Комбинированный измеритель временных интервалов

Комбинированный измеритель временных интервалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< «983642

Союз Советских

Социалистических

Республик (6t) Дополнительное к авт. свид-ву— (И1М Кя э (22) Заявлено 02.04 ° 81(21) 32á 8515/18-21. с присоединением заявки Й90 04 F 10/04

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

{23) Приоритет (53)УДК 681.325.3 (088. 8) Опубликовано.23.1282- Бюллетень М 47

Дата опубликования описания 23.12.82 (72) Авторы изобретения

В.A. Гулякин, В.В. Данилевич и Е.В. Новиков«в

«г

Белорусский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им.В.И. Ленийа

» « »»

1:"":, :.;,: ..;.:,"р р

""-i7

I.1:7 т т с <»

« (73) Заявитель (54) ., КОМБИНИРОВАННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ

ИНТЕРВАЛОВ

Изобретение относится к информационно-измерительной технике .и может использоваться в экспериментальной физике, лазерной технике и радиолокации.

Известен комбинированный измери,тель временных интервалов, принЦип действия которого основан на подсчете целого числа импульсов опорного генератора эа измеряемый временной интервал и интерполяции эон неопределенности между старт(стоп)-импульсами и импульсами опорного генератора методом преобразования время-амплитуда — код (1).

Это устройство характеризуется низкой точностью измерения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является из меритель, который содержит два дискриминатора, две схемы селекции сигналов, два преобразователя времякод, опорный генератор импульсов, триггер, схему И, счетчик импульсов и арифметический блок (2).

Недостатком этого измерителя временных интервалов является значительная, погрешность измерения, зависимая от параметров старт- и стопсигналов, задающих границы регистрируемых интервалов ° Погрешность возникает из-эа конечной точности фиксаций на временной оси старт- и стоп5 сигналов входными пороговыми устройствами и возрастает пропорционально диапазонам изменения параметров этих сигналов. В частности, для линейно нарастающих старт- и стопсигналов с фиксированными длительностями фронтов нарастания Гн возникает .дополнительная нескомпенсированная погрешность

6 (« «. ц«

35 к »,, - п 1 1макс 1минц «ивн вакс« где U. — пороговое иапряже16 ние входного дискри- минатора;

"«мин " ««мокс — соответственно минимальная и максимальная амплитуды входного сигнала, i X для с тарт-канала и

1=2 — для стоп-ка25 нала.

Изменения длительностей фронтов нарастания вносят дополнительные погрешности измерения.

Воэможности снижения погрешностей

30 измерения эа счет снижения пороговых

983642 напряжений входных дискриминаторов существенно ограничены с одной сто роны ухудшением помехоустойчивости устройства, а с другой стороны — малой крутизной начальных участков реальных входных сигналов.

Цель изобретения — повышение точности измерения временных интервалов при расширении диапазонов изменения амплитуды и времени нарастания входных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в комбинированный измеритель временных интервалов, содержащий первый и второй дискриминаторы, входы .которых соединены соответственно с шинами Старт и Стоп, выход первого дискриминатора подключен к первым входам первых преобразователя время — код и элемента селекции, выход которого соединен с первым входом триггера и вторым входом первого преобразователя время - код, выход которого подключен к первому входу арифметического блока, выход второго дискриминатора соединен с первыми входами вторых элемента селекции и преобразователя время — код, второй вход которого соединен с выходом второго элемента селекции и вторым входом триггера, а выход подключен к второму входу арифметического блока, выход опорного генератора импульсов соединен с вторыми входами, элементов селекции и первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу триггера, а выход — к входу счетчика импульсов, выход которого подключен к третьему входу арифметического блока, дополнительно введены два дискриминатора, два преобразователя время — код, 40 два преобразователя амплитуда — код, два коммутатора кодов и постоянное запоминающее устройство, причем шина Старт соединена с входом первого дополнительного дискриминатора 45 непосредственно и через первый преобразователь амплитуда — код - с первым входом первого коммутатора кодов, выход которого через постоянное запоминающее устройство подключен к четвертому входу арифметического блока, выход первого дополнительного дискриминатора соединен с первым входом первого дополнительного преобразователя время — код, второй вход

Koторого подключен к выходу первого дискриминатора,.а выход — к первому входу второго коммутатора кодов, выход которого соединен с пятым входом арифметического блока, шина Стоп соединена с входом второго 60 дополнительного дискриминатора непосредственно и через второй преобра.зователь амплитуда — код — с вторым входом первого коммутатора кодов, выход второго дополнительного дис- 65 криминатора подключен к первому входу второго дополнительного преобразователя время — код, второй вход

Которого соединен с выходом второго дискриминатора, а выход подключен к второму входу второго коммутатора кодов.

