Измеритель коротких временных интервалов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использованов информационно-измерительных системах.5Цель изобретения - повышение точности измерения.На фиг,1 приведена функциональная схема предлагаемого измерителя;на фиг.2 - временная диаграмма его 0работы.Устройство содержит генераторопорной частоты, генераторы 2 и 3ударного возбуждения, триггер 4, элементы И 5 и 6, формирователи 7 и 8 15огибающих пакета импульсов, формирователи 9 и 10 импульсов начала оги., бающих пакетов импульсов, формирователи 11 и 12 импульсов, конца огибающих пакетов импульсов, триггеры 2013-б, триггеры 17 и 18 со счетнымвходом, Формирователи 19 и 20 задних, Фронтов импульсов элементы И 21-29,группы элементов И 30-33, счетчики34-40 импульсов, регистры 41-44, 25элементы 45-50 задержки,.триггеры 51"и 52 элементы И 53 и 54, счетчики55 и 56 импульсов,Генератор 1 опорной частоты соединен с вторыми вХодами элементов И 5,б и 25, выход последнего из которыхподключен к счетному входу счетчика39, а первый вход соединен с прямымвыходом триггера 4, нулевой и единич"ный входы которого подключены соответ ственно к шине Стоп и СтартШина Старт соединена с единичными входами триггеров 3, 51 и с входом генератора 2 ударного возбужденияр Выход кОтОРОГО подключен к пер 40вым входам элементов И 5, 21, 26 и53 и к второму входу элемента И 22.Счетный вход счетчика 55 соединенс выходом элемента И 53, второй входкоторого подключен к прямому выходу 45триггера 51, нулевой вход которогосоединен с единичным входом триггера 14 и с выходом формирователя 9 импульсов начала огибающей пакета им"пульсов, вход которого подключен квходу формирователя 11 и через формирователь 7 огибающей пакета импульсовк выходу элемента И 5Выход формирователя 11 импульсовконца огибающей пакета импульсов сое"динен с нулевыми входами триггеров13 и 14, с входом элемента 47 задержки и со счетным входом триггера 17,прямой выход которого подключен к второму входу элемента И 2 Ьр выход которого соединен со счетным входом счетчика 40, вход обнуления которого через формирователь 19 заднего фронтаимпульса подключен к выходу элемента45 задержкир вход которого соединен спрямым выходом счетного триггера 17,Выход элемента 45 задержки соединен с объединенными первыми входамигруппы элементов И 32, вторые входыкоторых подключены к соответствующиминформационным выходам счетчика 40,а выходы группы элементов И 32 соединены с информационными входами регистра .44,Прямой выход триггера 13 соединенс вторым входом элемента И 21, выходкоторого подключен к второму входуэлемента И 28, выход которого соединенсо счетным входом счетчика 34,а первый вход подключен к выходу эле"мента И 22 .и к счетному входу счетчика 35, информационные выходы которо"го соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы элементов И 30, выходы которых подключены кинформационным входам регистра 41, авторые входы объединены и соединеныс выходом элемента 47 задержки и через элемент 49 задержки подключены квходу обнуления счетчика 35.Вход генератора 3 ударного возбуждения соединен с шиной "Стоп", а выход подключен к первым входам элемен-,тов И 6, 24 и 27, причем выход элемента И 6 через формирователь 8 огибающей пакета импульсов соединен свходами формирователя 12 импульсовконца огибающей пакета импульсов иформирователя 10 импульсов начала огибающей пакета импульсов, выход которого подключен к единичному входу триг-.гера 5 и нулевым входам триггера 52,единичный вход которого соединен сединичным входом триггера 16, а нулевой вход подключен к счетному входутриггера 18, к выходу формирователя12 импульсов конца огибающей пакетаимпульсов и к нулевому входу триггера 15, прямой выход которого соединенс первым входом элемента И 23, второйвход которого подключен к первомувходу элемента И 24 и второму входуэлемента И 54, а выход элемента И 23подключен к первому входу элементаИ 29 и счетному входу счетчика 36,Информационные выходы счетчика 36соединены с первыми входами соответ0472 6 5 10 15 20 25 30 40 55 5 155ствующих элементов группы элементовИ 31, выходы которых подключены. к со"ответствующим входам регистра 42, а,вторые входы объединены и через элемент 50 задержки соединены с входомобнуления счетчика 36, а через элемент 48 задержки подключены к нулевому входу триггера 15,Прямой выход триггера 16 соединенс вторым входом элемента И 24, выходкоторого подключен к второму входуэлемента И 29, выход которого соеди-.