Преобразователь временных интервалов

СОЮЗ СОВЕТСКИСОРИА ЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 25914 4 нозм КОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕННЫГЮ ИЗОБРЕТЕНИЯПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВУ нк СССР я электроике. М.: 0-131.(57) Ительнованиюследови предвремендиапаэримент ТЕРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВРЕМЕН оЬрет техн ие относится е, а именно к матизации нау бласти ядерно о для трансфо рвалов наносе иэмери- оборудоных исфизики, мации ундно х экс являе я с Ю ля авт нии в азнач го пе тс инт ядерно-фиэическ лью изобретения х. К АВТОРСКОМУ СВИ(56) Авторское свидетельствоИ 712958, кл. Н 03 М 1/50, 1Мелешко Е.А. Наносекунднаника в экспериментальной физЭнергоатомиздат, 1987, с. 13 2повышение точности преоЬразования путем генерации цикла стабилизации временного порога. Поставленная цель достигается тем, что в известный измеритель временных интервалов, состоящий иэ трех элементов И 1,2,4, двух одновибраторов 3 и 5, эарядно-разрядного устройства 7 и компаратора 9, дополнительно введены три элемента ИЛИ 10-12, блок 13 генерации цикла стабилизации и блок 22 коррекции временного порога. В устройстве введение временного порога с последующим автоматическим его вычитанием из преобразованного временного интервала с помощью системы стабилизации. резко снижает действие дестабилизирующих факто" ров на преобразователь, повышая стабильность, линейность и точность преобразования коротких временных интервалов. 5 зи. ф-лы, 5 ил.Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оборудованиюдля автоматизации научных исследований в области ядерной Физики и пред 15назначено для трансформации и расширения временных интервалов наносекундного диапазона в ядерно-Физическихэкспериментах.Цель изобретения - повышение точности преобразования.На фиг,1 представлена функциональная схема преобразователя; на фиг.2функциональная схема элемента сравнения длительности импульсов;на фиг,3функциональная схема одновибраторас регулируемой длительностью импульсов; на фиг,4, 5 представлены временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя,20Преобразователь содержит элемент1 И, элемент 2 И, одновибратор 3,элемент 4 И, одновибратор 5, входнуюшину 6 зарядно-разрядного устройства7, аналоговый выход 8 зарядно-разрядного устройства 7 элементы 10-12 ИЛИ,блок 13 генерации цикла стабилизации,содержащий генератор 14, формирователь 15, триггер 16, элемент 17 ИЛИ,элемент 18 И, формирователи 19 и 20,триггер 21, а блок 22 коррекции временного порога содержит элемент 23сравнения длительности импульсов,формирователь 24, элементы 25 и 26 И,триггер 27, элемент 28 И, одновибратор 29 с регулируемой длительностьюимпульса, реверсивный счетчик 30,цифроаналоговый преобразователь 31.Элемент сравнения длительностиимпульсов содержит элемент 32 И, элемент 33 НЕ, элемент 34 ИЛИ-НЕ, элемент 35 И-НЕ, элемент 36 И, элемент37 НЕ, элемент 38 И-НЕ, элементы 39и 40 задержки.Одновибратор 29 содержит триггер 45элемент 42 И-НЕ, элемент 43 задержки, триггер 44, элемент 45 задержки, выполненный на двух элементах46-47 НЕ, конденсаторе 48, регулируемом генераторе 49 тока.Для снижения влияния Фиксирующегодиска на линейность трансформациикоротких временных интервалов в зарядно-разрядном устройстве 7 длительность импульса одновибратора 5 в стоповом канале устанавливают больше55длительности одновибратора 3 в стартовом канале. Превышение одной длительности над другой ведет к появлению в преобразователе временного порога, т.е. устройство нормально Функционирует при запуске его по стартовому и стоповому каналу одним и темже сигналом, Введение временного порога и последующее автоматическоеего вычитание из преобразованноговременного интервала с помощью системы стабилизации временного порогапозволяет существенно улучшить измерительные параметры преобразователяпутем коррекции трансформированнойвеличины временного порога во времяциклов его стабилизации,Для запуска циклов стабилизациивременного порога используется блок13 генерации циклов стабилизации,в котором генератор 14 выдает импульсы с частотой несколько десятковгерц. Триггер 16 блока 13 генерациициклов стабилизации служит для Форми"рования заявки на цикл стабилизации,триггер 21 осуществляет блокировкуна цикл стабилизации обоих каналов"Старт" и "Стоп" преобразователя исхемы, элемент 28 И, выделение преобразованного временного интервалаблока 22 коррекции временного порога.