Комбинированный измеритель временных интервалов

СОЮЗ ССВЕТСНИХСООИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН а) Ое 0410/О ы НОМИТЕТ СССР РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОСУДАРСТВЕНН ДЕЛАМ ИЗОБ ТЕН У ПИСАНИЕ И ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(72) В.А.Гулякин и Н.А.Гулякина171) Белорусский ордена ТрудовогоКрасного Знамени государственныйуниверситет им. В.И.Ленина(54) (57) КОМБИНИРОВАННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержащий первый и второй дискриминаторы, входыкоторых являются соответственностарт- и стоп-шинами измерителя,а выходы соответственно подключены .,к первому и второму входам измерительного блока, первый, второй,и третий выходы которого соединенысоответственно .с первым, вторым.и третьим входами арифметическогоблока, выход которого является выходной шиной, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиизмерения при расширении диапазонов изменения амплитуды и временинарастания входных сигналов, в неговведены четыре блока временнойпривязки, четыре преобразователявремя-код, два инвертора и два сумматора, причем вход первого дискримина,.ЯО, 18958,тора соединен с входами первого ивторого блоков временной привязки,выход первого из которых подключенк первому входу первого преобразователя время-код, второй вход которогосоединен с выходом второго блэкавременной привязки и первым входомвторого преобразователя время-код,выход которого через инвертор подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединенс выходом первого преобразователявремя-код, а выход подключен к четвертому входу арифметического блока,выход первого дискриминатора соединенс вторым входом второго преобразователя время-код, входы третьего и четвертого блоков временной привязкиподключены к входу второго дискриминатора, выход которого соединенс первым, входом третьего преобразователя время-код, второй вход которого подкгцочен к,выходу третьего .блокавременной привязки и первому входучетвертого преобразователя времякод, второй вход которого соединенс выходом четвертого блока временнойпривязки, а выход подключен к первомувходу второго сумматора, выход третьего преобразователя время-код черезинвертор подключен к второму входувторого сумматора, выход которогосоединен с пятым входом арифметического блока.111Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может использоваться в экспериментальной физике.Известен комбинированный измеритель временных интервалов, принцип действия которого основан на подсчете целого числа импульсов непрерывно работающего опорного генератора за измеряемый интервал и последующей 1 О оценке зон временной неопределенности старт(стоп)-сигналов относительно импульсов опорного генератора методом преобразования время-амплитуда" код Г 1 3.15Данное устройство характеризуется низкой точностью измерения из-эа большой погрешности временной фиксации старт-стопных сигналов.Наиболее близок к предлагаемому 2 О измеритель, который содержит арифметический блок, два дискриминатора и измерительный блок, включающий задающий генератор, два временных селектора, два преобразователя вре мя"код-, триггер, элемент И и счет-. чик, выход которого соединен с первым входом арифметического блока, второй и третий входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго преобразователей время-код, первый вход первого преобразователя время-код соединен с 5-входом триггера и выходом первого временного селектора, Й "вход триггера35 подключен к выходу второго временного селектора и первому входу второго преобразователя время-код, второй вход которого соединен с первым входом второго временного селектора и выходом второго дискриминатора, вход которого является стоп-шиной устройст ва, второй вход первого преобразователя время-код, соединен с первым входом первого временного селектора 4 и выходом первого дискриминатора, вход которого является старт-шиной устройства, выход задающего генератора подключен к вторым входам временных селекторов и первому входу элемента И, второй вход которого соедннен с выходом триггера, а выход - с входом счетчика2 3Однако известный измеритель временных интервалов характеризуется55 значительной погрешностью измереййя,которая обусловлена зависимостью задержек запуска входных пороговых 8958 2устройств от амплитуд и длительностей фронтов нарастания старт-стопных сигналов. Величина этих погрешностей возрастает пропорционально диапазонам изменения параметров сиг-налов, ограничивающих измеряемые временные Интервалы. Возможности снижения погрешностей измерения путем уменьшения пороговых напряжений входных дискриминаторов ограничены помехоустойчивостью. устройства.