Способ измерения малых интервалов времени

Изобретение относ.лтся к измерительной технике и может быть использовано при создании измерителей однократных и периодических наносекундных временных интервалов.Известен способ измерения временных интервалов путем прямого счета, в соответствии с которым измеряемый интервал времени квантуется в реальном масштабе времени последовательностью счетных импульсов Я .Недостатками укаэанного способа являются низкая разрешающая способность и точность измерения интервалов времени, ограниченная значением периода счетных импульсов. 15Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является верньерный радиочастотный способ измерения интервалов времени, при котором возбуждают два источйика 20 вспомогательных колебаний с близкими значениями частот в моменты времени, соответствующие началу и концу измеряемого интервала времени, формируют суммарный сигнал путем смешивания 25 возбуждаемых колебаний и измеряют интервал времени между стартовым импульсом и моментом времени, при котором фаза огибающей суммарного сигнала достигнет нулевого значения 2 .Однако укаэанный способ характеризуется недостаточно высоким быстродействием и низкой точностью измерения наносекундных интервалов времени.Цель изобретения - повышение быст-, родействия и точности измерения наносекундных интервалов времени.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения малых наносекундных интервалов времени, 40 основанному на использовании вспомогательного периодического сигналами сдвинутый по фазе на 900 сигнал, запоминают и определяют значения вспомогательного и сдвинутого сигна лов в моменты времени, соответствующие началу и концу .измеряемого интервала времени, вычисляют значения фазы вспомогательного сигнала, соответствующие запомненным значениям 5 О вспомогательного и сдвинутого сигна лов, и по разности вычисленных значений фазы вспомогательнбго сигналаопределяют значение измеряемого интервала времени. 55На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ.Сущность способа заключается в том, что значению измеряемого интервала времени определяют как часть из 0 вестного значения периода непрерывного высокостабильного вспомогатель ного сигнала.Для этого формируют непрерывный ,высокостабильный периодический сиг нал, а также сигнал, находящийся с ним в квацратуре, запоминают и опре деляют их мгновенные значения в моменты времени, соответствующие началу и концу измеряемого интервала времени. По эапомненны 7 л мгновенным значениям квадратурных сигналов вычисляют соответствуюцие им значения фазы вспомогательного сигнала в укаэанные моменты времени. При значении длительности измеряемого интервала времени, не превышаюцем значения периода вспомогательного сигнала, вычисленная разность значений фазы вспомогательного сигнала однозначно соответствует значению. измеряемого интервала времениМг %л,Х д 7где 1 и 9 - значения фазы вспомогательного сигнала в моменты времени, соответствующие началу и концуизмеряемого интервала времени;Т - значение периода вспомогатель 1ного сигнала.Способ позволяет реализоватьболее высокое быстродействие по сравнению с известным способом благодаряиспользованию для измерения одногопериода сФормированного сигнала. Вре-,мя измерения интервала времени состав"ляет МОКС ОБР 7где Т - период вспомогательного сигйалаТд - время обработки, необходимое для определения запомненных значений сигналов, вычиОления значений фазы вспомогательного сигнала и разности значений фаз вспомогательного сигнала.Время обработки можно сделать не превышающим нескольких десятков наносекунд, так как операции определения запомненных значений сигналов и вычисления: значений фазы вспомогательного сигнала могут быть выполнены устройствами параллельного сравнения, имеющими один такт работы,1Запоминание мгновенных значений квадратурных сигналов в способе иэ мерения малых интервалов времени может быть осуществлено с высокой точностью в динамическом диапазоне от милливольт до вольт при значениях частоты вспомогательного и дополнительного сигналов, достигающих единиц гигагерц аналоговыми запоминающими устройствами, например, испольэуемью для стробоскопического преобразования частоты. При этом выборки квадратурных сигналов могут быть произведены в течение интервала1057875 Составитель С,МорозовРедактор М.