Устройство для измерения промежутков времени

. -В;-Н; филиппов и С. Б. НегневицкийУстройство для измерения промежутков времени Заявлено 20 марта 1941 года в Народный комиссариат обороны СССР за592Измерение малых промежутков времени по числу контрольных колебаний, зарегистрированных в течение измеряемого промежутка, широко известно. Равным образом широко известны безинерционные схемы счета числа колебаний (Хенней, Электронные и ионные приборы в промышленности, 1937 г., стр. 220).Устройство для измерения промежутков времени, составляющее предмет ндстоящего изобретения, также работает по методу определения м числа стабилизированных электрических колебаний, зарегистрированных в течение измеряемого проме- ф жутка времени, Оно, как обычно,состоит из датчика контрольных колебаний и их приемника.Отличительной его особенностью,составляющей сущность настоящего "Ф изобретения, является то, что с цельюизмерения весьма мдлых - порядка микросекунд - промежутков времени в качестве датчика применен генератор электрических колебаний весьма высокой частоты, а в качестве приемника высокоскоростный счетчик электрических импульсов, автоматически включаемый в начале измеряемого промежутка времени и выключаемый в конце его.Устройство поясняется дальнейшимописанием и фиг. 1 - 9.Скелетная схема предлагаемогоустройства изображена на фиг. 1.В исходном состоянии готовностиустройства к измерениям контрольный стабилизированный генератор(КСГ) находится в рабочем состоянии,однако его колебания не воздействуют на счетную схему благодарязаблокированному состоянию входного элемента. С началом измеряемого промежутка времени вне 1 цнийимпульс снимает блокировку с входного элемента, и КГС начинает воздействовать на счетную ламповуюсхему, Действие счетной схемы таково, что прохождение каждого очередного цикла колебаний контрольного генератора вызывает срабатывание в ней и блокировку соответствующего фиксирующего элемента, а совокупное состояние всех элементовсхемы свидетельствует в любой момент времени о количестве зафиксиоовднных полных колебаний генератора,Окончание измеряемого промежутка453Ло б 8775 ю ааааамаада ро чатано вы 2 Замеченная опечатка: нход", следует читать вход". Свод в. 6,редактор М. М. Акиш тр. 5, прав. колонка, строка 29 сн едактор П. П. Гурьяновблоки овк действия по типу каллиротрона Турвремени восстанавливает блокировкута ст ойства и тем нера, могущее выповходного элемента у р "" рального или поляризованногот абот счетной схемы. нейтральнопрекращает ра уреле. Оно состоит из ламп Л, и Л.Конечное состоя ние элементов счет- рин- и сопротивлении Яй., Я йной схемы определяет показание ин- и сдикатором величин ры изме енного про- ар а, адВ исходном состоянии одна лампамежутка времени., После чного или иРУг реле открыта и имеет нулевоизавтоматического рого сб оса на нуль эле- этого рпотенциал на сетке благодаря комментов счетн ой схемы может начаться потенпенсации автоматического смещенияследующее измерение.Я положительным потенциалом,Указанные о р цпе а ии в схеме осу- симаемым со средней точки одногоществляются с помощью применяе- сними ющегося реле из потенциометров И - И или И, -р а другая лампа закрыта так1 7с двумя анодным Р ч п ложительныи потенциал снии нап яжениями,блокирующегосЯ Реле с одним источй е су со средней точкиником анодного напряж ргого потенциометра, уменьшеншунтирующим действием первой ламального (двоичного) другогосчета, описываемых ниже,е- пы и не компенсирует смещение са) Блокирующееся электронное ре- пы и неп яжениями сопротивленияле с двумя анодными напряП на сетку открытой лампыа иг. 2 п едставляет одавая наизображенное на фиг Ргущее выполнять фуф нкции нейтраль- рицательноеле. Оно звать пре, О прекращение анодного тока этойного или поляризованного рнмп Л Л, (возможно, лампы, а значисостоит из ламп(ствие ее на связанный с ней потенменение двух раздель- ствиеВследствие этого смещение на сетке2 ф 3сле ющим образом, ранее закрытой лампы скомпенсируетРм работает следующим разо, лВ исходном состояниио дхо ит ток со- напряжением, снимаеиз анодных цепеи Рна соот- точки уподавая падмы напряжения наветствующем сог 1 ротивлении, вслед- вРугая аноднперта отрицательным с щме ением на открытои лв схеме, аналогичное исходному, носетку,п авляю- с перевернутым (симметричным) расапряжение вне не о (у равляо- сщего) импульса, подаваемоемое на сет- пределением поий причем прекращениеку С будучи отрицатеульным в слу- и напряжений,1)Л или поло- внешнего импульса не изменяет ночае открытой лампы, ийчивого состояния схемы.