Элемент 18 И разносит во временицикл измерения и цикл стабилизациивременного порога преобразователя.Формирователи 19 по фронту импульсаи 20 по срезу импульса обеспечиваютнеобходимую последовательность срабатывания обоих триггеров 1 Ь и 21, причем последний через элементы 10 и 12ИЛИ запускает цикл стабилизации.Блок 22 коррекции временного порога вычитают величину превышения длительности одного одновибратора 5 наддлительностью другого одновибратора3 после трансформации ее в зарядноразрядном устройстве 7. За трансформированной величиной превышения однойдлительности над другой следит одновибратор 29 блока 22 коррекции временного порога. Длительность одновибратора 29 корректируется по результатам циклов стабилизации, Во времяцикла стабилизации элемент 23 сравнения длительности импульсов блока 22коррекции временного порога сравнива"ет и определяет результат сравнениядлительности одновибратора 29 и трансформированной длительности временного порога. В зависимости от знакасравнения этих длительностей изменяется состояние двоичного реверсивного5 15259 счетчика 30, Величина кода, зафиксированная в двоичном реверсивном счетчике 30 преобразуется цифроаналоговым преобразователем 31 в аналоговую величину, которая используется для управления длительностью одновибратора 29.Устройство работает следующим образом, 1 ОСтартовый импульс проходит через нормально открытый вентиль элемента 1 И и через элемент 10 ИЛИ запускает одновибратор 3, который формирует импульс длительностью Т. Сигнал одновибратора 3 деблокирует элемент 2 И и через последовательно включенные элементы 11 и 17 ИЛИ блокирует стартовый канал преобразователя. Стоповый импульс, если он отстает от стартово го не более чем на Т 1, запускает через элемент 12 ИЛИ одновибратор 5, формирующий импульс длительностью Т Сигналы с обоих одновибраторов поступают на элемент 4 И, который выделяет импульс управления зарядно-разрядного устройства 7. Длительность импульса равна разнице длительностей Т -Т и состоит из суммы длительностей изме" ряемого временного интервалаи длительности временного порога тпреобразова 1 еля. В течение длительности сигнала управления, поступившего на вход Ь зарядно-разрядного устройства 7, через зарядный ключ за 35 поминающий конденсатор заряжается генератором тока зарядаКонденсатор разряжается генератором тока разряда до тех пор, пока не откроется фиксиРующий диод. Аналоговый выход 8 за рядно-разрядного устройства 7, подключенный к резистору, передает падение напряжения на нем от тока разряда на вход компаратора 9. Компаратор 9 выдает результат сравнения опорного 45 напряжения и напряжения аналогового выхода 8 зарядно-разрядного устройства 7 в виде длительности Т, равнойТ= Г( им+еп )(ь РЧ 7 ТрЭта длительность поступает на вход 50 блока 22 коррекции временного порога, в частности на элемент 28 И, выделение преоЬразованного временного интервала, который вычитает из длительности импульса компаратора 9 длитель ность импульса одновибратора 29. Длительность одновибратора 29 равна трансформированной длительности временного порога, т.е. 14,6Т, = е, (1.,-Т ) / т =Ти ее величина постоянно уточняетсяво время цикла стабилизации временного порога. Таким образом, на выходесхемы, элемент 28 И, выделение преобразованного временного интервала, получают временной интервал, длительность которого равна преобразован омувременному интервалуТ=Т,-Т,=(,-д,)Т .