит из последовательно включенных сумматора, ограничителя и выходного каскада, выходы каждого из которых соединены с соответствукшими выходами многоканального дискриминатора длительности, причем вход секционированной линии задержки соединен с входом многоканального дискриминатора длительности и подключен к первым входам всех сумматоров бло (д) Gj 04 1- 10/00; С» 01 Р 23/00

1 ков формирования, вторые входы которых подключены к соответствующим выводам секционированной линии задержки, и счетчик импульсов, входы которого соединены с выходами многоканального дискриминатора длительности, причем вход усилителя-ограничителя второго измерительного канала соединен через переключатель с первым и вторым выходами дифференциальных трансформаторов соотвеч ственно второго и первого измеритель ного каналов,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функцис нальных воэможностей устройства при одновременном повышении быстродействия, Р в него дополнительно введены элемент вычитания, два триггера, элемент совпадения и рециркулятор, состоящий иэ последовательно включенных линии задержки и усилителя, второй вход которого подключен к выходу триггера управления, ф первый вход которого соединен с входом . линии задержки и первым выходом усилителя рециркулигора, причем первый вход элемента совпадения соединен с выходом (Г триггера, второй вход элемента совпаде — C5 ния соединен с первым выходом усилителя рециркулятора, а выход элемента совпаде (Я ния соединен с управляющим входом счет QQ чика. импульсов, второй выход усилителя рециркулятора подключен к первому входу первого дополнительного триггера, второй вход которого соединен с вторым входом триггера, первым входом второго допол- . ) Ь нительного триггера непосредственно и через линию задержки - с вторым входом второго дополнительного триггера, выход которого подключен к первому входу элемжта вычитания, второй вход которого подключен к второму входу триггера уп озыге ррвления рециркулятора и к выходу пер- э"емента вычитания соединен с входом мног еого дополнительного триггера, выход канально олискриминатора плительности.

Изобретение относится к импульсной технике.

Известно устройство для непрерывного измерения периода следования импульсов, содержащее счетчик, генератор эталонной частоты, два элемента совпадения, ждущий мультивибратор, триггер и регистр сдвига, выход которого подключен к одному из входов первого элемента совпадения и через ждуший мультивибратор к ц входу счетчика, а через триггер и второй элемент совпадения, второй вход которой подключен к выходу генератора эталонной частоты, соединен с первым входом регистра сдвига, вторым входом связанного с вторым входом триггера (1 ).

Недостатком этого устройства являются отсутствие возможности измерения флюктуируюших временных интервалов, низкая точность и быстродействие эа счет усреднения результатов измерения временных интервалов, отсутствие воэможности измерения длительности импульсов, а также сложность изготовления высокостабильного генератора эталонной частоты.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения флюктуаций временных интервалов, содержащее два измерительных канала, первый из которых состоит из последовательно включенных ограничителей по верхнему и нижнему уровням, дифференциального трансформатора и усилителя-ограничителя, а второй из огра 35 ничителей по верхнему и нижнему уровням, дифференциального трансформатора, включенных последовательно, и. усили теля-ограничителя, триггер, один вход

40 которого соединен с выходом усилителяограничителя второго измерительного канала, первую регулируемую линию задержки, вход которой соединен с выходом усилителя-ограничителя первого иэ- .

45 мерительного канала, Вторую регулируе мую линию задержки, вход которой соединен с выходом триггере, два переключа,.»

2 теля, многоканальный дискриминатор .. длительности, содержащий секционированную линию задержки и N блоков формирования, каждый из которых состоит из последовательно включенных сумматора, ограничителя и выходного каскада, вы« ход которого соединен с выходом дискриминатора длительности, причем выход секционированной линии задержки соединен с вторым входом дискриминатора длительности, первый вход которого под

I ключен к первым входам всех сумматоров, вторые входы которых подклеены к выходам секционированной линии эадерж» ки и счетчик импульсов, входы которого соединены с выходами дискриминатора длительности, дополнительный вход кото рого через вторую регулируемую линию задержки соединен с выходом триггера, второй вход которого через первый переключатель соединен с выходом усили теля-ограничителя первого измерительного канала и выходом первой регулируемой линии задержки, а вход усилителя-ограничителя второго измерительного канала через второй переключатель с соответствующими выходами обоих диф ференциальных трансформаторов Г2 )..