а зак ытой лам- вого устонтока При поступлении на сетку тои жепы Л 1 вызывает "Рекрщсние токагой епи. После импульса положительного напряж- еи на сетку др гой ммпы от ипрекращения импульсьса ламповое ния илочем состоя- цательного импульса ламповое релереле остается в новом рабочев исходное состояние,Рным появив- переводится вта изоб аженное наф 4 р бимпульсы Р дуРполярности,вызывают р уабот лампо- гущии автопоследовательные импульвого реле как поляризован рного еле. ходящие понное е- сы на нечетн ые и четные. Это реле) локиру щеесяо ного на- состоит из дву3 Л по бных описанным ытаха и бф (для прошени на фиг 4представляет собой реле мгновенного а ид54изображена комбинация разделителя только из реле типа а), входного импульсного трансформатора Три трансформаторов связи Три Тр, включенных между отдельными реле.В этом реле начало любого (нечеткого или четного по порядку посту- аления) импульса в первичной обмотке трансформатора Трне изменяет состояния реле схемы. Конец любого нечетного импульса переключает реле в положение, обратное исходному (стрелки, изображенные над сетками ламп, условно обозначают анодные цепи, замкнутые в исходном состоянии), конец любого четного импульса приводит схему в исходное состояйие. Неизменность состояния схемы в начале импульсов создается тем, что подаваемый на сетки положительный импульс напряжения, индуктированного во вторичных цепях трансформатора Тр, лишь увеличивает анодный ток уже открытой лампы и не может полностью скомпенсировать большое запирающее напряжение в цепи сетки другой лампы, Необходимое запаздывание момента появления напряжения во вторичных обмотках трансформаторов Три Уротносительно пиков напряжения во вторичных обмотках Трдостигается за счет междувитковых емкостей трансформаторов Трили Трили путем шунтирования первичной или вторичной обмоток этих трансформаторов конденсаторами соответствующей емкости.Подавая в первичную обмотку Трполное число импульсов, получим в любой из анодных цепей Л, или Л половинное число импульсов, причем импульсы в цепях правых анодов .шмп Л, или Л., соответствуют нечетным управляющим импульсам, а импульсы в цепях левых анодов - ;етным.Реле-разделитель, подобное описанному, может быть также получено комбинированием двух блокирующихся ламповых реле, изображенных на фиг. 3, Кроме того, вполне возможно построение реле-разделителя с испольованием емкости ого способа передачи внешних воздействий и емкостной связи между лампами разделителя,Электронные реле, типа описанныхвыше (фиг. 2 и 3), пригодны дляиспользования в любых условиях,где необходима практически мгновенная фиксация однократных воздействующих импульсов или повторяющиеся скачковые переключенияза счет поступающих поляризованных импульсов. Задача счета количества поступающих импульсов, возникающая при измерении малых промежутков времени, может быть рещена путем комбинирования рядатаких реле в общие электронно-счетные схемы,Общее свойство любого счетногоустройства или схемы (в том числеи электронно-счетной) состоит в том,что прохождение каждого отмечаемого явления (например, импульса),имеющего определенный порядковыйномер в цепи других считаемых явлений, вызывает определенную, лишьему присущую комбинацию положений или состояний счетных элементов устройства, удерживаемую доприхода следующего отмечаемого явления. Выполнение отмеченного свойства обеспечивается определенной закономерностью в связях отдельныхэлементов устройств, Ограниченностьчисла счетных элементов (или ихположений, состояний) определяетцикличность действия счетного устройства,Предлагаемые счетные схемы похарактеру связей между отдельнымиэлементами можно подразделить насхемы с гальваническими, индуктивными и емкостными связями. В зависимости от системы счисления, положенной в основу действия той илииной схемы, их можно также подразделить на схемы десятичного и двоичного счета,Ниже дается описание следующихсчетных схемА, Схема десятичного счета с гальваническими связями.Б. Схема десятичного счета с индуктивными и емкостными связями.