Устройство для контроля длительности импульсов

О П И С А Н И Е ои 901949ИЗОБВЕТИН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветснмхСоцмалмстмчеснмхреспублик(51)М. Кл. 6 01 й 31/26 с присоединением заявки М Веуаеретеенны 11 квинтет СССР не денев нзебретвкн 11 н еткрытнй(23) Прноритет Опубликовано 300132. Бюллетень М 4 Дата опубликования описания 30 . 01,82(72) Авторы изобретения Ж.Н, Ветшев и В.П. Шиян Научно-исследовательский институт ядерной физики:при Томском политехническом институте йм, С,И. Кйровв"(Я) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИИПУЛЬСОВ Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может бытьиспользовано для контроля длительности импульсов,Известно устройство для измерения длительности импульсов, содержащее генератор импульсов, стробоскопический блок, фильтр нижних частот,нагрузку, вычислитель, блок ввода-вывода 11.Недостатком известного устройстваявляется низкое быстродействие,обусловленное тем, что измерение длительности проводится не в реальном масштабе времени, а с использованиемстробического способа. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения длительности импульсов, содержащее генератор импульсов, первую и вторую линии задержки, блок нагрузок и стробирующий блок2 1. Недостаток известного устройстватакже состоит в низком быстродействииобусловленном тем, что измерениедлительности проводится не в реальном масштабе времени, а с использованием стробоскопического способа,требующего многократного повторенияизмерения одного и того же импульсав различные моменты времени,Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для измерениядлительности импульсов, содержащеевычислитель, первый генератор импульсов, соединенный выходом черезаттенюатор со входом первой линиизадержки, первый выход которой соединен со входом объекта контроля,соединенного выходом со входом вто"рой линии задержки, соединенной первым выходом со входом блока нагрузок,введены разветвитель, компаратор,преобразователь код-аналог, третьяфвторого дешифратора, соединенноговходами с соответствующими третьимивходами нормализатора,На фиг, 1 приведена блок-схемаустройства;на фиг. 2 - блок-схеманормализатора.Устройство содержит первый генератор 1, аттенюатор 2, первую линию3 задержки, объект 4 контроля, вторуюлинию 5 задержки, блок .6 нагрузок,разветвитель 7, компаратор 8, преобразователь 9 код-аналог, вычисли"тель 10 интерфейсные шины 11, нормализатор 12, третью линию 13 задержки, элемент И 14, второй генератор15 импульсое, генератор 16 кодов.Нормализатор 12 содержит первый17 и второй 18 сдвиговце регистры,первый дешифратор 19, первый ключ20, первый триггер 21, элемент ИЛИ22, второй триггер 23, элемент 24задержки, одновибратор, 25,. генератор26 пул сое, второй дешифратор 27,вторые ключи 28, второй элемент ИЛИРЭ.Устройство работает следующим образом,Генератор 1 импульсов выполнене виде импульсного сильноточногоэлектронного ускорителя (ИСЗУ),кото"рый выбран иэ группы ускорителей(например, высоковольтные ускорители,линейные резонансные ускорители,линейные индукционные ускорители, цик"лические ускорители, ускорителимногозаряднцх ионов и др), относительно прост в аппаратурной реализации и обеспечивает необходимые выходные параметры импульсных сигналов,Калиброванный ступенчатый атте"нюатор 2 представляет собой отрезоклинии передачи с регулируемыми поте-.рями, которые изменяются, например,путем введения поглощающей пластинызаданного профиля или воздействиявнешнего поля на транспортируемыйпучок электронов.Ликии 3,5 и 13 задержки представляют собой отрезки линий передачизаданной длины. Время задержки линииопределяется ее длиной и соответствует времени распространения сигналавдоль линии передачи.Информационные выходы линий 3 и5 задержки расположены в начале линий (у входа линий 3 и 5 ближайшегок генератору 1 импульсов) и представляют, например, направленные отеетвители с заданными коэффициентами 3 90194 линия задержки, нормализатор, элемент И, генератор кодов и второй генератор импульсов, соединенный первым выходом через генератор кодов с первыми входами элемента К, вторым, выходом - с первь 1 ми входами нормализатора, соединенного вторыми входами с выходами элемента И,третьими входами - со входами-выходами вцчислителя и входами преобраэова-теля код-аналог, соединенного выходами с первыми входами компаратора, выход которого соединен со вторым входом элемента И и через третью линию задержки - с четвертым входом д нормализатора, а второй вход - с выходом