нен со счетным входом счетчика 37,Прямой выход триггера 52 соединенс первым входом элемента И 54, выходкоторого подключен к счетному входусчетчика 56,Прямой выход счетного триггера 8соединен с вторым входом элементаИ 27, выход которого подключен к счетному входу счетчика 38, а вход обнуления соединен с выходом формирователя 20 заднего фронта импульса, входкоторого через элемент 46 задержкиподключен к прямому выходу триггера18 и к объединенным вторым входамэлементов И группы элементов И .33,первые входы которых соединены с соответствующими информационными выходами счетчика 38, а выходы подключены,к соответствующим входам регистра 43.Прямой выход триггера 14 соединен спервым входом элемента И 22,Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии триггеры 4,13-18, 51 и 52 установлены в нулевоесостояние, счетчики 34-40, 55 и 56 ирегистры 41-44 обнулены. Запуск генераторов 2 и .3 ударного возбужденияосуществляется импульсами "Старт" и"Стоп 1 соответственно.Генератор 1 опорной частоты работает в непрерывном режиме (фиг.2 в) .При поступлении импульса "Старт"(фиг.2) запускается генератор 2 ударного возбуждения (фиг,2 а) импульсыс выхода которого поступают на первыевходы элементов И 5, 21, 22, 26 и 53,При совпадении импульсов с выходовгенератора 1 опорной частоты и генератора 2 ударного возбуждения навыходе элемента И 5 (фиг.2 б) формируются выходные импульсы, которые поступают на вход формирователя 7 огибающей пакета импульсов в стартовомканале, с выхода которого импульсогибающей подается на входы формирователя 9 импульса начала огибающей пакета импульсов и формирователя 11 импульса конца огибающей пакета импульсов,Импульс, соответствующий началупакета импульсов, с выхода формирователя 9 поступает на единичный входтриггера 14, переключая его в единичное состояние, и обнуляет триггер51, запирая элемент И 53Единичным уровнем сигнала с выходатриггера 14 отпирается элемент И 22,разрешая прохождение импульсов свыхода генератора 2 ударного возбуждения на счетный вход счетчика 35 ина первый вход элемента И 28, По импульсу "Старт" в единичное состояниепереключается так же триггер 51, отпи"рающий элемент И 53 для прохождения импульсов с выхода генератора 2 ударного возбуждения на счетный вход счетчика 55,Импульсом "Старт" триггер 4 переключается в единичное состояние и отпирает элемент И 25 для прохожения импульсов генератора 1. опорной частоты на счетный вход счетчика 39.Кроме того, импульсом "Старт" в единичное состояние переключается триггер 13, отпирающий элемент И 21 для прохождения импульсов с выхода генератора 2 ударного возбуждения на второй вход элемента И 28.35 ПО Окончанию совпадения импульсОВ на входах элемента И 5 на выходе фор" мирователя 7 формируется задний фронт импульса огибающей пакета, в результате чего на выходе формирователя 11 появляется импульс конца огибающейпакета импульсов.По этому импульсутриггер 13 переключается в нулевое состояние, запирает элемент И 21 и прекращает счет импульсов счетчиком 34, При этом в.счетчике 34 оказывается, подсчитаннымчисло импульсов Ж, генератора 2 ударного возбуждения, эквивалентное дли- . тельности первого пакета импульсов50 совпадения в стартовомканале,По импульсу конца огибающей пакета импульсов в нулевое состояние переключается триггер 14 запрещающий поступление импульсов на вход счетчика 35, в котором оказывается зафиксированным число импульсов подсчитанное за интервал первого совпадения в стартовом канале.Импульсом конца огибающей пакета импульсов в стартовом канале, формируемым на выходе формирователя 11 с задержкой в элементе 47 задержки осуа ществляется перезапись информации через группу элементов И 30 с выходов счетчика 35 в регистр 41. Импульсом опроса счетчика 35 с задержкой в элементе 49 задержки осу,ществляется обнуление счетчика 35.Кроме того, по импульсу конца оги"бающей пакета импульсов в стартовомканале в единичное состояние переключается триггер 17, отпирая элементИ 26 для поступления импульсов с выхо,да генератора 2 ударного возбужденияна счетный вход счетчика 40.