Одновибратор 29 с регулируемойдлительностью импульса запускаетсясигналом управления зарядно-разрядного устройства, поступившего на третий вход Ьлока 22 коррекции временного порога. Элемент 11 ИЛИ, суммируядлительности поступивших сигналовпродлевает через элемент ИЛИ 17 блокировку стартового канала преобразователя на весь процесс трансформациидлительности поступившего временногоинтервала. Если в процессе работыэарядно-разрядного устройства 7 вблоке 13 генерации цикла стабилизациис генератора 14 поступил сигнал наформирователь 15 по фронту импульса,то запускается первый триггер 1 Ь заявки на цикл стабилизации, Триггер1 Ь через элемент 17 ИЛ продлеваетблокировку входа преобразователя ивыставляет уровень заявки на схему,элемент 18 И, разнесения во временицикла измерения и цикла стдбилиза,:,ии,По окончании сигнала с компараторацикл трансформации завершается и сигнал блокировки, поступающий на входблока 13 генерации цикла стабилизации, прерывается. В результате этогосигнал заявки, т.е. уровень с триггера 16, поступает на Формирователь 19по фронту импульса по переднему фронту импульса и запускает его. Формирователь 19 вырабатывает выходной сигнал такой длительности, которая обеспечивает полное завершение переходныхпроцессов в здрядно-разрядном устройстве 7 по окончанию цикла трансформации. Триггер 21 бпокировки на циклстабилизации, взведенный сигналомФормирователя 19, продлевает блокировку стартового канала преобразователя и через вентиль, элемент 2 И,блокирует стоповый канал, а такжев блоке 22 коррекции временного порога блокирует схему, элемент 28 И, выделение преобразованного временногоинтервала и деблокирует элемент 23сравнения длительности импульсов.Формирователь 20 по срезу импульса вырабатывает по окончанию сигнала формирователя 19 импульс, который вовозвращает первый триггер 16 заявки на цикл стабилизации в исходное состояние и через элементы 10 и 12 ИЛИ запускает цикл стабилизации временного порога. Во время цикла стабилизации стартовьй и стоповый каналы, а также зарядно-разрядное устройство 7 ведут себя аналогично, как и при цикле измерения. Только длительность сигнала, полученного с элемента 4 И, равна временному порогу преобразователя т,е, разности длительностей сигналов, сформированных обоими одно- вибраторами 3 и 5. Сигналы с компаратора 9 и одновибратора 29 поступают на элемент 23 сравнения длительности импульсов. Временные диаграммы работы элемента 23 сравнения длительности импульсов приведены на фиг,4, Сигнал с компаратора 9 поступает на первый вход элемента 23, сравнение длитель ности импульсов, на третий вход которого поступает сигнал с одновибратора 29. Оба эти сигнала, проинвертировавшись соответственно на инверторах, поступают на входы элементов И-НЕ 35 и 38. Состояние их выходных уровней не меняется хотя спустя время задержки элемента 40 задержки на вторых входах каждого из элементов 35 и 38 И-НЕ исходный уровень изменился. Таким образом, оба элемента 35 и 38 И 35 НЕ переводятся в режим ожидания - какая из длительностей сигнала окончится раньше. Допустим раньше Заканчивается длительность сигнала одновиб ратора 29, Так как все входы элемента 38 И-НЕ в этом случае становятся низго уровня, на его выходе возникает высокий уровень, который мгновенно блокирует по третьему входу элемента 45 35 И-НЕ, и изменение уровня с компаратора 9 не влияет на выход этогоэлемента. Таким образом, состояние выхода каждого из элементов 35 и 38 И-НЕ однозначно связано с временной50 информацией о том, какая из длительностей сигнала окончится раньше. Это состояние передается на триггер 27, так как по завершению цикла стабилизации эта информация в виде высокого)55 уровня на выходе элемента 38 И-НЕисчезает и его выход переходит в низкое состояние. Состояние триггера 27 однозначно связано с временной информацией о соотношении длительностейсигналов, поступивших на вход эленента 23 сравнения длительности импульсов. Так как длительность импульса одновибратора 29 была меньше длительности сигнала компаратора 9, то кактолько на выходе элемента 38 И-НЕ появился высокий уровень триггер 27устанавливается в такое состояние,что на выходе элемента 26 И появляется низкий уровень, По окончанию импульса с компаратора 9 и спустя время задержки, определяемое элементом 39 задержки, на выходе элемента 36 И выделяется задний фронт выходного импульса. Элемент 39 задержки необходим, чтобы установить уровни на входекаждого элемента 25 и 26 И, которые определяют результат сравнения длительностей импульсов компаратора 9и одновибратора 29 в цикле стабилизации, до их опроса импульсом с формирователя 