Способ ускоренной нониусной интерполяции временных интервалов

Способ ускоренной нониусной интерполяции временных интервалов

Реферат

 

Предлагаемый способ основан на детектировании момента совпадения сигнала на выходе нониусного генератора с одним из набора сдвинутых друг относительно друга основного и вспомогательных опорных сигналов. Отличие от известных способов заключается в том, что вводится дополнительный режим калибровки, во время которой для каждого вспомогательного опорного сигнала определяют поправку, определяемую как количество нониусных импульсов между совпадениями нониусного сигнала с вспомогательным и основным опорными сигналами, а при измерении подсчитывают количество нониусных импульсов до совпадения нониусного сигнала с любым из вспомогательных или основным опорными сигналами и к полученному значению добавляют поправку для вспомогательного сигнала, с которым произошло совпадение. Если совпадение нониусного сигнала произошло с основным опорным сигналом, то добавление поправки не производят. Предлагаемый способ позволяет повысить быстродействие нониусных измерителей временных интервалов без снижения точности. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может использоваться для измерения с высокой точностью и высоким быстродействием временных интервалов между импульсами, поступающими с высокой интенсивностью.

Известен способ нониусной интерполяции, основанный на подсчете нониусных импульсов от момента поступления входного импульса до совпадения основного и нониусного сигналов [1]. Недостатком этого способа является низкое быстродействие, обусловленное тем, что для измерения требуется достаточно длительный отрезок времени, который может многократно превосходить по длительности измеряемый интервал.

Наиболее близким к предлагаемому является способ нониусной интерполяции [2], при котором в момент поступления границы временного интервала осуществляется запуск нониусного генератора, а окончание преобразования производится при совпадении нониусного сигнала с передним фронтом или спадом основного сигнала. Этот способ позволяет примерно в два раза повысить быстродействие нониусного метода, однако, при использовании этого способа снижается точность нониусного метода из-за невозможности обеспечить параметры основного и нониусного сигналов, в том числе скважность импульсов основного сигнала с точностью, присущей нониусному методу. Кроме того, во многих случаях двукратное повышение быстродействия оказывается недостаточным.

Изобретение направлено на повышение быстродействия нониусного метода без снижения его точности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, основанном на запуске нониусного генератора в момент поступления границы временного интервала и детектировании момента совпадения сигнала на выходе этого генератора с опорным сигналом, используют набор сигналов, включающий сдвинутые друг относительно друга основной и вспомогательные опорные сигналы, до начала измерения проводят калибровку, при которой определяют поправку для каждого вспомогательного сигнала, а при измерении подсчитывают количество нониусных импульсов до совпадения нониусного сигнала с любым из вспомогательных или основным опорными сигналами и к полученному значению добавляют поправку для вспомогательного сигнала, с которым произошло совпадение, а если совпадение нониусного сигнала произошло с основным опорным сигналом, то добавление не производят.

Кроме того используют два нониусных генератора, запускаемых соответственно начальной и конечной границами измеряемого интервала, определяют количество импульсов основного опорного сигнала между моментами окончания преобразования в нониусных генераторах, к количеству импульсов основного опорного сигнала добавляют поправку для вспомогательного сигнала, с которым произошло совпадение, соответствующего концу измеряемого временного интервала, и вычитают поправку для вспомогательного сигнала, с которым произошло совпадение, соответствующего началу измеряемого временного интервала.

Кроме того при калибровке поправку для каждого вспомогательного опорного сигнала определяют как количество нониусных импульсов между совпадением нониусного сигнала с этим вспомогательным опорным сигналом и совпадением нониусного сигнала с основным опорным сигналом.

Кроме того при калибровке поправку для каждого вспомогательного опорного сигнала определяют как среднее значение по многократным оценкам.

