Устройство для измерения интервалов времени

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1647510 А 1 п 9) 04 Е 10/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМ ИДЕТЕЛЬСТВУ ервалов времени собразцовой частоты, ия, элемент ИЛИ-НЕ пульсов, О-триггеры х генератора 9, 10, счета. В устройство -триггер 12, ЯЯ-тригент ИЛИ - НЕ 16. ло- КЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ новых элементов и зей достигается цель во для измерения инт держит генератор 1 о два блока 2,3 совпаден 5. счетчики 6, 13, 14 им 7, 8, 11, два нониусны блок 18 цифрового от введены инвертор 4, О гер 17, логический элем гический элемент ИС 15. За счет введения образования новых свя изобретения. 3 ил,СССР986.ЕРЕНИЯ ИНизмерительния является ия. УстройстГОСУДАРСТ 8 ЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ.ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ(57) Изобретение относится кной технике. Целью изобретеповышение точности измерен Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения коротких интервалов времени.Целью изобретения является повышение точности измерения за счет устранения ошибки грубого счета.На фиг,1 приведена функциональная схема устройства для измерения интервалов времени; на фиг,2 - временные диаграммы его работы; на фиг,3 - временные диаграммы работы устройства при измерении импульсов длительностью менее 100 нс.Выход генератора 1 импульсов соединен с первыми входами блоков 2, 3 совпадения и входом инвертора 4, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, - НЕ 5, выход которого соединен со счетным входом счетчика 6. Входные шины соединены с В-входами О-триггеров 7 и 8 соответственно, их выходы подключены к входам нониусных генераторов 9 и 10 импульсов соответственно, и к С-входам О- триггеров 11 и 12 соответственно, Выход нониусного генератора 9 подключен к счетному входу счетчика 13 и к второму входу блока 2 сов- ф падения, выход последнего подключен к С- входу триггера 7, Выход нониусного генератора 10 подключен к счетному входу счетчика 14 и второму входу блока 3 совпадения, выход последнего соединен с С-входом триггера 8, Прямой выход триггера 11 подключен к первому входу элемента ИСКЛКЭЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 и к первому входу О элемента ИЛИ-НЕ 16, Прямой и инверсный выходы триггера 12 подключены к вторым входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 и элемента ИЛИ - НЕ 16. Выход последнего соединен с Я-входом триггера 17, выход ко- фторого поступает на вход знака йо блока 18цифрового отсчета, другие три группы его входов подключены к группам выходов счетчиков 6, 13, 14 соответственно, Третьи входы блоков 2 и 3 совпадения, входы установки нуля счетчиков 13. 14, Й-входы триггеров 11. 12, 17 подключены к шине сбросаГенератор 1 образцовой частоты предназначен для формирования импульсов ста10 бипьной частоть, выполнен на микросхеме К 50 ОЛ П 116.0-триггеры 7, 8, 11, 12 и бЯ-триггер 17 выполнены на микросхеме К 5 ООТМ 131. Триггеры 7, 8 предназначены для управления нониусными генераторами 9 и 10 и для управления триггерами 11 и 12. Триггеры 11 и 12 формируют вместе с логическим элементом,ИСКЛЮЩАЮЩЕЕ ИЛИ 15 временной интервал То, который заполняется на логическом элементе ИЛИ-НЕ 5 импульсами инвертированной последовательности генератора 1 образцовой частоты.Логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 выполнен на микросхеме К 50 ОЛП 107.Логические элементы ИЛИ - НЕ 16 и 5 выполнены на микросхеме. К 50 ОЛЕ 211,Логический элемент ИЛИ-НЕ 18 вместе с бЯ-триггером 17 служит для регистрации ситуации, когда нониусный генератор 9 останавливается позднее, чем останавливается нониусный генератор 10.Инвертор служит для инвертирования последовательности импульсов генератора 1 образцовой частоты.Нониусные генераторы 9 и 10 предназначены для формирования последовательностей импульсов, эапускающихся приходом импульсов "Старт" и "Стоп" соответственно, и останавливаются при совпадении их фаз с фазой генератора образцовой частоты 1, выполнены на микросхеме К 50 ОЛМ 105,Счетчики 13, 14 и 6 предназначены для подсчета импульсов последовательностей, вырабатываемых нониусными генераторами 9 и 10 и генератором 1 образцовой частоты соответственно. Выполнены на микросхемах К 500 ИЕ 136.Блоки 2 и 3 совпадения предназначены для выделения моментов совпадения фаз нониусных генераторов 9 и 10 соответственно с фазой генератора 1 образцовой. частоты и выполнены на микросхеме К 5 ООТМ 131, причем первый, второй.и третий входы блока совпадения соответствуют, 0-, С- и В-входам триггера соответственно, Инверсный выход триггера соответствует выходу блока совпадения,Блок 18 цифрового отсчета предназначен для обработки содержимого счетчиков 13, 14 и 6 с учетом состояния триггера 17.