Цель изобретения - повышение точности измерения при расширении диапазонов изменения амплитуды и времени нарастания входных сигналов.Поставленная цель достигается тем, что в измеритель временных интервалов, содержащий первый и второй дискриминаторы, входы которых являются соответственно старт- и стоп-шинами измерителя, а выходы. подключены к первому и второму входам соответственно измерительного блока, первьп., второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами арифметического блока, выход которого является выходной шиной, введены четыре блока временной привязки, четыре преобразо" вателя время-код, два инвертора и два сумматора, причем вход первого дискриминатора соединен с входами первого и второго блоков временной привязки, выход первого иэ которых подключен к первому входу первого преобразователя время-код, второй вход которого соединен с выходом второго блока временной привязки и первым входом второго преобразователя время-код, выход которого через инвертор подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого преобразователя время-код, а выход подключен к четвертому входу арифметического блока, выход первого дискриминатора соединен с вторым входом второго преобразователя время-код, входы третьего и четвертого блоков временной привязки подключены к входу второго дискриминатора, .выход которого соединен с первым входом третьего преобразователя время-код, второй вход которого подключен к выходу третьего блока временной привязки и первому входу четвертого преобразователя времякод, второй вход которого соединен118958 4 5 10 ЖУстройство содержит входные шины 1 и 2 (соответственно старт и стоп) дискриминаторы 3 и 4, измерительный блок 5 арифметический блок 6, блоки 7-10 временной привязки, преобразователи 11-14 время-код, инверторы 15 и 16 сумматоры 17 и 18 и выходную шину 19, причем старт-шина 1 соеди" иена с входом дискриминатора 3 и входами блоков 7 и 8 временной привязки, стоп-шина 2 подключена к входу дискриминатора 4 и входам блоков 9 и 10 временной привязки, выход дискриминатора 3. подключен к первому входу измерительного блока 5 и первому входу преобразователя 12 время-код, выход дискриминатора 4 соединен с первым входом преобра зователя 13 время-код, и вторым входом измерительного блока 5 три выхода которого соединены с первым, вторым .и третьим входами арифметического блока 6, выход которого является выходной шиной 19, выход блока 7 временной привязки соединен с первым входом преобразователя 11 время-код, второй вход которого подключен к выходу блока 8 временной привязки и второму входу преобразователя 12 время-код, выход кото, рого через инвертор 15 соединен спервым входом сумматора 17, второй вход которого подключен к выходу . преобразователя 11 время-код, а выход -.к четвертому входу арифметического блока 6, выход блока 10 временной привязки соединен с первым входом преобразователя 14 времякод, второй вход которого подклю" чен к выходу блока 9 временной привязки и второму входу -преобразователя 13 время-код, вьщод которо" го через инвертор 16 соединен с пер- .вым входом сумматора 18 второй вход которого подключен к выходу 15 20 25 ЭО 3 40 Э 1 с выходом четвертого блока временной привязки, а выход подключен к первому входу второго сумматора, выход третьего преобразователя время-код через инвертор,подключен к второму входу второго сумматора, выход которого соединен с пятым входом арифметического блока.На фиг. 1 представлена структурная схема комбинированного измерителя временных интервалов на фиг.2- временные диаграммы его оаботы. преобразователя 14,а выход - к пятому входу арифметического блока 6.Устройство работает следующим образом,Старт-сигнал, задающий начало измеряемого временного интервала поступает на вход дискриминатора 3, обеспечивающего фиксацию его положения на временной оси. С выхода дискриминатора 3 стандартизованный импульс, соответствующий началу измеряемого физического про- .цесса, поступает на вход измерительного блока 5. Аналогичным образомпо стоп-сигналу при помощи дискриминатора 4 формируется стандартизованный импульс, соответствуюший окончанию физического процесса, который поступает на второй вход измерительногоблока 5. Временной интервал, заключенный между выходными сигналамиобоих дискриминаторов 3 и 4, трансформируется в цифровые эквиваленты-рточ точг измеРительным блоком5, При помощи арифметического блока6 вычисляют длительность регистрируемого временного интервала Т поформуле.