Кроме того при калибровке для каждого вспомогательного опорного сигнала сначала определяют предварительную поправку как количество нониусных импульсов между совпадением нониусного сигнала с этим вспомогательным опорным сигналом и следующим ближайшим совпадением нониусного сигнала с любым из вспомогательных или основным опорным сигналами, а окончательное значение поправки для каждого вспомогательного опорного сигнала вычисляют суммированием предварительных поправок до совпадения с основным опорным сигналом.

На фиг. 1 поясняется применение заявляемого способа для случая, когда используются три вспомогательных сигнала. На фиг. 2 приведены временные диаграммы для случая, когда детектирование импульсов основного опорного сигнала производится между моментами окончания преобразования в нониусных генераторах, как в п. 2 формулы изобретения. На фиг. 3 показано одно из возможных устройств, реализующих заявляемый способ. На фиг. 4 приведена схема нониусного блока для устройства, изображенного на фиг. 3. На фиг. 5 и 6 показаны временные диаграммы работы нониусного блока, изображенного на фиг. 4, в режимах калибровки и измерения.

На фиг. 1 изображено: 1 - входной сигнал запуска; 2 - нониусный сигнал с периодом T_н, 3 - основной опорный сигнал с периодом T_о; 4-1, 4-2, 4-3 - первый, второй и третий вспомогательные сигналы. Период T_н нониусного сигнала связан с периодом T_о основного опорного сигнала соотношением T_н=(K+1)T_о/K (1) где K - коэффициент интерполяции (целое число), задающий точность нониусного метода. Вспомогательные опорные сигналы формируются из основного опорного сигнала путем сдвига друг относительно друга на величину T_о/(n+1), где n= 3 - количество вспомогательных сигналов. В предлагаемом способе не требуется обеспечения точного сдвига между опорными сигналами, так как если сдвиг отличается от номинального значения, то это будет выявлено в режиме калибровки и соответственно учтено при вычислении кодов временных интервалов.

До начала измерения проводится калибровка. Во время калибровки определяется количество R_i[j] импульсов нониусного сигнала между совпадением нониусного сигнала с j-м вспомогательным сигналом и совпадением нониусного сигнала с основным опорным сигналом для всех i и j (i - номер нониусного сигнала). В простейшем случае, в том числе на фиг. 1, когда используется один нониусный сигнал, индекс i может быть опущен. На фиг. 1 и в дальнейшем предполагается, что количество нониусных импульсов равно количеству периодов соответствующего сигнала. В реальных схемах, в том числе и в известных, это может обеспечиваться сдвигом подсчитываемых импульсов, их инверсией, началом счета со второго импульса и т.п. В приведенном на фиг. 1 примере поправки равны: R[1] = 9; R[2]=6; R[3]=3. Поправка R[1] для первого вспомогательного сигнала определяется как количество импульсов между совпадением нониусного сигнала 2 с первым вспомогательным сигналом 4-1 в точке A и совпадением нониусного сигнала с основным опорным сигналом 3 в точке B. Поправка R[2] для второго вспомогательного сигнала определяется как количество импульсов между совпадением нониусного сигнала 2 с вторым вспомогательным сигналом 4-2 в точке C и совпадением нониусного сигнала с основным опорным сигналом 3 в точке B. Поправка R[3] для третьего вспомогательного сигнала определяется как количество импульсов между совпадением нониусного сигнала 2 с третьим вспомогательным сигналом 4-3 в точке D и совпадением нониусного сигнала с основным опорным сигналом 3 в точке В.

Поправки могут определяться путем однократного подсчета импульсов или путем усреднения многократных подсчетов, как в п. 4 формулы изобретения. В последнем случае для каждого вспомогательного сигнала многократно повторяют определение поправки с целью нахождения среднего значения, что позволяет снизить влияние случайной составляющей погрешности, вызванной кратковременным отклонением частоты нониусного сигнала от номинального значения, нестабильностью работы схем детектирования совпадений и т.д.