разветвителя, соединенного первыми и вторыми входами со вторыми выходами первой и второй линий задержки соответственно,а нормализатор содержит первый и второй дешифраторы,первый и вторые ключи,первцй и второй элементы ИЛИ, первый и второй триггеоы, элемент задержки,одновибратор генератор импульсов, первый и второй сдви- говые регистры, первые входы которых соединены с соответствующими выходами первого дешифратора, соединенного первыми входами со вторыми входами нормализатора, вторым входом - с первым входом нормализатора, четвертый вход которого соединен с первым входом второго триггера, соединенного первым выходом со вторым входом пер" вого сдвигового регистра, вторым входом - с третьим и вторым входами пер- ф вого и второго сдвиговых регистров соответственно, с выходом второго дешифратора и первым входом второго триггера, соединенного выходом с соответствующими третьими входами нормализатора, вторым входом - с выходом первого элемента ИЛИ, соединенно" го первым и вторым входами с соответствующими выходами первого сдвигового регистра, выходом - с первым входом первого ключа, соединенного вторым входом через генератор импульсов,одновибратор и элемент задержки со вторым выходом первого триггера, выходом - с четвертым входом первого ф сдвигового регистра и третьим входом второго сдеигового регистра, соеди" ненного выходами с первыми входами соответствующих вторых ключей, вьходы которых соединены через второй Я элемент ИЛИ с соответствующими треть. ими входами нормализатора, а вторые , входы - с соответствующими выходами901949связи и коэффициентами направленности, Линии задержки 3 и 5 распределяют по времени прихода сигналы, поступающие на информационный вход компаратора 8 для их последующего аппаратурного анализа в непересекающиеся интервалы времени и при соответствующем выборе длины линий 3 и 5 образуют каналы измерения с разделением по времени.Генератор 15 представляет собой метрологический генератор им ульсов, На первом выходе генератор 15 выдает непрерывную последовательность коротких синхроимпульсов с высоко- стабильной частотой повторения1Г = в , На временной оси й импульсыТ.синхронизации точно устанавливают границы элементарных интервалов времени Тв. Одновременно на втором выходе генератор 15 выдает непрерывную 1периодическую последовательность (с периодом, равным 2 Т) прямоуголь- ных импульсов противоположной полярности и одинаковой длительности (при скважности 2). Импульсы длительности То соответствуют длительности элементарных сигналов, эквивалентных символам (элементам) параллельного о-разрядного двоичного кода.Величина интервала времени То соответствует цене - (в.единицах времени) младшего разряда числового щ-разрядного двоичного кода. Сигнал, ,снимаемый со второго выхода генератора 15, предназнацен для Формирования синхронных выходных сигналов генератора 6 кодов. Сигнал,снимаемый с первого выхода генератора 15, предназначен для синхронного съема в конце каждого интервала длительности То парафазных сигналов о-разрядного параллельного кода, поступающих с выхода многовходового элемента 14 на входы дешифратора 19 кодов (Фиг.2).Генератор 16 кодов представляет собой генератор И=2 ф кодовых комбинаций инкрементного цислового щ-разрядного двоичного кода. Комбинации кода периодически повторяются с периодом Т = 2 ф То. Сигналы, соответствующие разрядам генерируемого кода на в выходах генератора .16, по форме повторяют выходные (на выходах соответствующих разрядов) сигналы двоичного счетчика, работающего по методу счета единичных прираще" ний, равных длительности элементарного интервала времени То (сцетчиквремени).При этом методе полная сетка эталонных интервалов времениТ =.То (где 1=,0,1,22-1) образу-ется путем .суммирования одного эталона времени То, Полное время циклапреобразования Т=ИТ, где Т - времяодного такта, кодирования, Величине на Т определяется (задается) интервалом времени аппаратурного анализа объекта исследования,а величина То - заданной точностью измерения интервалов времени.1 у Генератор 16 кодов работает всинхронном режиме, и моменты перехода выходных сигналов строго Фиксированы моментами совпадения с границами интервалов То . Сигналы на кажут дом из выходов с номером Е (где С== 1,2,в) Формируются по методу безперехода к нулю. Переход из одногосостояния в другое сигнала видамендр на выходе с номером Е проис ходит на границах соответствующихинтервалов времени ТЕ = 2 То,(где= 1,2.,щ).