Комбинированный измеритель временных интервалов

 

КОМБИНИРОВАННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержащий первый и второй дискриминаторы, входы которых являются соответственно старти стоп-шинами измерителя, а выходы соответственно подключены к первому и второму входам измерительного блока, первый, второй, и третий выходы которого соединены соответственно .с первым, вторым, и третьим входами арифметического блока, выход которого является выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при расширении диапазонов изменения амплитуды и времени нарастания входных сигналов, в него введены четыре блока временной привязки, четыре преобразователя время-код, два инвертора и два сумматора , причем вход первого дискриминатора соединен с входами первого и второго блоков временной привязки, выход первого из 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 чет (Л вертого блоков временной привязки подключены к входу второго дискриминатора , выход которого соединен с первым .входом третьего преобразователя время-код, второй вход которого подклдочен к выходу третьего .блока временной привязки и первому входу четвертого преобразователя времясх код, второй вход которого соединен с выходом четвертого блока временной со ел привязки, а выход подключен к первому входу второго сумматора, выход тре00 тьего преобразователя время-код через инвертор подключен к второму входу второго сумм-ятора, выход которого соединен с пятым входом арифметического блока.

„„SU„„, 18958, А

СОЮЗ ССВЕТСНИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3 {я) Ое04 F 10/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

/

l .Ъ /

/, Ю

К АВТОРСКОМУ СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. ОТКРЫТИЙ (21) 3593420/ 18-21 ° (22) 04.04.83 (46) 15.10.84. Бюл.038 (72) В.А.Гулякин и Н.А.Гулякина (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. В.И.Ленина (53) 681.325(088.8) (56) .1. "Приборы и техника эксперимента", 1977, 11 1, с.79-83.

2. Nuclear Instrument and Method

1979, V 163, р. 541-544. (54) (57) КОМБИНИРОВАННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержащий первый и второй дискриминаторы, входы которых являются соответственно старт- и стоп-шинами измерителя, а выходы соответственно подключены .к первому и второму входам измерительного блока, первый, второй, и третий выходы которого соединены соответственно .с первым, вторым. и третьим входами арифметического блока, выход которого является выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при расширении диапазонов изменения амплитуды и времени нарастания входных сигналов, в него введены четыре блока временной привязки, четыре преобразователя время-код, два инвертора и два сумматора, причем вход первого дискриминатора соединен с входами первого и

1 второго блоков временной привязки, выход первого из которых подключен к первому входу первого преобразователя время-код, второй вход которого соединен с выходом второго блэка 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 преобразовате- Я ля 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 О® четвертого преобразователя время- О код, второй вход которого соединен QQ с выходом четвертого блока временной 1 © привязки, а выход подключен к первому « д входу второго сумматора, выход тре- р тьего преобразователя время-код через инвертор подключен к второму входу второго сумматора, выход которого соединен с пятым входом арифметического блока.

:В»

4 111

Изобретение 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 sa измеряемый интервал и последующей 10 оценке зон временной неопределенности старт(стоп)- сигналов относительно импульсов опорного генератора методом преобразования время-амплитудакод Г1 3.

Данное устройство характеризуется низкой точностью измерения из-эа большой погрешности временной фиксации старт-стопных сигналов.

Наиболее близок к предлагаемому рб измеритель, который содержит арифметический блок, два дискриминатора и измерительный блок, включающий задающий генератор, два временных селектора, два преобразователя время"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 триггера

ЗЮ 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 соединен с выходом триггера, а выход — с входом счетчика (2

Однако известный измеритель временных интервалов характеризуется

55 значительной погрешностью измереййя, которая обусловлена зависимостью задержек запуска входных пороговых

8958 2 устройств 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 соединен

118958 4

10

Устройство 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 соединена 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 с а первым входом сумматора 17, второй вход которого подключен к выходупреобразователя 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 подкпю" 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

3 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.2временные 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 образом по стоп-сигналу при помощи дискриминатора 4 формируется стандартизованный импульс, соответствуюший окончанию физического процесса, который поступает на второй вход измерительного блока 5. Временной интервал, заключенный между выходными сигналами обоих дискриминаторов 3 и 4, трансформируется в цифровые эквиваленты

t <<4т оочч t î÷2 измеРительным блоком

5. При помощи арифметического блока

6 вычисляют длительность регистрируемого временного интервала Т " по формуле. Т = t. +1 изм fp точ< точ 2 < где 1 - результата грубого измерения регистрируемого временного интервала, ф и — результаты измерений интер- трч туч 2 валов временной неопределенности положений старт- и стоп-сигналов относительно импульсов опорной серии.