24, Формирователь 24 по срезу импульса вырабатывает сигнал по окончанию импульса с элемента 36И, элемента 23 сравнения длительностиимпульсов, Этот сигнал стробируетвходы элементов 25 и 26 И и черезэлемент 26 И поступает на вычитающийвход реверсивного двоичного счетчика30. Сигнал, выработанный формирователем 24 по срезу импульса через выходблока 22 коррекции временного порога,поступает на вход блока 13 генерациицикла стабилизации и возвращает триггер 21 этого блока в исходное состояние, Тем самым деблокируются входы обоих каналов преобразователя и схемы, элемент 28 И, выделение преобразованного временного интервала блока22 коррекции временного порога и восстанавливается блокировка элемента 23 сравнения длительности импульсов. Таким образом, цикл стабилизации заканчивается, Сигнал, поступивший на выцитающий вход реверсивного двоичного счетцика 30 из кода, хранившегося в счетчике, вычитает единицу и оставшийся в счетчике код с помощью цифроаналогового преобразователя 31трансформируется в аналоговую величину, которая используется для управления длительностью сигнала одновибратора 29. Временные диаграммы работы одновибратора 29 с регулируемой длительностью импульса представлены на фиг,4, Одновибратор 29 запускается сигналом со схемы 4 И, который пос15259тупает на вход блока 22 коррекции временного порога, Э 1 от сигнал поступает на вход элемента 42 И-НЕ и взводит первый триггер 41. В результате5 этого снимается высокий уровень с другого входа элемента 42 И-НЕ. Поэтому только по окончанию входного сигнала изменяется уровень на выходе элемента 42 И-НЕ, Таким образом, эле мент 42 И-НЕ позволяет независимо от величины длительности входного импульса дополнять ее одной и той же величиной, определяемой времязадающими цепями одновибратора. Уровень с выхо да элемента 42 И-НЕ поступает напервую времязадающую цепь, выполняющую роль аналоговой задержки входного сигнала, Этот уровень через инвертор, элемент НЕ, поступает на конденсатор, 20 который начинает разряжаться. На скорость разряда конденсатора влияет величина тока, задаваемая генератором тока в этой времязадающей цепи. В процессе разряда потенциал на входе 25 инвертора первой времязадающей цепи достигает такого уровня, когда выходной уровень инвертора взводит второй триггер 44, Перепад уровня с этого триггера поступает на второй аналогич-З 0 ный элемент 45 задержки, который отличается от первого элемента 43 задержки только тем, что величину тока разряда конденсатора 48 можно изменять, регулируя тем самым длительность оцновибратора, При достижении на вхо 35 де второго инвертора элемент 47 НЕ, второго элемента 45 задержки такого уровня, при котором выходной уровень этого инвертора возвращает в исходное 40 состояние триггер 41, уровень которого устанавливает второй триггер 44 в исходное состояние. Использование двух времязадающих цепей в схеме одновибратора позволяет обеспечить необхо 45 димую точность регулировки длительности сигнала одновибратора независимо от величины коэффициента преобразова" ния зарядно-разрядного устройства преобразователя, потому что основную часть длительности сигнала одновибратора можно задавать первой времязадающей цепью и коммутировать ее вместе с изменением коэффициента трансформации К (где К=(1 Тр)/Тр) зарядно Разрядно го устройства 7, Аналоговая величина, поступившая с цифроаналогового преобразователя 31, управляет величиной тока разряда второго конденсато 14 10ра 48, задаваемой генератором тока 49, Уменьшение величины кода в реверсивном двоичном счетчике 30 ведет к уменьшению величины аналогового выхода с цифроаналогового преобразователя 31, который подается на генератор 49 тока таким образом, что уменьшает ток разряда второго конденсатора 48, увеличивая тем самым длительность выходного сигнала одновибратора 29. Достаточно ли такого изменения тока иследовательно увеличения длительностиимпульса одновибратора 29 будет установлено в следующем цикле стабилизациивременного порога. Если недостаточно,т.