На фиг. 1 представлена блок-схема комбинированного измерителя временных интервалов; на фиг. 2 — временная диаграмма, поясняющая принцип работы ,предлагаемого измерителя временных интервалов и иллюстрирующая механизм возникновения погрешностей

p„(a„H„Uq>), 62(а < Uzg), обусловленнйх флуктуацией регистрируемых сигналов .

Устройство содержит старт- и стопшины 1 и 2 соответственно 3-6, опорный генератор 7 импульсов, элементы

8 и 9 селекции, преобразователи 10 и 11 амплитуда — код, преобразователи 12-15 время — код, триггер 16, элемент И 17, счетчик 18 импульсов, арифметический блок 19, коммутаторы

20 и 21 кодов и постоянное запоминающее устройство 22.

На фиг. 2 показаны: старт-импульс

23, стоп-импульс ?4, сигнал 25 на выходе дискриминатора 4, сигнал 26 на выходе дискриминатора 3, сигнал

27 на выходе опорного генератора 7, сигнал 28 на выходе дискриминатора

5, сигнал 29 на выходе дискриминатора 6.

Устройство работает следующим образом.

Старт-импульс, задающий начало измеряемого временного интервала, поступает на вход дискриминатора 4, обеспечивающего фиксацию его положения на временной оси. С выхода дискриминатора 4 стандартизованный импульс, соответствующий началу измеряемого временного интервала (физического процесса), поступает на вход элемента 8 селекции и на вход преобразователя 13 время — код. На другой вход преобразователя 13 подается непосредственно следующий за запускающим импульс опорной последовательности генератора 7, выделенный элементом 8. Этот импульс устанавливает также триггер 16 в единичное состояние, обеспечивая тем самым поступление импульсов опорного генератора 7 на вход счетчика 18.

Сформированный на входе преобразователя 13 временной интервал трансформируется последним в соответствующий цифровой эквивалент. Сигнал с выхода элемента 9 селекции возвращает триггер 16 в исходное состояние, прекращая поступление импульсов опорного генератора 7 на вход счетчика 18, в котором при этом фиксируется грубый цифровой эквивалент измеряемого временного интервала.

983642

Аналогично рассмотренному выше по стоп-сигналу при помощи дискриминатора 5, элемента 9 селекции и преобразователя 14 время — код формируется и измеряется временной интервал неопределенности временного положения стоп-сигнала относительно времяэадающей последовательности генератора 7. Результат преобразования времеиного интервала, ограниченного .старт- и стоп-сигналами, может. быть записан в виде: т= гр тог mora, «1ц "ц "ц) цц((ц ц >)u)

Z 1 2 где — результат грубого измерегр ния регистрируемого временного .интервала, фиксируемый в счетчике 18, tn, ., результаты измерений (nor a i аппо преобразователями 13 и 14 время— код интервалов временной неопределенности положения старт- и стоп сигналов относительно импульсов опорного генеРатоРа 7; Ь,(а„, Н„, 0„) и Л (а н, U )- погрешности временной фиксации

Я старт- и стоп-сигналов, зависящие от их амплитуды а„, а и длительности ь и фронта нарастания, а также

Н«ц Н2 установленных пороговьм уровней (1, и UZ дискриминаторов 4 и 5. Значение погрешностей фиксации могут быть представлены в виде линейной функции от iH.

>(>,т„, щ=".„Ч(а,О), (>) где Ч(а U) — некоторая функция амf плитуды сигнала а и порогового напряжения U. В частности,эта функция имеет вид q(a, U)=U/а — для линейно нарастающего сигнала, q (a,O) = 1И/a— для параболлической и Ч(а, U) =In((U +

+а)/a). — для экспоненциальной аппроксимации фронта.

Для снижения погрешностей d<(a> тн1,U„) и 4 (а,с„ Uz) в измеРитель времейных интервалов введены преобразователи 10 и 11 амплитуда — код и преобразователи 12 и 15 время код, дополнительные дискриминаторы

3 и 6, пороговые напряжения которых превышают пороговые напряжения основных дискриминаторов 4 и 5,.комму.таторы 20 и 21 кодов и перепрограммируемоме постоянное запоминающее устройство 22. Перечисленные узлы обеспечивают получение информации о ,параметрах старт- и стоп-сигналов, необходимой для фсрмирования цифровых поправок к результатам измерения соответствующих возникающим погрешнОстям временной фиксации.