Полученная оценка отличается от истинного значения измеряемого временного интервала Т „с (фиг.2) на величину

2(2 н2. 2) <(1 н1 11< так как

45 нам-1,г 2(2 Н2 Я2)- (7 У). (" гДе Ь„(ц1, Г„,,Ц„ и а2(2, „2,0 )погрешности временной привязки старти стоп-сигналов, зависящие от их ам

se плитуд d, и а> длительностей фРонтов наРастаниЯ iн„ и н2, a также установленньк пороговых уровней О„ и U дискриминаторов

3 и 4.

Для снижения погрешностей Л,, и.4> . в.измеритель временных интервалов дойолнительно введены четыре блока

7-10 временной привязки со следи5 11189 щим порогом, четыре преобразователя

11-14, два инвертора 15 и 16 и два сумматора 17 и 18. Зти узлы обеспечивают формирование в старт- и стопканалах измерителя корректирующих 5 кодов д „ и 02, равных или близких значениям оответствующих погрешностей временной фиксации Л „ и 4г

Окончательный результат измерений

Ъ регйстрируемого временного интервала Т вычисляется при помощи арифметического блока б с учетом полученных поправок по.формуле

То Т„з + е „- о г., (2)

Корректирующие коды .,g (ah<)s старт 15 (стоп)-каналах формируются путем преобразования в цифровой код временного интеРвала ко = Скг - к„ (где к1 — временной интервал, ограниченный выходными сигналами блока

8(9) временной привязки со следящим порогом и дискриминатора 3(4), „ интервал ограниченный выходными сигналами блока 7(10) временной привязки и аналогичного блока 8(9) временной привязки со следящим порогом.

В комбинированном измерителе вре- менных интервалов используется блок

7(8,9, 10) временной привязки со следящим порогом, содержащий пороговый 30 элемент (pHcKpHMHHBTop) аналоговое запоминающее устройство (АЗУ). принцип действия блока временной привязки заключается в том, что по каждому регистрируемому сигналу с помощью выходного напряжения АЗУ, равного КЙ устанавливается индивидуальный уровень срабатывания порогового элемента, что исключает зависимость момента срабатывания последнего от ампли- 40 . туды фиксируемых сигналов (где .Ккоэффициент ослабления выходного напряжения АЗУ). Блок 8(9) временнсй привязки со следящим горогом отличается от аналогичного блока 7(10) тем, 45 что коэффициент ослабления. К в бпоке 8(9) не равен подобному коэффициенту Кг в блоке 7(10), причем К2 > К, Для линейной аппроксимации фронта .нарастания старт(стоп) сигнала

О()= 04 4 4 ., (3)

"н корректирующая поправка, формируемая на выходе сумматора 17(18) имеет зна- чение 55 д - 1(21Ñ

1(г1 где о„ и т . соответственно 1(2) Н1(2! амплйтуда и длительность фронта старт (стоп) -сигнала

L1(". пороговое напряжение. дискриминатора 3(4).

Очевидно, что,если выбрать К =

;=2 К», то о (= д т. е, достигает1(2) 1(21 ся полная компенсация погрешности измерений, обусловленной флуктуациями, амплитуды и длительности фронта нарастания регистрируемых старт-и стопсигналов.

При отклонении формы фронтон вывходных сигналов от линейной, в частности, для экспоненциально нарастающего Чигнала

I ()(Ц=(, "н 1)/, где с о= е-1; корректирующая поправка, формируемая

L в каждом из каналов, имеет вид

„г (и ,„( (О 1(2(1(2.. Н1(г) k о11 Н1(г) (2"о

-ь ДП(К Ь +1) (й и оказывается равной погрешности фиксации а = С en e " e < (ei

1(г) "н1(г) с

1(г) О г

1(2) н1(г»

+ 2" н1(г) 1" н1(г) 1(Ц

Величина погрешности временной привязки Llq(g) вносимая дискриминатором 3(4), для входных сигналов, описываемых выражением (3), имеет вид

U при 2

К2=2К„+К „см

Таким образом, и в случае нелинейной формы фронтов регистрируемых сигналов, имеет место полная компенсация погрешности измерения, вызванная изменениями параметров фиксируе»мых импульсов, т.е.

1(2) 1(2)

Учитывая (1) и (2), получают

0 ист

В условиях эксперимента, когда не всегда удается точно описать аналитически форму регистрируемых сигналов, указанные параметры задают на основе экспериментальных данных.

Таким образом, снижение погрешности временной привязки входных импульсов, повышает точность измерений временных интервалов (более чем в 10 раэ).

1118958

1118958 . Составитель Е. Данилов

Редактор Л. Пчелинская Техред О.Неце Корректор Г.Решетник

Заказ 7449/33 Тираж 407 Подписное

ВНИИПИ Государственного коиитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4