Однако диапазон работы этого устройства ограничен. Оно .обеспечивает измерение флюктуаций временных инте валов, максимальная длительность которых не превышает времени задержки используемой регулируемой линии эадерж" ки, и не обеспечивает измерения длительности флюктуирующих временных интервалов.

Белью изобретения является расширение функциональных воэможностей устройства при одновременном повышении быстродействия за счет обеспечения возможности измерения различных временных интервалов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее два saMeрительных канала, первый из которых состоит иэ последовательно вкшбченных (щ анйчителей по верхнему и нижнему

1056128

3 уровням, дифференциального трансформатора и усилителя-ограничителя> а второй - из последовательно соедиеннных ограничителей цо верхнему и нижнему уровням и дифференциального трансформатора, а также усилителя-ограничителя, триггер, первый и второй входы которого, соединены соответственно с выходами усилителей-ограничителей первого и второго измерительных каналов, линию задержки, многоканальный дискриминатор длительности, содержащий секционированную линию задержки и и блоков формирования, каждый из которых состоит из последовательно включенных сумматора, ограничителя и выходного каскада,,выходы каждого иэ которых соединены с соответствующими выходами многоканаль ного дискриминатора длительности,причем вход секционированной линии задерж- ки соединен с входом многоканального дискриминатора длительности и подключен к первым входам всех сумматоров блоков формирования, вторые входы которых псдключены к соответствующим выводам секционированной линии задержки, и счет л чик импульсов, входы которого соединены с выходами многоканального дискриминатора длительности, причем вход усили, теля-ограничителя второго измерительного канала соединен через переключатель с первым и вторым выходами обоих диф ференциалвных трансформаторов соответственно второго и первого измерительных каналов, в него дополнительно введены элемент вычитайия, два триггера, элемент совпадения и рециркулятор, состоящий иэ . последовательно включенных линии за. держки и усилителя, второй вход которого подключен к выходу триггера управления, первый вход которого соединен с вхо 4О дом линии задержки и первым выходом усилителя рециркулигора, причем. первый вход элемента совпадения соединен с выходом триггера, второй вход элемента совпадения соединен с первым выходом усилителя рециркулятора, а выход элемента совпадения соединен с управляющим входом счетчика импульсов, второй выход усилителя рециркулятора подключен к пер вому входу первого дополнительного триг 5О гера, второй вход которого соединен с вторым входом триггера, первым входом второго дополнительного триггера иепос редствеино и через линию задержки с вторым входом второго дополнительного триггера, выход которого подключен к первому входу элемента вычитания, вто рой вход которого подключен к второму

4 входу триггера управления рециркулятора и к выходу первого дополнительного триггера, выход элемента вычитания соединен с входом многоканального дискриминатора длительности, На чертеже представлена функциональ

I ная схема устройства для измерения флкФтуируюших временных интервалов.

Устройство содержит два изл1ерительных канала 1,2, каждый из которых состоит из последовательно включенных ограничителя Р. по верхнему уровню, ограничителя 4 по нижнему уровню, дифференциального трансформатора 5 и ycmлнтеля-ограничителя 6, а также, триг гер 7, элемент совпацения 8, счетчик импульсов 9, рециркулятор 10, в который входяг линии задержки ll, усилитель 12 и триггер 13 управления, два дополнительных триггера 14, 15, линию задержки 16, элемент вычитания. 17 и многоканаль ный дискриминатор длительности 18, включающий в себя секционированную линию задержки 19, l4 блоков 20 формирования, каждый из которых включает сумматор 21, ограничитель 22 и выход ной каскад 23, переключатель 24, входные шины 25. и 26, причем два измерительных канала 1 и 2,первый из которых состоит иэ последовательно включенных ограничителей по верхнему 3 и нижнему 4 уровням, дифференциального траноформатора 5 и усилителя-ограничителя 6, триггер 7, входы которого раздельно соединены с выходами усилителей-ограничителей. 6 первого и второго измерительных каналов, линию задержки 11, вход которой соединен.с выходом усилителя-ограничителя 6 первого измерительного канала, многоканальный дискриминатор длительности 18, содержащий секционированную линию задержки 19 и М блоков 20 формирования, каждый из которых состоит. иэ последовательно включенных сумматора 21, ограничителя 22 и выходного каскада 23, выходы формирователя соединены с выходами дискриминатора длительности, причем вход секционированной линии 19 задержки соединеи с входом дискриминатора длительности 18 и подключен: к первым входам всех сумматоров 21, вторые входы которых подключены к выходам секционированной линии задержки 19, переключатель 24 и счетчик импульсов 9, входы которого соединены с выходами дискриминатора длительности 18, причем вход усилител ограничителя 6 второго иэме1056 р итвльного канала 2 соединен через переключатель 24- с соответствующими выходами обоих дифференциальных трансформаторов 5, элемент совпадения 8, один вход которого соединен с выходом триггера 7, рециркулятор 10, содержащий усилитель 12 и триггер управле. ния 13, при этом вход усилителя 12 соединен с одним входом триггера управления 13, а выход усилителя 12 10 замкнут со вторым входом элемента сов падения 8, выход которого соединен с дополнительным входом счетчика импульсов 9, два дополнительных триггера 14 и 15, первые входы которых сов- 15 динены с выходом усилителя-ограничи:— теля 6 второго измерительного канала 2, а второй вход первого дополнительного триггера 14 с вторым выходом усилителя 12 рециркулятора 10, второй вход 20 триггера управления 13 которого соединен с выходом первого дополнительного триггера 14, между первым и вторым входами второго дополнительного триг- . гера 15 включена дополнительная линия 2s задержки 16, а между первым дополнительным триггером 14 и многоканальным дискриминатором длительности 18 включен элеменг вычитания 17, к второ, му входу которого подклкиен выход второго дополнительного триггера 15.