Т 6 +1изм гр точ 1 точ 2где С - результата грубого измерения регистрируемого временного интервала,и - результаты измерений интер.точ 1 точгвалов временной неопределенности положений старт- и стоп-сигналов относительно импульсов опорной серии.Полученная оценка отличается от истинного значения измеряемого вре" менного интервала Т(фиг.2) на величину г( г н 2. г) ( 1 н 1 11 так как45 изм ист ф 2( гфн 2 Ог) н("1 ф 1н 1,ци а 21 фгсн 2,02)погрешности временной привязки старти стоп-сигналов, зависящие от их ам 56плитуд а, и аг, длительностейфронтов нарастаниян 1 и фн 2 ф атакже установленньк пороговых уровней О и 9 дискриминаторов3 и 4.Для снижения погрешностей л 1 и.А 2в.измеритель временных интерваловдойолнительно введены четыре блока7-10 временной привязки со следятветственноость фронта старт ма к р+1)грешности Учитывая (1) и (2), получаютО истиВ условиях эксперимента, когда не всегда удается точно описать ана литически форму регистрируемых сигналов, указанные параметры задают на основе экспериментальных данных.Таким образом, снижение погрешно ти временной привязки входных импульсов, повышает точность измерений временных интервалов (болеечем в 10 раэ). сО г- 1(г) н 1(1( Ц"Н 1(а) 1 "Н 1 Щ5 1118958 Ь щим порогом, четыре преобразователяВеличина погрешности временной 11-14, два инвертора 15 и 16 и два привязки д 1(г), вносимая дискриминасумматора 17 и 18. Зти узлы обеспе- тором 3(4), для входных сигналов, чивают формирование в старт- и стоп- описываемых выражением (3), имеет каналах измерителя корректирующих 5 вид кодов Ф и о" равных или близких д . и"ис1(2) значениям .оответствующих погреш(21 ностей временной Фиксации Ви Ьг гдес и т - соо1(г) н 1(гОкончательный результат измерений амплитуда и длительнЪ регйстрируемого временного интерва (стоп)-сигнала ла Тв вычисляется при помощи арифме- О ( в . пороговое напряжение.1(2 тического блока б с учетом получен- дискриминатора 3(4) . ных поправок по.формуле Очевидно, что если выбрать Кр 2 Т Т+ е-с/ (2) =2 К, то ор = д т.е, достигает 1 р 1(а 1 1(г 1Корректирующие коды .И(Ы )в старт 15 ся полная компенсация погрешности (стоп)-каналах Формируются путем измерений, обусловленной Флуктуациями преобразования в цифровой код времен- , амплитуды и длительности фронта наного интервала Фко= кг к растания регистрируемых старт-и стоп(где 6 к - временной интервал, огра- сигналов. ниченный выходными сигналами блока 20 При отклонении формы Фронтов вы(9) временной привязки со следящим входных сигналов от линейной, в част- порогом и дискриминатора 3(4), 1- ности, для экспоненциально нарастаю- интервал ограниченный выходными сиг- щего Чигналаналами блока 7(10) временной привяз- Щ)-о,(е "н 1)(ц ки и аналогичного блока 8(9) времен .- , 1 цагДе со: Е; ной привязки со следящим порогом.корректирующая поправка, формируе я В комбинированном измерителе вре- в каждом из каналов, имеет вид1 ме нных интервалов используется блок 7(8,9,10) временной привязки со слео 1 щи дящим порогом, содержащий пороговый 30 . 1(г.) . н 1(Ц с 1, (Н 1(а) элемент (дискриминатор) И аналоговое запоминающее устройство (АЗУ) . Прин- "н 1(г) "К 1 о)(й цип действия блока временной привязки и оказывается равной по заключается в том, что по каждому Фиксации регистрируемому сигналу с ломоиьи 31.т о 121с 1 Од:Г и +4 (6) выходного напряжения АЗУ, равного КЙ 1(г.) н 1(г) с устанавливается индивидуальный уро- при " вень срабатывания порогового элемен- Кг=2 К+Каг та, что исключает зависимость момен- Таким образом, и в случае нелинейта срабатывания последнего от ампли . ной формы Фронтов регистрируемых туды фиксируемых сигналов (где,К - сигналов, имеет место полная компенкоэфициент ослабления выходного сация погрешности измерения, вызван- напряжения АЗУ), Блок 8(9) временнсй ная изменениями параметров фиксируе фпривязки со следящим горогом отличает- мых импульсов, т.е. ся от аналогичного блока 7(10) тем, 451(г) 1(г) что коэффициент ослабления. К в бпоке 8(9) не равен подобному коэффициенту Кг в блоке 7(10), причем КгК,Для линейной аппроксимации Фронта .нарастания старт(стоп) сигнала 50 ОЦтс , 0(4 тн (Э)"н корректирующая поправка, Формируемая на выходе сумматора 17( 18) имеет зна- чение 51118958 Составитель Едактор Л. Пчелинская Техред О,Неце нило Корректор Г.Решетни шшюююш ееодписно с з ва филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 аказ 7449/ЗЗ ВНИИПИ Госу по делам 113035, МосТираж 407енного коиитета СССРетенийи открытий