Поправка для каждого вспомогательного сигнала может вычисляться как сумма предварительных поправок до совпадения с основным опорным сигналом, как в п. 5 формулы изобретения. Предварительная поправка при этом определяется как количество импульсов между совпадением нониусного сигнала с этим вспомогательным опорным сигналом и следующим ближайшим совпадением нониусного сигнала с любым из вспомогательных или опорным сигналом. В случае, если используются три вспомогательных сигнала (как на фиг. 1), то для первого вспомогательного сигнала следующим ближайшим совпадением будет совпадение нониусного сигнала с вторым вспомогательным сигналом, для второго вспомогательного сигнала следующим ближайшим совпадением будет совпадение нониусного сигнала с третьим вспомогательным сигналом, для третьего вспомогательного сигнала следующим ближайшим совпадением будет совпадение нониусного сигнала с основным опорным сигналом (см. фиг. 1). В соответствии с п. 5 формулы изобретения для первого сигнала измеряется предварительная поправка Q[1] - количество импульсов между совпадениями нониусного сигнала с первым и вторым вспомогательными сигналами в точках A и C. Для второго вспомогательного сигнала измеряется предварительная поправка Q[2] - количество импульсов между совпадениями нониусного сигнала с вторым и третьим вспомогательными сигналами в точках C и D. Для третьего вспомогательного сигнала следующим совпадением будет совпадение с основным опорным сигналом, поэтому для него сразу определяется поправка R[3]. Окончательные значения поправок вычисляются по формулам R[2]=R[3]+Q[2], R[1]= R[2]+Q[1]=R[3+Q[2]+Q[1]. Такой порядок определения поправок позволяет в ряде случаев сократить разрядность счетчиков, на которых осуществляется подсчет импульсов.

При измерении импульс входного сигнала 1 задает фазу нониусного сигнала 2, который в приведенном на фиг. 1 примере совпадает с первым вспомогательным сигналом 4-1 в точке А, и преобразование на этом заканчивается. При этом от момента запуска до момента совпадения будет зафиксировано М[1]=2 импульсов (периодов нониусного сигнала). Для получения конечного результата к коду М[1] добавляется определенный в режиме калибровки код R[1]=9. В результате получается N = М[1] + R[1] = 11 (2) Если бы преобразование проводилось известным способом, то оно закончилось бы в точке В и было бы зафиксировано N=11 импульсов. В предлагаемом способе преобразование дает такой же результат, однако завершается раньше. Предлагаемый способ может применяться как в чистом виде, так и для интерполяции, когда код временного интервала грубо определяется импульсами опорного генератора, а отрезки между границами измеряемого интервала и ближайшим импульсом опорного генератора измеряются нониусным методом. Данный способ может использоваться также тогда, когда начальная граница измеряемого интервала задает фазу опорного сигнала, а конечная граница - фазу нониусного сигнала.

Если бы при измерении совпадение произошло с вторым вспомогательным сигналом, то добавлялась бы поправка R[2], если с третьим - то поправка R[3]. Если при измерении совпадение происходит с основным опорным сигналом, то поправка не добавляется.

На фиг. 2 показана временная диаграмма для случая, когда при измерении для вычисления кода L временного интервала Т используются импульсы опорного сигнала между моментами совпадения нониусных сигналов с опорным по п. 2 формулы изобретения. В приведенной на фиг. 2 диаграмме используется 3 вспомогательных сигнала.

На фиг. 2 изображено: 5 - входной сигнал, импульсы которого задают границы интервала Т; 6 и 7 - первый и второй нониусные сигналы; 8 - основной опорный сигнал; 9-1, 9-2 и 9-3 - первый, второй и третий вспомогательные сигналы.