Время выдержки линий задержки ll, 16,19 одинаковое.

Принцип работы устройства заключается в следующем.

Временные интервалы- в импульсной последовательности, длительность кото рых (4 щ) необходимо измерить на заданном уровне, подаются с шин 25 и 26 на вход ограничителей 3, Ограниченные 40 до заданного уровня импульсы подаются на ограничители 4. Уровень ограничения снизу выбирается таким, чтобы на выходе . ограничителя 4 получались практически поямоугольные импульсы с длительностью,4 равной длительности входных импульсов на.заданном уровне измерения. Эти импульсы подаются на трансформа горы 5 с двумя вторичными обмотками, с которых снимаются разнополярные импульсы.

Импульсы с первой выходной обмотки .- трансформатора 5 подаются на усилительорраничитель 6 первого измерительного ка. нала 1, с помощью которого выделяется импульс, соответствующий переднему 55 фронту импульса измеряемого временного интервала. Этот импульс поступает на вход триггера 7, опрокидывая его в но вое устойчивое состояние и на вход

128

6 усилителя 12 рециркулягора 10 через линию задержки 11. Этот же импульс поступает на разрешающий вход триггера управления 13 рециркулятора 10, оп рокидывая е1-о в новое устойчивое состочние. Разрешающее напряжение с выхода триггера 13 обеспечивает отпирание усилителя 12, на вход которого поступает задержанный им1гульс переднего фронта измеряемого временного интервала. Усиленный усилителем 12 этот импульс подается на вход элеменI та совпадения 8 и через линию. задержки 11 вновь поступает на вход усилителя 12. Таким образом на выходе рециркулятора 10 появляются импульсы с периодичностью, определяемой линией задержки 11. С выхода рециркулятора 10 эти импульсы поступают на вход элемента совпадения 8 и на первый вход первого дополнительного триггера 14.

Импульсное напряжение с второй обмотки трансформатора 5 канала 1 (обратной по» лярности) подаегся через переключатель 24 на усилитель-ограничитель 6 второго измерительного канала 2, с помощью которого выделяются импульсы обратной полярности, соответствующие заднему фронту импульса (либо переднему фронту импульсной последовательности в зависимости от положения переключателя 24). Эти импульсы поступают на второй вход триггера 7, опрокидывая его в исходное состояние. Сформирован-. ный триггером 7 импульс, длительность которого равна длительности измеряемого временного интервала, 1подаются на разрешающий вход элемента совпадения 8, на выходе которого появляются импуль-, сы с дискретностью во времени с1 T, количество которых прямо пропорцибйально длительности измеряемого временного интервала, длительность которого, с погрешностью, не превышающей периода рециркуляции, определяется выражением

4p = Lp tip где ьр- количество импульсов на выходе элемента совпадения 8, определяемое длительностью импульса, сформированного триггером 7 (равного длительности измеряемого временного интервала}, количество которых считается счетчиком 9 на дополнительном его входе.

