Измеритель коротких временных интервалов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах. Целью изобретения является повышение точности измерения путем определения момента совпадения разностно-периодным квантом. Цель достигается введением в измеритель коротких временных интервалов генератора 1 опорной частоты, триггеров 4, 13, 16, 51 и 52, формирователей 9 и 10 импульсов начала огибающей пакета импульсов, формирователей 11 и 12 импульсов конца огибающей пакета импульсов, счетных триггеров 17 и 18, элементов И 21 - 24, 26 - 29, 53 - 54, счетчиков 34, 37 - 40, 55 и 56, регистров 41 - 44, группы элементов И 32 и 33, формирователей 19 и 20 импульсов задних фронтов, элементов 45, 46 и 49 задержек, шин "Старт" и "Стоп". Измеритель содержит также генераторы 2, 3 ударного возбуждения, элементы И 5, 6 и 26, формирователи 7, 8 огибающих пакетов импульсов, триггеры 14, 15, элементы 47, 48 и 50, счетчики 35, 36, группы элементов И 30 и 31. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 С 04 Р 10/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2!) 4364627/24»21

{22) 13,01.88 (46) 15,03.90. Бюл, Y.- 10 (71) Харьковский автомобильно-дорожный институт им. Комсомола Украины (72) О,И.Антонова и В,Е.Тырса (53) 681.3(088.8) (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ КОРОТКИХ ВРЕМЕННЫХ

ИНТЕРВАЛОВ {57) Изобретение .относится к измерительной технике и может быть исполь.зовано в информационно-измерительных системах, Целью изобретения является повьНение точности измерения путем определения момента совпадения разностно-периодным квантом. Цель достига- " ,ется введением в измеритель коротких временных интервалов генератора, „.,SU„„1550472 А 1

1 опорной частоты, триггеров 4 ° 13, 16, 51 и 52, формирователей 9 и 10 импульсов начала огибащей пакета. импульсов, формирователей 11 и 12 им-, пульсов конца огибающей пакета импульсов, счетных триггеров 17 и !8 ° элементов И ? 1-24, 26-29, 53-54, счетчиков 34, 37-40 ° 55 и 56 ° регистров

41-44, группы элементов И 32 и 33,, формирователей 19 и 20 импульсов задних фронтов, элементов 45, 46 и 49 за. держек, шин "Старт" и "Стоп". Измери- тель содержит также генераторы 2, 3 ударного возбуждения, элементы И 5, 1

6 и 26, формирователи 7, 8 огибающих пакетов импульсов» триггеры 14» 15» ф элементы 47, 48 и 50, счетчики 35., 36 группы элементов И 30 и 31, 2 ил.

1550472

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого измерителя, на фиг.2 — временная диаграмма его работы.

Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, генераторы 2 и 3 ударного возбуждения, триггер 4, элементы И 5 .и 6, Фбрмирователи 7 и 8 15 огибающих пакета импульсов, формирователи 9 и 10 импульсов начала оги.

; бающих пакетов импульсов, формирователи 11 и 12 импульсов, конца оги, бающих пакетов импульсов, триггеры 20

13-16 триггеры 17 и 18 со счетным входом, формирователи 19 и 20 задних, Фронтов импульсов„ элементы И 21-29 группы элементов И 30-33, счетчики

34-40 импульсов, регистры 41-44, 25 элементы 45-50 задержки,.„51

"и 52„ элементы И 53 и 54р счетчикрр

55 и 56 импульсов.

Генератор 1 опорной частоты соеди нен с вторыми вХодами элементов И 5, 6 и 25, выход последнего из которых подключен к счетному входу счетчика

39, а первый вход соединен с прямым выходом триггера 4, нулевой и единичный входы которого подключены соответ-35 ственно к шине Стоп и Старт".

Шина Старт" соединена с единичными входами триггеров 13, 51 и с входом генератора 2 ударного возбужденияр выхОД котОРОГО пОДключен к пеР 40 вым входам элементов И 5, 21, 26 и

53 и к второму входу элемента И 22.

Счетный вход счетчика 55 соединен с выходом элемента И 53, второй вход которого подключен к прямому выходу 45 триггера 51, нулевой вход которого соединен с единичным входом триггера 14 и с выходом формирователя 9 импульсов начала огибающей пакета им" пульсов, вход которого подключен к входу формирователя 11 и через формирователь 7 огибающей пакета импульсов к выходу элемента И 5.