В. Схема дуального (двоичного)счета с индуктивными связями.4 д 5С целью упрощения начертания схем они содержат неполное число счетных элементов. Так например, в десятичных схемах имеется всего по 4 счетных элемента, а в дуальной схеме три разделительных элемента вместо 10, необходимых для счета до 1023.В схемах не отображены также следующие не имеющие принципиального значения элементы:1) устройство съема и индикации, 2) устройство управления началоми концом счета, 3) устройство сброса на нуль.А. Схема десятичного счета с гальваническими связями счетных элементов Эта схема, изображенная на фиг, 5, содержит ряд счетных ламп ЛЛ Л, Л(на фиг. 5 только до Л 4), вспомогательные лампы ЛВО, ЛВ, ЛВ., и т, д лампу ЛС сброса схемы на нуль в конце сосчитанного десятка импульсов, а также входной трансформатор, сопротивления и ряд обозначенных на схеме источников напряжения.Лампы ЛЛ, Лпредставляют собой блокирующиеся ламповые реле по типу реле, изображенных на фиг, 2.Данная схема также может быть построена с использованием реле, изображенного на фиг. 3.Для правильного действия схемы нужно, чтобы считаемые ею внешние импульсы подавались по очереди сначала на сеточные сопротивления нечетных ламп ЛЛ Л а затем на те же сопротивления четных ламп. В случае счета однополярных импульсов их разделение на нечетные и четные может быть достигнуто с помощью приведенного на фиг. 4 реле-разделителя.Если на счетную схему воздействовать напряжением меняющейся полярности (в частности, синусоидальным), то задача счета облегчается, 4 ЛС На фиг. 5 представлен именно этотслучай, Здесь в качестве воздействующего напряжения используется синусоидальное напряжение, подаваемое на вход импульсов от контрольного стабилизованного генератора(фиг. 1).Схема считает число полупериодовколебаний стабилизованного генератора, укладывающееся в пределахизмеряемого промежутка времени.С началом измеряемого промежутка времени с сеток лампы ЛВО запирающее напряжение снимается.Вследствие этого э, д, с. вторичныхобмоток трансформатора смогут замыкаться не только через сопротивления Я, и Яно также и черезсопротивления Я, нечетных и четных ламп и включенные последовательно с ними аноды лампы ЛВО,Первый полупериод воздействующей э, д. с., создавая падение напряжения на сопротивлениях Ь, лампЛЛ, и т, д., вызовет срабатываниелампы Л, и блокировку ее в новомсостояний.Срабатывание других нечетных ламппри этом невозможно благодаря дополнительному смещению, подаваемому на их сетки с сопротивлений Ь,(за счет действия напряжений Ез овщ.).Срабатывание и блокировка Л, вызовет запирание цепи левого анодаЛВ Вследствие этого запирающеенапряжение в цепи лампы Л, будетуменьшено, и очередной полупериодуправляющей э. д. с. заставит сработать и заблокироваться эту лампу,Другие четные лампы при этомне сработают благодаря дополнительному смещению, подаваемому на ихсетки с сопротивлений Ь, (за счетдействия напряжения Е 4 , ). Легковидеть, что срабатывание Л, подготовит действие лампы Лкотороепроизойдет с началом третьего (вновьнечетного) полупериода и т. д,Таким образом, действие счетнойсхемы сводится к тому, что срабатывание и блокировка любой счетнойлампы при полупериоде управляющейэ. д, с. одного направления подготавливает с помошью вспомогательнойлампы ЛВ ЛВ и т. д. срабатывание и блокировку следующей счетной лампы при следующем полупериоде э. д, с. другого направления,Действие счетной схемы прекращается запиранием лампы ЛВО в конце измеряемого промежутка времени. По количеству счетных ламп, находящихся в состоянии срабатывания, можно судить о числе сосчитанных полупериодов колебаний стабилизированного генератора,Рассмотренная схема пригодна для счета импульсов меньше десяти. Прохождение десятого полупериода вызовет отпирание лампы ЛС и сброс всей схемы в исходное состояние.Поступивший одиннадцатый импульс будет при этом отмечен как первый.Пределы счета можно расширить путем декадного включения двух, трех и т. д. десятичных схем, что даст соответственно возможность осуществить счет до 100, 1000 и т. д. импульсов,Декадное включение может быть осуществлено двумя способами. По одному варианту каждая более быстрая декада принудительно управляет переключениями счетных элементов следующей более медленной декады, Связь между декадами может быть гальваническая, индуктивная или емкостная,По другому варианту принудительная связь между счетными декадами отсутствует. Контрольный стабилизированный генератор управляет не только первой (самой быстрой) декадой, но также рядом мультивибраторов с частотами в 10, 100 и т. д. раз меньшими частоты генератора.