Таким образом за время с момента 20поступления импульса "Старт" до момента Формирования импульса конца первой огибающей пакета импульсов в счетчике 34 оказывается записанным числоимпульсов М, эквивалентное длительности первого пакета совпадения встартовом канале, а в счетчике 55 подсчитано число М, эквивалентное временному интервалу с момента поступления импульса "Старт" до момента начала 30формирования огибающей пакета совпа.,дения импульсов.В результате формирования второгопакета импульсов совпадения в счетчике35 с последующей перезаписью в регистр4 1 фиксируется число импульсов И ,эквивалентное длительности огибающейвторого пакета совпадения импульсов встартовом канале,Так как триггер 17 переключается 40по импульсам конца пакета огибающейимпульсов совпадения, то в счетчике40 с последующей перезаписью в регистр 44 будет зафиксировано число импульсов Бэквивалентное длительности интервала между концами двух соседних пакетов импульсов совпадения,Запись информации с выхода счетчика40 в регистр 44 осуществляется по импульсу с выхода счетчика 17, по заднему Фронту которого формирователем19 формируется импульс обнуления счетчика 40,При поступлении импульса "Стоп"(фиг,2) запускается генератор 3 ударного возбуждения (Фиг.2 г), переключается в нулевое состояние триггер 4 иустанавливаются в единичное состояниетриггеры 16 и 52,При этом в счетчике 39 оказывается записанным целое число периодов М(Фиг,2 в) генератора 1 опорной частоты,уложившихся во временный интервалмежду "Старт 1 и "Стоп" импульсами,Переключение триггера 52 в единичное состояние отпирает элемент И 54для прохождения импульсов с выходагенератора 3 ударного возбужденияна вход счетчика 56.Переключение триггера 16 отпираетэлемент И 24 для поступления импульсов генератора 3 ударного возбужденияна второй вход элемента И 29.Как и в стартовом, в стоповом канале на выходе элемента И 6 формируется пакет совпадения импульсов генератора 3 ударного возбуждения иимпульсов генератора 1 опорной частоты, формирователь 8 формирует импульс огибающей пакета импульсов, аформирователи 10 и 12 формируют соответственно импульсы начала и концаогибающей пакета совпадения импульсов,По импульсу начала огибающей паке "та импульсов, Формируемому на выходеФормирователя 10, триггер 52 переключается в нулевое состояние и всчетчике 56 оказывается зафиксированным число импульсов И генератора1ударного возбуждения, эквивалентноедлительности интервала между импульсом "Стоп" и импульсом начала огибающей пакета совпадения (фиг,2 г).По импульсу начала огибающей пакета совпадения в единичное состояниепереключается так же триггер 15, отпирающий элемент И 23 для поступления импульсов генератора 3 ударноговозбуждения на вход счетчика 36 и первый вход элемента И 29.По импульсу конца огибающей пакета совпадений, формируемому на выходеФормирователя 12, в нулевое состоя-ние переключаются триггеры 15 и .16, атриггер 18 устанавливается в единичное состояние.При этом в счетчике 37 и регистре42 оказывается зафиксированным числоимпульсов Иэквивалентное длительности огибающей первого пакета совпадений в стоповом канале,В результате Формирования второго пакета импульсов совпадения в счетчике 36 с последующей перезаписью в регистр 42 фиксируется число импульсов Ы, эквивалентное длительности .1550472 10ральному импульсу совпадения, Для этого величины и , и п определяют иззависимости Е, п,(Т -Т),35 Мп)ье е г 2 принимает отрицательное значение, что указывает на то, что стартовый импульс опережает один из импульсов потока и- отрицательно,При этом величины С 1 и С определяются в результате наблюдения потоков импульсов совпадения в стартовом и стоповом каналах до появления новых пакетов совпадечий.Тогда иэ зависимостейогибающей второго пакета совпаденияимпульсов в стоповом канале,В счетчике 38 фиксируется числоимпульсов Иэквивалентное временному интервалу, ограниченному импуль 5сами концов первого и второго пакетов совпадений в стоповом канале.По импульсу с выхода триггера 18информация с выхода счетчика 38 пере"писывается в регистр 43, а импульсом,сформированным Формирователем 20 позаднему фронту импульса с выхода тригера 18 обнуляется счетчик 38,По импульсу, формируемому на выходе Формирователя 20, заканчиваетсяцикл и формирование результата измерения временного интервала между им"пульсами Старт и Стоп.