устройство для измерения интервалов времени работает следующим образом,Перед началом измерения триггеры 11, 12 и 17, счетчики 13, 14 и 6 блоки 2 и 3 совпадения устанавливаются в исходное состояние сигналом "Сброс", По приходу старт-импульса триггер 7 запускает нониус 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ный генератор 9, счетные импульсы которого начинают поступать ка счетный вход счетчика 13 и одновременно на блок 2 совпадения, где происходит выделение момента совпадения фаз импульсов нониусного генератора 9 и импульсов непрерывно работающего генератора 1 образцовой частоты, Сигнал, выработанный блоком 2 совпадения, закрывает триггер 7, который, в свою очередь, прекращает работу генератора 9 и запускает триггер 11. По приходу стоп-импульса триггер 8 запускает нониусный генератор 10, импульсы которого начинают поступать на счетный вход счетчика 14 и блок 3 совпадения для выделения момента совпадения фаз импульсов генератора 1 образцовой частоты и генератора 10. Сигнал, выработанный блоком 3 совпадения, закрывает триггер 8, который, в свою очередь, прекращает работу генератора 10 и запускает триггер 12,Сигналы триггеров 11 и 12 на логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 формируют строб, который на логическом элементе ИЛИ-НЕ 5 заполняется импульсами генератора 1 образцовой частоты, Далее сигнал с логического элемента ИЛИ - НЕ 5 поступает на счетный вход счетчика 6,Импульсы генератора 1 образцовой частоты подаются на вход логического элемента ИЛИ-НЕ 5 врез инвертор 4 дпя исключения зон неоднозначности при подсчете импульсов в счетчике 6.Содержимое счетчиков 13, 14 и 6 поеобразуется в блоке 18 цифрового отсчета в код, соответствующий величине измеряемого интервала.Работу устройства поясняют временные диаграммы, приведенные на фиг.2 и 3.Измеряемый интервал Тх (фиг,2 а) задается старт- и стоп-импульсами (фиг.2 б и фиг.2 в соотэетственно) и представлен в виде выраженияТх = Т Т 2+ То, (1) где Т 1 - время работы генератора 9, количественно равняется числу его колебаний Й 1 эа этот интервал времени (фиг,2 г), умноженному на его период;Т 2 - время работы генератора 10, количественно равняется числу его колебаний Й 2 за этот интервал времени (фиг.2 д), умноженному не его период;То - время между моментами совпадения фазы генератора 1 образцовой частоты с фазами нониусных генераторов 9 и 10, количественно равняется числу колебаний Мо образцового генератора 1(фиг.2 е) эа этот интервал времени (фиг.2 ж), умноженному на период генератора 1.Разбиение измеряемого интервала времени на такие три интервала решило проблему стыковки грубой и точной шкал измерения, поскольку границы всех трех интервалов жестко связаны с фазами заполняющих их счетных импульсов, следовательно, при измерении интервала То отсутствует ошибка грубого счета. На фиг.З показан случай, который может встречаться при измерении коротких импульсов (менее 100 нс), В этом случае измеряемый интервал Тх можно записать в видеТх = Т 1 - Т 2 - То. (2) Для регистрации этой ситуации в схеме устройства предусмотрены элемент ИЛИ - НЕ 16 и триггер 17, с которых снимается сигнал, используемый для выбора формулы расчета величины измеряемого интервала.Исходя из того, что период генератора 1 равняется Х, периоды нониусных генераторов 9 и 10 выбраны равными х минус одну единицу счета, формула (1) приобретает видТх= Х(81 й 2 + й о) (М 1 й 2), (3) а формула (2) приобретает вид Тх = Х(Й 1 М 2 Йо) -(Й 1" И 2). (4) Вследствие того, что нониусные генераторы 9 и 10 идентичны и настроены на одну и ту же частоту, уменьшается дополнительная погрешность измерения, так как в формулы (3) и (4) входит разность счетных импульсов (Й 1 - Й 2), поступающих с этих генераторов.Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерения интервалов времени при х= 16 нс с 16 нс в известном устройстве до + 2 нс. Формула изобретения Устройство для измерения интервалов времени, содержащее генератор образцовой частоты, выход которого подключен к первому входу первого и второго блоков совпадения, первый, второй и третий О- триггеры, логический элемент ИЛИ-НЕ, выход которого соединен со счетным входом 5 10 15 20 25 30 35 40 45 первого счетчика, второй счетчик, счетный вход которого подключен к выходу первого нониусного генератора, вход которого соединен с выходом первого триггера, и к второму входу первого блока совпадения, выход которого соединен с С-входом первого триггера, Й-вход которого подключен к шине запуска, третий счетчик, счетный вход которого подключен к выходу второго нониусного генератора, вход которого соединен с выходом второго триггера, и к второму входу второго блока совпадения, выход которого соединен с С-входом второго О-триггера, й-вход которого подключен к шине останова, а группы выходов первого, второго и третьего счетчиков подключены соответственно к первой, второй и третьей группам входов блока цифрового отсчета, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены четвертый О-триггер и ЙЗ-триггер, инвертор, второй:логический элемент ИЛИ-НЕ и логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ - НЕ, второй вход которого соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к выходу генератора образцовой частоты, выход первого О-триггера соединен с первым С- входом третьего О-триггера, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ и с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого подключен к прямому выходу четвертого О-триггера, первый С - вход которого соединен с выходом второго О-триггера, инверсный выход четвертого О-триггера подключен к второму входу второго элемента ИЛИ - НЕ, выход которого соединен с Я-входом ВБ-триггера, В-вход которого подключен к шине сброса, к Я-входу третьего и четвертого О-триггеров, к входам установки нуля первого, второго и третьего счетчиков, к третьему входу первого и второго блоков совпадения, выход яЗ-триггера соединен с четвертым входом блока цифрового отсчета.1547510 Составитель С,КротоваРедактор Т.Зубкова Техред М.Моргентал Корректор кидроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 1649 Тираж 27 б Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж. Раушская наб 4/5