При использовании известного способа код L временного интервала Т вычисляется по формуле L = КN₀ + (К + 1)(N₁ - N₂) где N₁ и N₂ - количество импульсов первого 6 и второго нониусных сигналов от момента запуска до совпадения с основным опорным сигналом 8, N₀ - количество импульсов основного опорного сигнала между этими совпадениями. В примере, показанном на фиг. 2, N₁=8, N₂=5, N₀=3. При использовании заявляемого способа сначала проводится калибровка для оценки количества импульсов R₁[j] и R₂[j] (j=1,2,3) между совпадениями нониусного сигнала с j-м вспомогательным опорным сигналом для первого и второго нониусных сигналов соответственно так, как описано выше в соответствии с п.п. 1, 3, 4 формулы изобретения. Для упрощения в примере, показанном на фиг. 1, поправки равны следующим значениям: R₁[1]=R₂[1]=9, R₁[2]=R₂[2]=6, R₁[3]=R₂[3]=3, хотя в общем случае поправки R₁[j] и R₂[j] при одном j могут и не совпадать.

В режиме измерения в примере, показанном на фиг. 2, первый нониусный сигнал 6, запускаемый начальной границей измеряемого интервала Т, совпадает с вторым вспомогательным сигналом 9-2 в точке A. При этом от момента запуска до совпадения будет зафиксировано M₁[2]=2 импульсов (периодов нониусного сигнала). Второй нониусный сигнал 7, запускаемый конечной границей Т, совпадает с третьим вспомогательным сигналом 9-3 в точке В. В этом случае будет зафиксировано М₂[3]=2 импульсов. Между моментами совпадения (точками A и B) будет зафиксировано М₀[2/3]=6 импульсов опорного сигнала 8 (индекс 2/3 показывает, что первое совпадение произошло с вторым вспомогательным сигналом, а второе совпадение - с третьим сигналом).

В соответствии с п. 1 формулы изобретения получается N₁ = M₁[2]+R₁[2]=2+6=8 N₂=M₂[3]+R₂[3]=2+3=5 В соответствии с п. 4 формулы получаем N₀=N₀[2/3]+R₂[3]-R₁[2]- 6+3-6=3 В результате коды N₀, N₁ и N₂ получаются такие же, как и в известном способе, однако преобразование заканчивается раньше.

На фиг. 3 приведена схема измерителя, в котором временные интервалы грубо кодируются импульсами опорного генератора, а интерполяция между границами временного интервала и передними фронтами опорного генератора осуществляется с помощью заявляемого способа.

На фиг. 3 изображено: 11 - секционированная линия задержки; 12 - входное устройство; 13 - опорный генератор; 14 и 15 - первый и второй нониусные блоки соответственно; 16 - ключ; 17 и 18 - первый и второй нониусные счетчики соответственно; 19 - основной счетчик; 20 - блок фиксации и управления.

На фиг. 4, где раскрывается схема нониусных блоков 14 и 15, изображено: 21 - нониусный генератор; 22, 23, 24 и 25 - первая, вторая, третья и четвертая схемы совпадений соответственно; 26 - первый переключатель; 27 - первая схема "И"; 28, 29, 30 и 31 - первый, второй, третий и четвертый формирователи соответственно; 32 - триггер; 33 - элемент задержки; 34 - регистр; 35 - схема "ИЛИ"; 36 - коммутатор; 37 - второй переключатель; 38 - вторая схема "И".

На фиг. 5 поясняется работа нониусного блока в режиме калибровки: 39 - сигнал на выходе нониусного генератора 21; 40 - сигнал на выходе опорного генератора 13 (вход "а" нониусного блока); 41-1, 41-2, 41-3 - соответственно первый, второй и третий вспомогательные сигналы на выходах секционированной линии задержки 11, поступающие на входы "б", "в" и "г" нониусного блока; 42 - сигнал на выходе четвертой схемы совпадений 25; 43 - сигнал на выходе элемента задержки 33; 44- сигнал на выходе коммутатора 36; 45 - сигнал на выходе первой схемы совпадений 22; 46 - сигнал на выходе первого формирователя 28; 47 - сигнал на выходе второй схемы "И" 38 (выход "з" нониусного блока).