Длительность измеряемого временного интервала определяется зависимостью И +"1+2где- временной интервал, определяемый целым числом импуль -сов генератора опорной час -тоты, укладывающимися в из -меряемый интервал;1,- временные интервалы, измеряемые в стартовом и стоповом каналах.При этом величины 1и Т определяются как где по, - число импульсов до середины пакета совпадения импульсов в стартовом канале; 40Т, - период следования импульсовгенепатора 2 ударного возбуждения;Т р. - период следования импульсовгенератора 1 Опорной частоты,причем Т ) Т где по - число импУльсов До сеРедины пакета совпадения импульсов в стоповом каналеТ - период следования импульсовгенератора 3 ударного возбуждения причем То 1 Т й 5Так как длительность импульса паке-, та совпадения эквивалентна импульсу одиночного совпадения, то отсчет момента совпадения осуществляют по цент-(по 1= И 1-Ж и/2 + И,рпо 2 Б Ьи Л 11где И Б, - количество импульсовв первом и втором пакетах совпадений встартовом каналефиг,26)НИ - количество импульсов впервом и втором пакетах совпадений в стоповом канале (фиг,2 д);Ь, - количество импульсов,подсчитанное эа временный интервал От стартового импульса доимпульса начала пакетаСОВПаДЕНИя,И - количество импульсов,подсчитанное за временной интервал от стопового импульса до импульса начала пакетасовпадения,Мп 1 й дВ случае, когда Б 11 2 и И,при Ю =0 и И=0 величины й, и Гравны нулю и результат измерения определяется результатом подсчета счетчиком 39,т.е. величиной йч.При измерении возможны также Фазовые соотношения потоков импульсов встартовом и стоповом каналах, при которых (фиг,2 б,в) пакет совпаденийполностью не реализуется, но и числоимпульсов в реалиэовавшейся частипакета, не равно. Б,/2 щти Б/2. Для импульса 8 на Фиг,2 Ииа для импульса 8 Б,ц ( - 2 иопределяют значения1 п 1 Т /Нр 1 и 1 и иТо рг Вгде НИ- количество импульсовф 5соответствующее периодам разностных частот встартовом и стоповом ка"напах,Таким образом, благодаря организации пакетов импульсов совпадений точ"ность измерения временных отрезков Си 1 определяется не длительностью импульсов, действующих в процессе совпадения, а разностно-периодным квантом дТ, что позволяет повысить точ-ность измерения,Формула из обре тения20Измеритель коротких временных интервалов, содержащий два генератора ударного возбуждения, три элемента И, два формирователя огибающей пакета ямпульсов, два триггера, два счетчи Ка, три элемента задержки, две группы .элементов И, причем выходы перво о и второго генераторов ударноговозбуждения соединены с первыми входами соответственно первого и второго 30 Элементов И, а информационные выходы первого и второго счетчиков подключены к первым входам соответственно первой и второй групп элементов И, Вторые входы первой группы элементов И объединены и соединены с выходои35 Первого элемента задержки, а вторые выходы. второй группы элементов И объединены между собой и соединены с выход Дом второго элемента задержки, о т - 40 Л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в Него дополнительно введены пять КБ- триггеров, два триггера со счетныи входом, два формирователя импульсовНачала огибающей пакета импульсовдва формирователя конца огибающей .;Пакета импульсов, десять элементов И, семь счетчиков импульсов, четыре регистра, две группы элементов И, два 50 Формирователя задних фронтов импуль- сов, три элемента задержки, генератор опорной частоты, причем выход генератора опорной частоты соединен с вторыми входами первого, второго и шестого элементов И, первый вход последнвго из которых подключен к прямому выходу третьего триггера, единичный вход которого соединен с единичными входами четвертого и пятого триггерови вюс шинои Старт и входом первого генератора ударного возбуждения, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика, а второй вход третьего элемента И подключен к прямому выходу четвертого триггера, нулевой вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов начала огибающей пакета импульсов и с единичным входом первого триггера, нулевой вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов конца огибающей пакета импульсов, нулевому входу пятого триггера счетному входуРпервого счетного триггера.