Каждый из этих мультивибраторов управляет своей счетной декадой, Совместное действие счетных декад позволит и в этом случае по их конечным состояниям определить количество сосчитанных воздействующих импульсов стабилизованного генератора, а значит и величину измеряемого промежутка времени. Б. Схемы десятичного счета с индуктивными и емкостными связями элементов и схема перехода на следующую декаду Эти схемы изображены на фиг. 6 и 7.В отличие от схемы с гальваническими связями, рассматриваемые здесь схемы построены на ламповых реле, изображенных на фиг. 3, т. е, с одним источником анодного напряжения. Режим ламповых счетных реле и амплитуда воздействующих импульсов при этом подобраны таким образом, что положительный импульс, подаваемый на запертую сетку реле, не вызывает изменения его состояния, а отрицательный импульс, подаваемый на нормально отпертую сетку, вызывает срабатывание реле и блокировку его в новом состоянии.На обеих счетных схемах (фиг, 6 и 7) воздействующие импульсы подаются через трансформатор Тно возможен также и другой выход, В исходном состоянии той и другой счетной схемы во всех реле (кроме первого) ток течет через правые половины ламп, а левые заперты,Воздействующее напряжение от КСГ подается на левые сетки всех нечетных реле в одной фазе, а на те же сетки четных реле - в обратной фазе,Действие схемы в начале измеряемого промежутка времени начинается со срабатывания 1-го реле, так как только оно было подготовлено к действию тем, что у него левая половина пропускала ток. Первое реле, сработав, через трансформатор Тп,(в схеме по фиг. 6) или через конденсатор Сл, (в схеме фиг. 7) подготовит второе реле, т, е. приведет его в такое состояние, когда по левой стороне Л, ток идет, а по правой нет.Следующая полуволна воздействующего напряжения заставит сработать 2-е реле, Это реле, сработав, через трансформатор Тп., (в схеме фиг. 6) или конденсатор Сл, (в схеме фиг. 7) подготовит 3-е реле (т, е. Л.). Реле Л сработает отд 7следующей полуволны напряжения и подготовит работу реле Л, и т. д.В полной десятичной схеме должно быть 10 реле типа ЛЛ, и т, д. Сраоатывание 10-го реле полной десятичной схемы приводит в исходное состояние 1-е реле, после чего может начаться счет второго десятка полу- периодов КСГ.На фиг. 6 и 7 в целях упрощения изображены четыре реле, Реле,74, сработав, приводит 1-е реле в исходное состояние, после чего все явления повторяются. Из разбора действия схем видно, что в каждый момент ее работы ток проходит через левую половину только лишь в каком-либо одном реле, Именно это реле будет указывать число сосчитанных единиц (полуволны КСГ),На фиг, 8 приведена схема второй или третьей декады полной схемы лампового счетчика импульсов. Лампы ЛЛ.ЛЛ, на этой схеме представляют собой уже рассмотренную десятичную счетную схему с емкостными связями, в целях упрощения сокращенную до четырех элементов. Лампа Л., служит для подачи воздействующих импульсов на левые сетки счетных ламп Л, Л,. Нормально обе сетки этой лампы (Л 5) заперты падениями напряжения на анодных сопротивлениях лампы Л Импульсное напряжение на сопротивлении Рподаваемое с помощью конденсаторов Сс 10-й лампы более быстрой декады, вызывает кратковременное отпирание левой или правой стороны Л, в зависимости от того, по какой анодной цепи лампы Л, идет ток, Лампа Л, управляется импульсами напряжения, снимаемого с промежуточной счетной лампы (положим, с 5-й) более быстрой декады с помощью конденсаторов С и напряжением, снимаемым с анодного сопротивления Р, лампы Л,. Эта лампа (Л,-) срабатывает при возникновении тока в цепях левых анодов четных ламп счетчика импульсов и приходит в исходное состояние с прекращением тока в этих цепях.