На фиг. 6 поясняется работа нониусного блока в режиме измерения: 48 - сигнал запуска нониусного генератора 21, поступающий на вход "д" нониусного блока; 49 - сигнал на выходе нониусного генератора 21; 50 - сигнал на выходе опорного генератора 13 (вход "а" нониусного блока); 51-1, 51-2, 51-3 - соответственно первый, второй и третий вспомогательные сигналы на выходах секционированной линии задержки 11, поступающие на входы "б", "в" и "г" нониусного блока; 52 - сигнал на выходе элемента задержки 33; 53 - сигнал на выходе четвертого формирователя 31; 54 - сигнал на выходе второй схемы "И" 38 (выход "з" нониусного блока); 55 - сигнал на выходе первой схемы "И" 27 (выход "ж" нониусного блока).

В приведенной на фиг. 3 схеме выход опорного генератора 13 соединен с входами "а" первого и второго нониусных блоков 14 и 15, а также с входом секционированной линии задержки 11, выходы которой соединены с входами "б", "в" и "г" первого и второго нониусных блоков 14 и 15. Входы запуска "д" первого и второго нониусных блоков 14 и 15 подключены к выходам входного устройства 12, вход которого является входом измерителя. Выходы входного устройства 12 соединены также с управляющими входами ключа 16, информационный вход которого подключен к выходу опорного генератора 13, а выход ключа 16 соединен с входом основного счетчика 19, выходы "ж", "и-1"... "и-4" первого и второго нониусных блоков 14 и 15 подключены к входам блока фиксации и управления 20, выходы "з" первого и второго нониусных блоков 14 и 15 подсоединены к входам первого и второго нониусных счетчиков 17 и 18, выходы которых, а также выход основного счетчика 19 подсоединены к входам блока фиксации и управления 20, с выхода которого по шине управления на входы "е" первого и второго нониусных блоков 14 и 15 поступает сигнал режима (калибровки или измерения), а также номер вспомогательного сигнала в режиме калибровки.

Приведенный на фиг. 3 измеритель, реализующий заявляемый способ, работает в двух режимах: режиме калибровки и режиме измерения.

В режиме калибровки для каждого из нониусных блоков 14, 15 для каждого из вспомогательных сигналов 41-1, . .. 41-3 в соответствии с п. 3 формулы изобретения определяется количество нониусных импульсов R_i[j] нониусного сигнала между совпадениями этого сигнала с j-м вспомогательным сигналом (j= 1,2,3) и основным опорным сигналом (i=1,2 -номер нониусного блока). В режиме калибровки входные сигналы не поступают.

По шине управления из блока фиксации и управления 20 (см. фиг. 3) на входы "е" нониусных блоков 14 и 15 последовательно поступают номера j=1, 2,. . . вспомогательных сигналов, для которых осуществляется калибровка. Здесь возможны различные варианты: 1) проводится по одному циклу работы (испытания) для каждого вспомогательного сигнала; 2) сначала задается j=1 и проводится серия испытаний для первого вспомогательного блока, затем задается j= 2 и проводится серия испытаний для второго сигнала и т. д.; 3) после одного испытания номер j увеличивается и так многократно; после последнего сигнала происходит возврат к первому сигналу; при этом для каждого сигнала производится серия измерений. В последних двух случаях поправки определяются как средние значения в соответствии с п. 4 формулы изобретения.

На выходах "з" нониусных блоков 14 и 15 вырабатываются импульсы между совпадениями нониусного сигнала с j-м вспомогательным сигналом и основным опорным сигналом. На выходах первого 17 и второго 18 нониусных счетчиков фиксируются коды соответственно R₁[j] и R₂[j], которые поступают в блок фиксации и управления 20, где запоминаются или вычисляются их средние значения, которые будут использоваться при измерении. Блок фиксации и управления 20 может быть реализован с применением микропроцессорных средств и может включать в себя буферное запоминающее устройство для хранения кодов.

Результаты калибровки R₁[j] и R₂[j] могут формироваться по одиночным испытаниям, что сокращает время калибровки, однако определение средних значений R₁[j] и R₂[j] на основе многократных испытаний в соответствии с п. 4 формулы изобретения позволяет снизить влияние случайных составляющих погрешности.