и входу первого элемента задержки, выход которого через четвертый элемент задерж ки соединен с установочным входом первого счетчика, счетный вход которого подключен к выходу четвертого элемента И, первый вход которого соединен с прямым выходом первого триггера, а второй вход подключен к выходу первого генератора ударного возбуждения и первому входу пятого элемента,И, второй вход которого соединен с прямым выходом первого счетного триггера и через пятый элемент задержки с первыми входами третьей группы элементов И, вторые входы каждого из которых подключены к соответствующим информационным выходам четвертого счетчика, счетный вход которого соединен с выходом пятого элемента И, а вход установки в "0" через первый формирователь импульса заднего фроняа подключен к выходу пятого элемента задержки, причем выходы первой и третьей групп элементов И соединены с информационными входами соответственно первого и второго регистров, выход первого элемента И через первый формирователь огибающей пакета импульсов подключен к входам первых формирователей начала и конца огибающей пакета импульсов, счетный вход третьего счетчика подключен к выходу третьего элемента К, а счетный вход шестого счетчика импульсов соединен с выходом седьмого элемента И, первыйвход которого подключен к выходу чет вертого элемента И, а второй вход подключен к выходу восьмого элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого генератора удар13 155047 ного возбуждения, а второй вход подключен к прямому выходу пятого триггера, шина "Стоп подключена к единичным входам шестого и седьмого триггеров, нулевому входу третьего триггера5 и входу второго генератора ударного возбуждения, а прямой выход шестого триггера соединен с первым входом девятого элемента И, выход которого подключен к счетному входу седьмого счетчика импульсов, а второй вход девятого элемента И.соединен с первым входом второго элемента И, выход которого подключен к входу второго фор-. 15 мирователя огибающей пакета импульсов, нулевой вход шестого триггера подклю" чен к единичному входу второго триггера и выходу второго формирователя им-. пульса переднего фронта огибающей па" 20 кета импульсов, вход которого соединен с выходом второго формирователя огибающей пакета импульсов и входом второго формирователя импульсов заднего фронта огибающей пакета импуль сов, выход которого подключен к нулевому входу седьмого триггера, счет" ному входу второго счетного триггера, входу второго элемента задержки и ну левому входу второго триггера, пря мой выход которого соединен с первым входом десятого элемента И, второй ,вход которого подключен к первым входам одиннадцатого и двенадцатого 214элементов К и к выходу второго генератора ударного возбуждения, выход десятого элемента И соединен со счетным входом второго счетчика и первым входом тринадцатого элемента И, выход которого подключен к счетному входу восьмого счетчика, а второй вход соединен с выходом двенадцатого элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу седьмого триггера, информационные входы третьего регистра соединены с соответствующими выходами второй группы элементов И вторые объединенные входы которого соединены с выходом второго элемента задержки и через третий элемент задержки подключены к входу обнуления второго, счетчика, информационные входы четвертого регистра соединены с соответствующими выходами четвертой группы элементов И, первые входы которых подключены к соответствующим выходам девятого счетчика, а вторые объединенные входы элементов И четвертой группы соединены через шестой элемент задержки с выходом второго счетного триггера и с вторым входом одиннадцатого элемента И,. а через второй формирователь заднего фронта импульса подключены к входу обнуления девятого счетчика, счетный вход которого подключен к выходу одиннадцатого элемента И.1550472 Составитель Ю,Шишкинредактор Ю.Середа Техред Л.Олийнык, Корректор М.Самборск Закаэ 271 Тираж 350 П е одписно митета по сквау ЖКНТ ССС НИИПИ эобретениям и,открытия Раушская наб., д. 4/5 с ственного 113035, Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Уж л. Гагарина, 10