е. опять длительность одновибратора29 в цикле стабилизации временногопорога окажется меньше длительностиимпульса с компаратора 9, то код вреверсивном двоичном счетчике 30 будет уменьшен на единицу, что вызоветувеличение длительности одновибратора29. Если увеличение длительности одновибратора 29 было достаточным, тов следующем цикле стабилизации временного порога длительность импульсаодновибратора 29 будет больше длительности импульса компаратора 9. В этомслучае импульс досцета в реверсивныйдвоичный счетчик 30 поступает на егосуммирующий вход и код в счетчикебудет увеличен на единицу, что вызовет увеличение аналоговой величинына выходе цифроаналогового преобразователя 31 и следовательно приведет кувеличению тока разряда е регулируемом генератора 49 тока одновибратора29, а это вызовет уменьшение длительности выходного импульса одновибратора 29,Использование преобразователя коротких временных интервалов в различных системах сбора и обработки данных, ориентированных на времяпролетную методику, в ядерной спектрометриипозволит практически устранить влияние дестабилизирующих факторов наформу спектра при проведении экспериментов, существенно ослабит ограничение на достижение необходимой точности при долговременных измерениях,устранит интегральную нелинейность вначале получаемых временных спектров,что существенно повысит достоверностьполучаемой информации о изучаемыхядерно-физических процессах. Все этов конечном итоге позволит получитьсущественный экономический эффект, 1525914 12Формула изобретения 40 1, ПреоЬразователь временных интервалов, содержащий первый элемент И, первый и второй входы которого являются соответственно шинами "Старт" и "Управление", второй элемент И, первый вход которого является шиной "Стоп", а второй вход объединен с первым входом третьего элемента И и соединен с выходом первого одновибратора, выход второго одновибратора соединен с вторым входом третьего элемента И, выход которого через заРядно-разрядное устройство соединен с первым входом компаратора, второй вход которого является шиной опорного напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, введены три элемента ИЛИ, блок генерации цикла стабилизации и блок коррекции временного порога, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход 25 которого соединен с входом первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединен с первым входом третьего элемента З 0 ИЛИ, выход которого соединен с входомвторого одновибратора, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с первым входом блока коррекции35временного порога и соединен с выходом компаратора, а выход - с первымвходом блока генерации цикла стабилизации, второй вход которого соединен с первым выходом блока корррекциивременного порога, второй вход которого объединен с третьим входом второго элемента И и подключен к первомувыходу Ьлока генерации цикла стабилизации, второй выход которого соединенс вторыми входами первого и третьегоэлементов ИЛИ, а третий выход - стретьим входом первого элемента И,выход третьего элемента И соединенс третьим входом блока коррекции временного порога, второй выход которого50является выходной шиной.2, ПреоЬразователь по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок генерации цикла стабилизации выполнен55 на генераторе импульсов, трех формирователях, двух триггерах, элементе ИЛИ и элементе И, выход генератора импульсов через первый формирователь соединен с первым установочным входом первого триггера, выход которого соединен с первыми входами элемента ИЛИ и элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом элемента ИЛИ и является первым входом блока, а выход через второй формирователь сое" динен с входом третьего формирователя и первым установочным входом второго триггера, второй установочный вход которого является вторым входом блока, а выход второго триггера соединен с третьим входом элемента ИЛИ и являет" ся первым выходом Ьлока, вторым выходом которого является выход третьего формирователя, соединенный с вторым установочным входом первого триггера, а выход элемента ИЛИ является третьим выходом блока.3, ПреоЬразователь по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем что блок коррекции временного порога выполнен на элементе сравнения длительности импульсов, формирователя, трех элементах