Набор а символов 0,1в каждойкодовой комбинации генерируемого Эе кода соответствует числовому эквиваленту пооядкового номераинтервала времени Т = То (где= 0,1, ,2 -1). Начальному интервалуТо соответствует кодовая комбинация,состоящая из одних нулей, а конечному интервалу Т - кодовая комбинация,состоящая из одних единиц. 1(онечнаякомбинация предшествующего цикла генерации кода и начальная комбинация 4 В последующего цикла, расположены насоседних интервалах оси текущего(реального) времени, что обеспечивает равномерное разбиение оси реального времениинтервалами Т.Генератор 16 кодов обеспечиваетформирование кольцевой (циклической)кодовой измерительной шкалы временис шагом дискретности, равным Т иинтервалом однозначного отсчета(при дешифрации кода) по шкале времени, равным Т = 2 ф.Т. Иноговходовый элемент И 4 работает в асинхронном режиме и при поступлении управляющего сигнала логического уровня единица с выхода компаратора 8 переходит в открытое состояние и разрешает прохождение сигнала с выходов генератора на со 7901 ответствующие входы дешифратора 19 кодов нормализатора 12 памяти (фиг;2).Двухканальный преобразователь 9 код-аналог содержит первый и второй буферные регистры кодов уровней сравнения и первый и второй преобразователи код-аналог. Входы буферных регистров являются соответствующими входами преобразователя 9, а выходы через соответствующие преобразователи код-аналог подключены к первому и второму выходам преобразователя 9.В соответствии с заданным режимом работы одиночный короткий импульсный сигнал с выхода генератора 1 импульсов проходит последовательно через аттенюатор 2, линию 3 задержки, объект 4 контроля, линию 5 задержки и поступает на вход блока 6 нагрузок.Блок 6 нагрузок может работать в одном из следующих режимов: холостого хода, короткого замыкания,согласованном с заданным входным импедансом. Например, при анализе элементов матрицы передачи четырехполюсника блок 6 обеспечивает режим работы,при котором падающий сигнал отражается от его входа и проходит весь путь в обратном направлении.Анализируемый сигнал при распространении как в прямом, так и в обратном направлении ответвляется информационными выходами линий 3 и 5 и через разветвитель 7 последовательно .во времени поступает на информационный вход двухпорогового компаратора 8. Двухканальный преобразователь 9 код-аналог программно по командам от вычислителя 10 устанавливат первый (нижний) и второй (верхний) пороговые уровни, которые фиксируются до тех пор, пока в соответствии с рабочей программой не поступят команды на установку новых значений пороговых уровней. Пороговые уровни задают начало и конец отсчета длительности импульса. Компаратор 8 может быть использован в однопороговом режиме анализа, который задается установкой только нижнего или только верхнего порогового уровня.Режиму нижнего порогового уровня соответствует логика сравнения, зада. ваемая строгим неравенством;анализируемый сигнал равен или больше заданного нижнего порогового уровня.Режиму верхнего порогового уровня соответствует логика сравнения, за 949 8даваемая строгим неравенством: анализируемый сигнал равен или меньшезаданного верхнего порогового уровня,Режиму двухпорогового сравнениясоответствует логика сравнения, задаваемая одновременным выполнениемдвух строгих неравенств: анализируемый сигнал равен или больше нижнегопорогового уровня или меньше верхне 16 го порогового уровня,В каждом цикле измерения, соответствующем запуску генератора 1 импульсов, на выходе компаратора 8 вырабатывается сигнал логического уров 35 ня "единица", который одновременнопоступает на управляющий вход многовходового элемента И 14 и на входлинии 13 задержки, Сигнал "логическая единица" открывает элементфЕ и пропускает через него сигналыпараллельного в-разрядного двоичногокода, поступающие на разрядные входыэлемента 14 с соответствующих выходов генератора 16 кодов. УправляеИ мый выходным сигналом компаратора8 элемент 14 выполняет функцию устройства считывания и обеспечиваетвыборку (считывание) на заданногоупорядоченного набора всех возможЗЕ ных числовых эквивалентов параллельного щ-разрядного двоичного кодатех и только тех числовых эквивалентов, позиции которых на элементарныхинтервалах Т совпадают по временис единичными состояниями сигнала,поступающего с выхода компаратора 8 науправляющий вход элемента 14.