Величина сдвига сигналов на выходах секционированной линии задержки 11 должна устанавливаться близкой к величине = =Т_о/(n+1), где n - число вспомогательных сигналов, однако точного значения устанавливать не требуется, так как отклонение сдвига не влияет на точность. Это отклонение измеряется в режиме калибровки и учитывается в кодах R₁[j] и R₂[j] и соответственно при вычислении величины временного интервала.

В режиме измерения импульс, отмечающий начальную границу временного интервала, проходя через входное устройство 12, запускает первый нониусный блок 14, а импульс, отмечающий конечную границу - второй нониусный блок 15. Ключ 16 выделяет импульсы опорного генератора 13 между границами измеряемого интервала. На основном счетчике 19 фиксируется код грубой оценки временного интервала. Уточнение (интерполяция) производится на основе кодов с выходов первого 17 и второго 18 нониусных счетчиков, на которых подсчитывается количество импульсов M₁ и М₂ нониусного сигнала от момента запуска до момента совпадения с любым из вспомогательных или с основным опорным сигналами.

После окончания измерения на выходах "и-1", "и-2",... нониусных блоков 17 и 18 вырабатываются коды J₁ и J₂, по которым определяется, с каким из сигналов (основным опорным или одним из вспомогательных) произошло совпадение в соответствующем нониусном блоке. Эти коды, а также коды M₁[J₁] и М₂[J₂] с выходов нониусных счетчиков 17, 18 и код грубого значения с выхода основного счетчика 19 передаются в блок фиксации и управления 20, где к содержимому нониусных счетчиков M₁[J₁] и М₂[J₂] добавляются коды поправок R₁[J₁] и R₂[J₂] , полученные в результате калибровки, а затем вычисляется код временного интервала по известным формулам. При этом, если совпадение произошло с основным опорным сигналом, то добавление кодов R_i[j] не производится.

Нониусные блоки 17 и 18 имеют одинаковую схему, и каждый из них содержит (см. фиг. 4) нониусный генератор 21, запускаемый сигналом, приходящим на вход "д" нониусного блока; схемы совпадения с первой по четвертую 22-25, на первые входы которых поступает сигнал с выхода нониусного генератора 21, а на вторые входы - основной опорный сигнал (вход "а" нониусного блока) и вспомогательные сигналы (входы "б", "в" и "г" нониусного блока), первый переключатель 26, первую схему "И" 27, выход которой является выходом "ж" нониусного блока, первый, второй, третий и четвертый формирователи 28-31, подключенные к выходам схем совпадения 22-25, триггер 32, вход установки которого подключен к выходу первого переключателя 26; элемент задержки 33, подсоединенный к выходу триггера 32; регистр 34; вход записи которого подключен к выходу первой схемы "И" 27, информационные входы регистра подключены к выходам формирователей 28-31, выходы регистра являются выходами "и-1", "и-2",... нониусного блока; схему "ИЛИ" 35, входы которой подключены к выходам формирователей 28-31, а выход которой подключен к первому входу схемы "И" 27, второй вход которой подсоединен к выходу элемента задержки 33; коммутатор 36, входы которого подключены к выходам второго, третьего и четвертого формирователей 29-31, а выход которого подключен к первому входу первого переключателя 26; второй переключатель 37, первый вход которого подключен к выходу первого формирователя 28, второй вход второго переключателя подключен к выходу схемы "ИЛИ" 35, а его выход подключен к входу сброса триггера 32; вторая схема "И" 38, входы которой подключены к выходу нониусного генератора 21 и элемента задержки 33, а выход которой является выходом "з" нониусного блока.

На выходах формирователей 28-31 вырабатываются импульсы длительностью примерно один такт сигнала на выходе нониусного генератора 21, которые свидетельствуют о совпадении нониусного сигнала с соответствующим опорным сигналом. Импульс на выходе первого формирователя 28 свидетельствует о совпадении нониусного сигнала и основного опорного сигнала. Импульс на выходе второго формирователя 29 свидетельствует о совпадении нониусного сигнала и первого вспомогательного сигнала и т.д.