И, триггере, одновибраторе с регулируемой длительностью импульса, реверсивном счетчике и цифроаналоговом преобразователе, выход которого соединен с первым входом одновибратора с регулируемой длительностью импульса, второй вход которого является третьим входом блока, а выход соединен с первыми входами элемента сравнения длительности импульсов и первого элемента И второй вход которого объединен с вторым входом элемента сравнения длительности импульсов и является первым входом блока, вторым входом которого являются третьи входы элемента сравнения длительности импульсов и элемента И, выход которого является вторым выходом блока, выходы реверсивного счетчика соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, а входы управления счетом соединены с выходами второго и третьего элементов И соответственно, первые входы которых соединены с выходом формирователя и являются первым выходом блока, а вторые входы соединены с соответствующими выходами триггера, установочные входы которого соединены с соответствующими выходами элемента сравнения длительности импульсов, третий выход которого соединен с входом формирователя.Преобразователь по п.3, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что элемент1525914 1 О 15 20 30 35 Фиа. х сравнения длительности импульсов содержит два элемента И, два элемента НЕ, два элемента И-НЕ, элемент ИЛИНЕ, два элемента задержки, выход первого из которых соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого объединен с первым входом второго элемента И и является третьим входом элемента сравнения длительности импульсов, вторым входом которого является второй вход второго элемента И и вход первого элемента НЕ, выход которого соединен с первыми входами элемента ИЛИ-НЕ и первого элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И-НЕ и является первым выходом элемента сравнения длительности импульсов, первый вход второго элемента И-НЕ объединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ и соединен с выходом второго элемента НЕ, второй вход соединен с выходом первого элемента И-НЕ и является вторым выходом элемента сравнения длительности импульсов, третьим выходом которого является выход первого элемента И, а первым входом - третий вход второго элемента И и вход второго элемента НЕ, выход второго элемента И, через второй элемент задержки соединен с третьими входами первого и второго элементов И-НЕ, а выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с входом первого элемента задержки5. Преобразователь по п.3, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что одновибратор с регулируемой длительностью импульсов выполнен на двух триггерах, двух элементах задержки и элементе И-НЕ, первый вход которого объединен с первым установочным входом первого триггера и является вторым входом одновибратора, второй вход элемента И-НЕ объединен с первым установочным входом второго триггера, подключен к выходу первого триггера и является выходом одновибратора, второй установочный вход второго триггера соединен с выходом первого элемента задержки, вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ, инверсный выход второго триггера соединен с информационным входом второго элемента задержки, управляющий вход которого является первым входом одновибратора, а выход соединен с вторым установочным входом первого триггера.б. Преобразователь по п.5, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что второй элемент задержки выполнен на двух элементах НЕ, регулируемом генераторе тока и элементе памяти, выполненном на конденсаторе, первый вывод которого является шиной нулевого потенциала, а второй вывод объединен с выходом регулируемого генератора тока, входом первого элемента НЕ и подключен к выходу второго элемента НЕ, вход которого является информационным входом элемента задержки, управляющим входом которого является управляющий вход регулируемого генератора тока, а выходом - выход первого элемента НЕ.1525914 Род Ч 1 Ч 1 Редактор М,Киштулинец Заказ 7244/55 Тираж 884 ПодписноеВНИИПИ Г осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 Ч 1 ЧЧ ЧЮ Составитель И,РомановаТехред М,дидыкКорректорМ.Васильева