Сигналы считанных комбинаций кода с разрядных выходов элемента 14 поступаютна парафазные входы дешифратора 19(фиг.2) нормализатора 12,Дешифратор 19 однозначно преобразует входные кодовые комбинации параллельного ю-разрядного кода в выходные сигналы позиционного единичного унитарного) кода. В конце каждого интервала То на вход (С) дешифратора 19 поступает стробирующийсинхросигнал с первого выхода генератора 15. Накопленные по каждому разрядному входу сигналы, соответствующие символам 0,1 в-разрядногокода, поступают на комбинационнуюсхему дешифратора, и на соответствующем выходе вырабатывается сигнал лоИгического уровня - "единица". Сигналн 1" с выхода дешифратора 19 параллельно поступает на соответствующийпорядковому номеру числового экви9валента кода разрядный вход регистра 18 сдвига и регистра 17 сдвига.Входы регистра 18 открыты в течение всего интервала времени измерения Т. Входы регистра 17 управляются сигналом на входе (Ч) и открыты в течение интервала времени задержки линии 13 задержки, который соответствует началу измерения, В каждом цикле измерения линия 13 задержки обеспечивает выделение начала отсчета времени, фиксируя интервал времени задержки, цостаточной для. записи в регистр 17 нескольких символов 1 11 унитарного кода, совпадающих по времени с начальным интервалом сигнала релейной Функции, поступающей на вход линии 13 задержки с выхода компаратора 8. Зарегистрированная ре- гистром 17 последовательность символов однозначно устанавливает начало М-разрядногоунитарного кода, зарегистрированного в одноименном цикле измерения регистром 18. В каждом цикле измерения содержимое регистров 17 и 18 однозначно Фиксирует результат измерения, проведенного в реальном масштабе времени. Символ 1 в соответствующем разряде регистров 17 и 18 эквивалентен элементарному интервалу Т в заданных единицах измерения времени, например,в пико- секундах.Генератор 1 импульсов работает в режиме однократных или редко повторяющихся импульсов, которые асинхронны по отношению к моменту нача,ла каждого цикла генерации кода генератора 16 кодов. Это положительно отражается на точности процесса измерения, однако приводит к тому,что в каждом новом цикле измерения начало интервала измерения, отсчитываемое по переднему фронту сигнала, поступающего на информационный вход компаратора 8, сдвигается по случайному закону, вследствие чего необходимой оказывается нормализация результата измерения. В каждом последовательном цикле измерения результаты измерения, зафиксированные в ре" . гистре 18, размещаются в, разрядах регистра так, что заполненные разряды оказываются сдвинуты относительно разряда с первым порядковым номером на некоторое случайное число разрядов Это число, равно порядковому номеру младшего разряда, содержащего текущую запись символов1 1 в регистре 17, и 9019"9на единицу меньше количества шагов (тактов), на которое необходимо циклически сдвинуть (нормализовать) в сторону младших разрядов .информацию, записанную в регистрах 17 и 18,чтобы совместить начало цикла генерации (нулевая кодовая информация) генератора 16 с первым (начальным) разрядом регистров 17 и 18. Компенсацияначального сдвига (кормализация) производится по управляющему сигналу, поступающему с выхода линии 13 задержки на вход й-триггера 23 управления в соответствии с икформацйей,записакной в регистре 17, Сигнал "1" со входа от линии 13 устанавливает в нуль триггер 23, При этом сигнал "0" с прямого выхода триггера 23 поступает на вход (Ч) регистра 17и запрещает запись последующих данных измерения, а сигнал 11" с инверсного выхода через время Т задержкиэлемента 2 ч задержки поступает кавход одновибратора 25 и запускает 2% его. Для этого задержка сдвига регистра 17 ка величину Т необходимадля возможности осуществления полного цикла записи величины измеряемого интервала времени в регистр 18 Эф в унитарном коде, например 0000111,после чего возможна нормализация эасчет сдвига этого кода. Одновибратор25 вырабатывает запускающий импульс,длительность которого соответствуетпериоду цикличности регистров 17 и18. Импульс с выхода одновибратора25 поступает на вход тактового генератора 26 и разрешает его работу втечение длительности импульса, обес-,З печивая поиск начала интервала измерения в пределах всех разрядов регистра 17. Тактирующие импульсы с выходагенератора 26 через открытый в исходном состоянии ключ 20 поступают на у.