Нониусный блок работает в двух режимах: режиме калибровки и режиме измерения. Эти режимы задаются сигналами управления, поступающими из блока фиксации и управления 20 на входы "е" нониусного блока (на фиг. 4 эти сигналы не показаны). К сигналам управления относится также не показанный на фиг. 4 номер сигнала, управляющий коммутатором 36.

В режиме калибровки первый 26 и второй 37 переключатели пропускают сигналы со своих первых входов. Первый переключатель 26 пропускает на выход сигнал с выхода коммутатора 36, второй переключатель 37 - сигнал с выхода первого формирователя 28. Коммутатор 36 пропускает на свой выход сигнал с одного из формирователей 29-31, номер сигнала которого поступает из блока фиксации и управления 20 на вход "е" нониусного блока.

В режиме калибровки нониусный блок обеспечивает выработку нониусных импульсов от момента совпадения сигнала нониусного генератора 21 с заданным вспомогательным сигналом до момента совпадения с основным опорным сигналом. На фиг. 5 показана временная диаграмма для случая, когда определяется поправка R[3] для третьего вспомогательного сигнала. Коммутатор 36 при этом пропускает сигнал с выхода четвертого формирователя 31.

В режиме калибровки сигналы запуска на вход "д" нониусного блока не поступают, поэтому нониусный генератор 21 не изменяет фазу нониусного сигнала 39 (см. фиг. 5). В момент совпадения нониусного сигнала с третьим вспомогательным сигналом 41-3 на выходе четвертой схемы совпадения 25 вырабатывается импульс (см. сигнал 42 на фиг. 5), по которому на выходе четвертого формирователя 31 вырабатывается импульс длиной в один такт, который, проходя через коммутатор 36 (см. сигнал 44 на фиг. 5) и первый переключатель 26, устанавливает триггер 32 в единичное состояние. Вследствие этого на выходе элемента задержки 33 установится единичный уровень (см. сигнал 43 на фиг. 5), разрешающий прохождение импульсов с выхода нониусного генератора 21 через вторую схему "И" 38 на выход "з" нониусного блока (см. сигнал 47).

В момент совпадения импульсов нониусного генератора 21 с импульсом основного опорного сигнала 40 на выходе первой схемы совпадения 22 вырабатывается импульс (см. сигнал 45), который вызывает выработку импульса на выходе формирователя 28 (см. сигнал 46 на фиг. 5), который, проходя через второй переключатель 37, сбрасывает триггер 32, и на выходе элемента задержки 33 прекращается выработка уровня логической единицы (см. сигнал 43 на фиг. 5), что прекращает выработку сигналов на выходе "з" нониусного блока. Таким образом, нониусный блок в режиме калибровки обеспечивает выработку на выходе "з" нониусных импульсов между совпадениями нониусного сигнала с выбранным (на фиг. 5 с третьим) вспомогательным сигналом и основным опорным сигналом.

В режиме измерения первый 26 и второй 37 переключатели пропускают сигналы со своих вторых входов. Первый переключатель 26 пропускает на свой выход сигнал запуска, поступающий на вход "д" нониусного блока, а второй переключатель 37 - сигнал с выхода схемы "ИЛИ" 35. В момент поступления сигнала запуска (см. сигнал 48 на фиг. 6) устанавливается новая фаза сигнала 49 на выходе нониусного генератора 21, а также устанавливается в единичное состояние триггер 32, в результате чего единичным уровнем сигнала 52 с выхода элемента задержки 33 разрешается прохождение сигнала 49 с выхода нониусного генератора 21 на выход "з" нониусного блока (см. сигнал 54 на фиг. 6).