Указанное действие реле Л, обеспечивается конденсаторной связью цепи левой сетки с общим сопротив 45 ь лением Я, в цепях левых анодов всех четырех ламп,Рассмотрев связи между отдельными элементами схемы, легко проследить общую автоматику действия схемы, При первом цикле работы более быстрой декады импульсы напряжения с ее 5-й лампы не вызовут измененля в состоянии лампы Л так как на сопротивлении Я лампы Л, нормально нет падения напряжения. Поэтому импульс, снимаемый с 10-й лампы в конце 1-го цикла быстрой декады, вызовет отпирание левой половины Лвследствие чего сработает лампа Л, медленной декады и подготовится лампа Л Возникновение тока в цепи левого анода Л., создает импульс напряжения на сопротивлении Й, и, благодаря наличию конденсаторов С вызовет изменение состояния реле Л,. Появление тока в правой половине лампы Л, создаст падение на сопротивлении 9., и этим уменьшит отрицательное смещение на левой сетке лампы ЛИмпульсы с 5-й лампы во время второго цикла быстрой декады теперь вызовут изменение состояния лампы Л,. Вследствие этого импульс с 10-й лампы быстрой декады вызовет при втором цикле отпирание правой анодной цепи лампы Л- срабатывание Л медленной декады и подготсвку ламзПрекращение тока в левой анодной цепи лампы Л, возвратит лампу Л, в исходное состояние. На ее сопротивлении 1 с, пропадет имевшееся напряжение, и по этой причине импульсы с 5-й лампы быстрой декады в течение третьего цикла ее работы приведут в исходное состояние также и лампу Л,. Таким образом, импульс с 10-й лампы быстройдекады в конце 3-го цикла заставит сработать лампу Л, медленного счетчика и т. д. В, Схема дуального (двоичного) счета с индуктивными связями Схема дуального (двоичного) лампового счета импульсов может быть легко получена путем каскадногоо 68775 Фиг. 1 рагпубилизиробан ныи геиерищор 4 зо включения нескольких реле-разделителей, подобных приведенному на фиг. 4.Полная схема дуального счетчика, пригодная для счета числа импульсов до 7 включительно, дана на фиг, 9. Она состоит из трех разделительных каскадов, разграниченных пунктиром.В отличие от фиг, 4 каждый из разделителей этой схемы собран на реле с общим источником анодного напряжения по типу реле, изображенного на фиг, 3. По действию и принципиальным связям его элементов он вполне аналогичен описанному выше (фиг. 4).Как видно из схемы, связь между соседними каскадами обеспечивается включением первичной цепи управляющего трансформатора Трпоследующего каскада в цепь правого анода лампы Л, предыдущего каскада. Отличительные особенности приведенной дуальной схемы заключаются в следующем,1, Каждый переход с одного каскада на следующий характерен уменьшением вдвое частоты воздействующих импульсов при одновременном увеличении также в два раза длительности импульсов и интервалов.2, Изменение рабочих состояний отдельных каскадов происходит по окончании подаваемых на вход первого каскада импульсов,3, В процессе фиксации очередных импульсов каждый из счетных элементов (разделителей) может любое число раз занимать как рабочее, так и исходное положение.4. О количестве сосчитанных импульсов в данном случае следует судить по комбинации рабочих состояний всех разделительных элементов схемы,5. Уменьшение в два раза числа воздействующих импульсов при переходе с каскада на каскад эквивалентно переходу с разряда на разряд в двоичной системе счисления,Поэтому настоящую схему можно назвать схемой двоичного или дуального счета импульсов.Рабочее состояние каждого из каскадов определяет некоторое количество сосчитанных единиц, равное двойке в степени п - 1, где п - порядковый номер каскада считая от самого быстрого. Для того, чтобы определить полное число импульсов, сосчитанных всей схемой, необходимо просуммировать степени двойки, соответствующие конечным рабочим состояниям счетных каскадов. Предмет изобретения Устройство для измерения промежутков времени по методу определения числа стабилизированных контрольных колебаний, зарегистрированных в течение измеряемого промежутка времени, состоящее из датчика контрольных колебаний и приемника их, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что с целью измерения весьма малых - порядка микросекунд - промежутков времени, в качестве датчика применен генератор электрических колебаний весьма высокой частоты, а в качестве приемника - высокоскоростной счетчик электрических импульсов (например, электронная счетная схема типа Вин-Вильямса), автоматически включаемый в начале измеряемого промежутка времени и выключаемый в конце его,