Ткач Техред С, Легеэа Корректор Г,Решетник Заказ 9580/48 Тираж 710 Подписное ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035,. Москва, )Х, Раушская наб., д.4/5Филиал ППП аПатент", г.ужгород, ул,Проектная, 4 времени Я с 0,1 нс. Операция опре=деления запомненных значений квадратурных сигналов может быть осуцествлена аналого-цифровыми преобразователями с погрешностью, меньшей0,1. Операции вычисления значенияфазы вспомогательного сигнала по запомненным мгновенным значениям егоквадратурных составляющих и вычитания вычисленных значений Фазы вспомогательного сигнала могут быть осуществлены цифровыми устройствами свысокой точностью, соответствующей .точности аналого-цифровых преобразователей. 90 ф-ный сдвиг квадратурныхсигналов может быть обеспечен фазовращателем на фиксированной частотес погрешностью, не превышающей сотыхдолей градуса. При реальных значениях погрешностей запоминания и определения мгновенных значений квадратурных сигналов возможно вычисление по ним значения фазы сигнала с погрешностьюЬЧ с 0,1 О. Это позволяет измерятьинтервалы времени при длительностипериода вспомогательного сигнала,например, Т=10 нс ( 1 =100 МГц согласно (Ц с основной погрешностью30с - ф 10 нс, - 2 78 пс,1- 3600У Устройство содержит высокостабиль,ный генератор 1, подключенный к ана- .,35 :логовым запоминающим блокам 2 и 3 непосредственно, а к аналого-запоминаюцим блокам 4 и 5 через фазовращатель 6 - аналого-цифровые преобразователи (,АЦП) 7-10, входы которых подклюцены к выходам аналоговых запоминающих блоков 4, 2, 3 и 5 соответственно, а выходы АЦП 7 и 8 подключе,ны к входам вычислителя 11 функции арктангенса, выходы АЦП 9 и 10 под-, ключены к входам вычислителя 12 функции арктайгенса, Выходы вычислителей 11 и 12 Функций арктангенса подключе ны к арктангенсному блоку 13, а вхо-, ды аналоговых запоминающих блоков 2, .и 4 подключены к первому входу уст-ройства, к второму входу которого подключены аналоговые запоминающиеблоки 3 и 5.Выходной синусоидальный вспомогательный сигнал высокостабильногогенератора 1 поступает на входы ана-логовых запоминающих блоков 2 и 3непосредственно, а входы аналоговыхзапоминающих блоков . 4 и 5 черезаФазовращатель б, вносящий 90 -ныйфазовый сдвиг и формирующий такимобразом квадратурный сигнал, необходимый для однозначного определенияфазы вспомогательного сигнала в пределах 0-2 Я. В моменты прихода стар.овых импульсов на управляющие входы аналоговых запоминающих блоков2 и 4 и стоповых импульсов на управляющие входы аналоговых запоминаю-щих блоков 3 и 5 в них осуществляется запоминание мгновенных значенийнепрерывных синусоидальных квадратурных сигналов. Запомненные значенияквадратурных сигналов преобразуются аналого-циФровыми преобразователями 7-10 в соответствующие им цифровые коды, которые поступают навходы вычислителей функций арктангенса 11 и 12. Вычислители функцийарктангенса определяют значения фазы вспомогательного сигнала в моменты времени, соответствующие приходустартовых и стоповых импульсов науправляющие входы аналоговых запоминающих устройств. Арифметическийблок 13 вычисляет разность значенийфазы вспомогательного сигнала, вычисленных вычислителями Функций арктангенса. Для интервалов времени, непревыщающих длительности периодавспомогательного сигнала, значениеразности, вычисленное арифметическиглблоком 13, согласно (Ц соответствуетизмеряемому интервалу времени.Предлагаемый способ измерения интервалов времени по сравнению состробоскопическим осциллографом об-.ладает более высоким быстродействием,так как время измерения и регистрации результата измерения с помощьюосциллографа составляет 5-10 с, апредлагаемый способ позволяет производить измерение и регистрацию результата измерения за время, меньшее5 мкс,