В момент совпадения нониусного сигнала с любым вспомогательным или основным опорным сигналом (на фиг. 6 - с третьим вспомогательным сигналом 51-3) на выходе схемы "ИЛИ" 35 вырабатывается импульс, по которому на выходе первой схемы "И" 27 вырабатывается импульс (см. сигнал 55 на фиг. 6), по заднему фронту которого в регистр 34 записывается информация о том, с каким из сигналов произошло совпадение. Одновременно сигналом с выхода второго переключателя 37 сбрасывается триггер 32, вследствие чего прекращается прохождение сигналов через первую 27 и вторую 38 схемы "И".

Таким образом, схема нониусного блока в режиме измерения обеспечивает выработку на выходе "з" импульсов от момента запуска до момента совпадения с любым из опорных (основным или вспомогательным) сигналов, а также выработку на выходах "и-1",... "и-4" кода, определяющего, с каким из сигналов произошло совпадение.

При большом количестве вспомогательных сигналов на выходе регистра 34 целесообразно ставить кодопреобразователь, который может сократить количество разрядов на выходе "и" нониусного блока.

В предлагаемом способе достигается повышение быстродействия нониусного метода измерения временных интервалов без снижения его точности. Это достигается тем, что способ не требует тщательной настройки реализующих этот способ устройств: не требуется обеспечения точного сдвига между опорными сигналами, не предъявляется жестких требований к схемам детектирования. Все отклонения от номинальных значений выявляются в режиме калибровки и учитываются в соответствующих поправках. Кроме того, способ позволяет снизить погрешность нониусного метода, вызванную нестабильностью нониусного сигнала, поскольку значения поправок могут вычисляться как средние величины, что снижает влияние случайной составляющей.

Источники информации 1. Гитис Э.И., Пискулов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи - М.: Энергоатомиздат, 1981, - с. 147-149.

2. Авторское свидетельство СССР N 930221, М. кл. G 04 F 10/04, 1982, БИ N 19.

Формула изобретения

1. Способ ускоренной нониусной интерполяции временных интервалов, основанный на запуске нониусного генератора в момент поступления границы временного интервала и детектировании момента совпадения сигнала на выходе этого генератора с опорным сигналом, отличающийся тем, что используют набор сигналов, включающий сдвинутые друг относительно друга основной и вспомогательные опорные сигналы, до начала измерения проводят калибровку, при которой определяют поправку для каждого вспомогательного сигнала, а при измерении подсчитывают количество нониусных импульсов до совпадения нониусного сигнала с любым из вспомогательных или основным опорными сигналами и к полученному значению добавляют поправку для вспомогательного сигнала, с которым произошло совпадение, а если совпадение нониусного сигнала произошло с основным опорным сигналом, то добавление не производят.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют два нониусных генератора, запускаемых соответственно начальной и конечной границами измеряемого интервала, определяют количество импульсов основного опорного сигнала между моментами окончания проебразования в нониусных генераторах, к количеству импульсов основного опорного сигнала добавляют поправку для вспомогательного сигнала, с которым произошло совпадение, соответствующего концу измеряемого временного интервала, и вычитают поправку для вспомогательного сигнала, с которым произошло совпадение, соответствующего началу измеряемого временного интервала.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при калибровке поправку для каждого вспомогательного опорного сигнала определяют как количество нониусных импульсов между совпадением нониусного сигнала с этим вспомогательным опорным сигналом и совпадением нониусного сигнала с основным опорным сигналом.

4. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что при калибровке поправку для каждого вспомогательного опорного сигнала определяют как среднее значение по многократным оценкам.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при калибровке для каждого вспомогательного опорного сигнала сначала определяют предварительную поправку как количество нониусных импульсов между совпадением нониусного сигнала с этим вспомогательным опорным сигналом и следующим ближайшим совпадением нониусного сигнала с любым из вспомогательных или основным опорным сигналами, а окончательное значение поправки для каждого вспомогательного опорного сигнала вычисляют суммированием предварительных поправок до совпадения с основным опорным сигналом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6