С дополнительного выхода усилителя-ограничителя второго измерительного канала 2 импульсы, соответствующие заднему фронту измеряемого временного интервала, поступают на второй вход

7 1056 первого дополнительного триггера 14, опрокидывая его в новое устойчивое состояние. Очередной импульс с выхода . рециркуля тора 10 возвращает триггер 14 в исходное состояние. Таким образом, на .выходе первого дополнитель ного триггера 14 выделяются импульсы, длительность которых соответствует разностии между периолом повторения реииркулятора 10 и погрешностью измерения временного интервала, не превышающей

5ар. С выхода триггера 14 этот импульс поступает на один из входов элемента вычитания L7 .и на второй вход триггера управления 13 рециркулятора 10, возвращая его в исходное состояние. C выхода триггера 13 на вход усилителя 12 поступает напряжение эапирания и усилитель 12 прекращает выдавать считываеьые счетчиком 9 импульсы. С дополнительного выхода усилители-ограничитеas 6 второго измерительного канала 2 импульсы, соответствующие заднему фронту измеряемого временного интервала, поступают на один вход второго . дополнительного триггера 15, опрокиды; вая его в aosoe устойчивое состояние, и на вход линии задержки 16 с временем

I задержки равным периоду рециркуляции.

С выхода линии;задержки L6, эадер-(... жанный на период равный периоду рециркуляции и р,импульс поступает на второй вход второго дополнительного триггера 15, возвращая его в исходное

:состояние. Таким образом, на выходе Э5 триггера 15 формируется импульс с длительностью, равной периоду рециркуляции, но сдвинутый относительно его на время, соответствующее погрешности измерения временного интервала с помощью реыиркулятора 10. Сформированный триггером 15 импульс поступает на второй вход элемента вычитания 17, на выходе которого появляется импульс, соответствующий погрешности измерения време - 45 ного интервала с помощью иэмеритеюп ной схемы, состоящей из рециркулято. ра lO, триггера 7, элемента.совпаде ния 8 и счетчика 9, т.е. разности меж. ду длительностью нериода рециркуляции; ® и временным интервалой, дополняющим погрешность измерения до полного периода рециркуляции. Полученный на выходе.. элемента вычитания 17 импульс посту„.. пает иа вход многоканального дискримииа тора дпительности 18, особенностью ко-, торого является то, что в нем испольэуеч ся многосекЬионная линия задержки 19

l2S с суммарным временем задержки, равным периоду работы рециркулятора 10. Задержанный последовательно на время

dt (1.п)-Л" " а Э 2-.

3 импульс с и ого иэ п выходов линии задержки 16 >ступает на второй вход сумматора 21 своего блока 20 формирования. В результате на выходах сумматора 21 появятся укороченные импульсы с дискретностью во времени и количество которых прямо пропорционально длительности измеряемого временного интервала ошибки", длительность которого определяется выражением t3g "32 — +e где h количество импульсов на выходе многоканального дискриминатора 18, определяемое величиной измеряемого

«интервала ошибки (при максимальном значении этого интервала оно равно количеству секций линии задержки 19).

Укороченные импульсы с выходов сумматоров 21 поступают на входы своих ограничителей 22, с выходов которых количество импульсов считыввется счетчиком Э.

Абсолютное значение длительности измеряемого временного интервала определяется суммой изб Р 32 р р 32 ц, Рассмотренный пример, характеризует работу измерителя при измерении флюктуирующих по времени длительностей импульсов. Измерение других временных интервалов (периода повторения) обеспечивается эа счет выбора положения переключателя 24. Измерение флюктуаций временных интервалов является частным случаем работы измерителя и обеспечивается за счет обработки результатов поимпульсного измерения.

Использование рециркулжора 10 и элемента совпадения S при указанном их подключении обеспечивает автоматизированное измерение временных интервалов любой длительности. Введение. двух дополнительиых триггеров 14,15 и элемента вычитания L7 при соответствующем подключении позволяет осуществить поимпульсное измерение временных интервалов с погрешностью, не превышающей времени задержки одной секции линии задержки 19э T.e. 6+ »«< з что nps наличии линий задержки с сек» циями, обеспечивающими задержку на еди ницы, наносекунд позволяет измерять любые временные интервалы с точностью до единиц наносекунд, 1056128

Составитель В. Муляр

Редактор А, Шандор Техреду В,Далекорей .. Корректор А.0зятко

Заказ 9302/39 Тираж 411 Подписное

ВЙИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1ХЗОЗЗ, Москва, ЖЗ5; Раушскаи наб,, д. 4/5

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