входы (С) Регистров 17 и 18 кольцевого (циклического) сдвига ц сдвигаютсодержимое регистров 17 и 18 в сторону младших разрядов до тех пор, покамладший разряд регистра 17, содержащий эЕ запись единицы, не совпадает с егопервым (начальным) Разрядом, Совместная работа инверсного первого выходаи прямого последнего выхода регистра17 и логического элемента ИЛИ 22,выл полняющих логическую функцию "импл- кация", контролирует момент совпадения начала измерения интервала Т свключением рервого разряда регистра17 В момент поступления на очередном11 90191 такте сдвига единицы, соответствующей началу интервала измерения, в первый разряд регистра 17 на выходе элемента ИЛИ 22 вырабатывается сигнал "О",. который поступает на управляющий вход ключа 20 и останавливает сдвиг информации в регистрах 17 и 18 и одновременно поступает на инверсный вход триггера 21 готовности и устанавливает его в состояние "единица", в кото ром на прямом выходе триггера 21 вырабатывается сигнал логического уровня "единица" (флаг готовности), сигнализирующий в вычислитель 1 О о завершении в очередном цикле измерения нор мализации, при котором выходные разряды регистра 18 однозначно соответствуют интервалам Т равномерного разбиения шкалы времени Т на И=2 элементарных интервалов, и номер выход- ур ного разряда соответствует порядковому номеру 1 интервала Т = 1 Т (1 = 1,2И=2) на равномерной шкале времени Т,Измерительная информация, накоплен-и ная в очередном цикле измерения в регистре 18, при необходимости может быть выведена из регистра 18 через ключи 28 в параллельном или последовательном коде по сигналам, задан- щ ным от вычислителя 10 через деши- ртор 27.Таким образом, введение блоков 7-16 и выполнение нормализатора в виде элементов,17-29 позволяет производить , контроль длительности импульсов в реальном широком масштабе времени при сохранении высокой точности, что существенно повышает быстродействие устройства. 49 Формула изобретения 1. Устройство для измерениядлительности импульсов, содержащее вы" числитель, первый генератор импульсов, соединенный выходом через атте" нюатор со входом первой ЛИнии задержки, первый выход которой соединен со входом объекта контроля, соединен" ного выходом со входом второй линии задержки, соединенной первым выходом со входом блока нагрузок, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены разветвитель, компаратор,преобразователь код-ана.лог, третья линия задержки, норма 9 12лизатор, элемент И, генератор кодови второй генератор импульсов, соединенный первым выходом через генератор кодов с первыми входами элемента И, вторым выходом - с первыми выходами нормализатора, соединенноговторыми входами с выходами элемента И, третьими входами - со входамивыходами вычислителя и входами преобразователя код-аналог, соединенноговыходами с первыми входами компаратора, выход которого соединен совторым входом. элемента И и черезтретью линию задержки - с четвертымвходом нормалиэатора, а второй входс выходом разветвителя, соединенногопервыми и вторыми входами со вторымивыходами первой и второй линий задержки соответственно.2. Устройство по и.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что нормализатор содержит первый ивторой дешиФраторы, первый и вторые ключи, первый и второй элементы ИЛИ, первыйи второй триггеры, элемент задержки, одновибратор, генератор, импульсов, первый и второй сдвиговыерегистры, первые входы которых соединены с соответствующими выходамипервого дешиФратора, соединенногопервыми входами со вторыми входаминормализатора, вторым входом - спервым входом нормализатора, четвертый вход которого соединен спервым входом второго триггера, соединенного первым выходом со вторымвходом первого сдвигового регистра,вторым входом - с третьим и вторымвходами первого и второго сдвиговыхрегистров соответственно, с выходомвторого дешиФратора и первым входомвторого триггера, соединенного выходом с соответствующими третьими входами нормализатора, вторым входомс выходом первого элемента ИЛИ, соединенного первым и вторым входамис соответствующими выходами первогосдвигового регистра, выходом - спервым входом первого ключа, соедия, ненного вторым входом через генератор импульсов, одновибратор и элемент задержки со вторым выходом первого триггера, выходом - с четвертымвходом первого сдвигового регистра Ии третьим входом второго сдвиговогорегистра, соединенного выходами спервыми входами соответствующих вторых ключей, выходы которых соединенычерез второй элемент ИЛИ с соответствуащими третьими входами нормали- затора, а вторые входы " с соответ" ствующими выходами второго дешифратора, соединенного входами с соот" ветствуащими третьими входами нормализатора.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе901949ВНИИХИ Заказ 12373/5Тираж 718 Подписное Филиал ППП "Патент",г.Ужгород,ул.Проектная,