Сами цифровые поправки вычисляются в арифметическом блоке 19 в соответствии с выражением:

Использование в каналах измерения параметров входных сигналов непре50 цизионных преобразователей амплитудакод и время — код с относительной по грешностью 5Ъ позволяет снизить со.ставляющую погрешность измерений,обус,ловленную флуктуациями этих параметров,более чем в 10 разцКак видно из . 55 .уравнений(2)-(4)это обеспечивается ! тем,что относительные погрешйости оценки амплитуды и длительности фрон,та упомянутых сигналов переносятся в погрешность формирования соответствующих цифровых поправок с коэффициентом, меньшим единицы. Ухудшение общей погрешности измерений эа счет конечной разрешающей способности, дополнительных преобразователей ам65 плитуда - код и время — код, а такd =д"н.Ч (a V„Ов) (>) rye di 8 длительность фронта нарас тания старт (стоп) -сигнала, измеренная на уровнях U„„„Ug„ чц(о,иц, и ):ч(п,u„)((v(u,иц1-ч(ц,u„t) (+ I

Значение а для входного сигнала н в старт-канале фиксируется при по-. мощи оснсвног о 4 и вспомогательного

3 дискриминаторов с пороговыми уровнями U è Ua соответственно и транс-,, формируется в цифровой эквивалент преобразователем 12 время - код.

Аналогичным образом при помощи дис-, криминаторов 5 и 6 преобразователя

15 время — код измеряется значение д „ для вхоцного сигнала стоп-канала.

Необходимые для коррекции значения функций Ч (а,U

2() 22 по результатам измерения амплитуды входных сигналов преобразователями 10 и 11 амплитуда — код при помощи коммутатора 21 кодов. Эти значения предварительно рассчитываются по априорно известным формам старт- и стоп-сигналов или измеряются экспериментально и заносятся в постоянное запоминающее устройство 22 в процессе калибровки прибора.

Окончательный результат Т р преобразования регистрируемого прибором временного интервала формируется в арифметическом блоке 19 в- состветствии с выражением:

35 Ткр = Т + д 1- "д, где ф"„и У вЂ” поправки, найденные рассмотренным выше образом.

Введение в предлагаемый измери4О тель временных интервалов. дополнительных узлов и связей повышает его точность и расширяет рабочие диапазоны изменений амплитуды и времени нарастания старт- и стоп-сигналов

45 за счет компенсации погрешностей временной фиксации упомянутых сигналов.

983642 же шумов дискриминаторов при этом оказывается несущественным. Во-первых, обусловленные этими элементами случайные погрешности являются пренебрежимо малыми по сравнению с исходным значением суммарной погрешности устройства, во-вторых, они являются независимыми .и входят в результат измерения с малыми весами и, наконец, эти погрешности сами по себе дают пренебрежимо малый вклад в результирующую погрешность иэмеренйф по сравнению с вкладом за счет нелинейностей основных интерполяционных преобразователей время — код.

Формула изобретения

Комбинированный измеритель временных интервалов, содержащий первый и второй дискриминаторы, входы которых соединены .соответственно с шинами Старт и Стоп, выход перво- го дискриминатора подключен к первым входам первых преобразователя время †.код и элемента селекции, выход которого соединен с первым входом триггера и вторым входом первого преобразователя время — код, выход которого подключен к первому входу арифметического блока, выход второго дискриминатора соединен с первыми входами вторых элемента селекции и преобразователя время — код, второй вход которого соединен-с выходом второго. элемента селекции и вторым входом триггера, а выход подключен.к второму входу арифметического блока, выход опорного генерато ра импульсов соединен с вторыми входами элементов селекции и первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу триггера, а выход — к входу счетчика импульсов, выход которого подключен к третьему входу арифметического блока, о т— л и ч. а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения временных интервалов при расширении диапазонов изменения амплитуды и времени нарастания входных сигналов, в него дополнительно введены два дискриминатора, два преобразователя время - код, два преобразователя амплитуда — код, два коммутатора кодов и постоянное запоминающее устройство, причем шина Старт соединена с входом первого дополнительного дискриминатора непосредственно и через первый преобразователь амплитуда - код.с первым входом перво15 го коммутатора кодов, выход которого через постоянное запоминающее устройство подключен к четвертому входу. арифметического блока, выход первого дополнительного дискриминатора сое2п динен с первым входом первого дополнительного преобразователя время код, второй вход которого подключен к выходу первого дискриминатора, а выход — к первому входу второго коммутатора кодов, выход которого соединен с пятым входом арифметического блока, шина Стоп соединена с входом второго дополнительного дискриминатора. непосредственно и через второй преобразователь амплитуда— код — с вторым входом первого комму-. татора кодов, выход второго дополнительного дискриминатора подключен к первому входу второго дополнительного преобразователя время — код, второй вход которого соединен с выходом второго дискриминатора, а выход подключен к второму входу второго коммутатора ходов.

И сточ ники инфо рмации, принятые во внимание при экспертизе

1. Приборы и техника эксперимента.

1977, 9 1, с. 79-83.

2. Nuclear Instruments and Met45 pods, 1979, 163, р. 541-544.

983642

Составитель Л. Плетнева

Редактор A Козориз Техрвд М.Коштура Корректор О. Билак

Заказ 9919/55 Тираж 427 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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