Выход Формирователя Il импульсов конца огибающей пакета импульсов соединен с нулевыми входами триггеров

13 и 14, с входом элемента 47 задержки и со счетным входом триггера 17, прямой выход которого подключен к второму входу элемента И 2Ь, выход которого соединен со счетным входом счетчика 40, вход обнуления которого через формирователь 19 заднего фронта импульса подключен к выходу элемента

45 задержки, вход которого соединен с прямым выходом счетного триггера 17.

Выход элемента 45 задержки соединен с объединенными первыми входами группы элементов И 32, вторые входы которых подключены к соответствующим информационным выходам счетчика 40, а выходы группы элементов И 32 соединены с информационными входами регистра .44, Прямой выход триггера 13 соединен с вторым входом элемента И 21, выход которого подключен к второму входу элемента И 28, выход которого соединен со 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 к информационным входам регистра 41, а вторые входы объединены и соединены с выходом элемента 47 задержки и через элемент 49 задержки подключены к входу обнуления счетчика 35.

Вход генератора 3 ударного возбуждения соединен с шиной "Стоп", а выход подключен к первым входам элемен-, тов И 6, ?4 и 27, причем выход элемента И 6 через формирователь 8 огибающей пакета импульсов соединен с входами формирователя 12 импульсов конца огибающей пакета импульсов и

Формирователя 10 импульсов начала огибающей пакета импульсов, выход которого подключен к единичному входу триг-. гера !5 и нулевым входам триггера 52, единичный вход которого соединен с единичным входом триггера 16, а нулевой вход подключен к счетному входу триггера 18, к выходу формирователя

12 .импульсов конца огибающей пакета импульсов и к нулевому входу триггера 15, прямой выход которого соединен с первым входом элемента И 23, второй вход которого подключен к первому входу элемента И 24 и второму входу элемента И 54, а выход элемента И 23 подключен к первому входу элемента

И 29 и счетному входу счетчика 36.

Информационные выходы счетчика 36 соединены с первыми входами соответ5 155047 ствующих элементов группы элементов

И 31, выходы которых подключены. к соответствующим входам регистра 42, а . вторые входы объединены и через элемент 50 задержки соединены с входом обнуления счетчика 36, а через элемент 48 задержки подключены к нулевому входу триггера 15, Прямой выход триггера 16 срединен с вторым входом элемента И 24,-выход которОго подключен к второму входу элемента И 29, выход которого соеди-. нен со счетным входом счетчика 37.

Прямой выход триггера 52 соединен с первым входом элемента И 54, выход которого подключен к счетному входу счетчика 56, Прямой выход счетного триггера 18 соединен с вторым входом элемента 20

И 27, выход которого подключен к счетному входу счетчика 38, а вход обнуления соединен с выходом формирователя 20 заднего фронта импульса, вход которого через элемент 46 задержки 25 подключен к прямому выходу триггера

18 и к объединенным вторым входам элементов 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 с первым входом элемента И 22.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии триггеры 4, 13-18, 51 и 52 установлены в нулевое состояние, счетчики 34-40, 55 и 56 и регистры 41-44 обнулены, Запуск гене- 4р раторов 2 и .3 ударного возбуждения осуществляется импульсами "Старт" и

"Стоп 1 соответственно.

Генератор 1 опорной частоты работает в непрерывном режиме (фиг.2в) ° 45

При поступлении импульса "Старт1 (фиг.2) запускается генератор 2 ударного возбуждения (фиг,2а) импульсы с выхода которого поступают на первые входы элементов И 5, 21, 22, 26 и 53. 50

При совпадении импульсов с выходов генератора 1 опорной частоты и генератора 2 ударного возбуждения на выходе элемента И 5 (фиг.2б) формируются выходные импульсы, которые поступают на вход формирователя 7 огибающей пакета импульсов в стартовом канале, с выхода которого импульс огибающей подается на входы формиро2 6 вателя 9 импульса начала огибающей пакета импульсов и формирователя 11 импульса конца огибающей пакета импульсов.

Импульс, соответствующий началу пакета импульсов, с выхода формирователя 9 поступает на единичный вход триггера 14, переключая его в единичное состояние, и обнуляет триггер

51, запирая элемент И 53 °

Единичным уровнем сигнала с выхода триггера 14 отпирается элемент И 22, разрешая прохождение импульсов с выхода генератора 2 ударного возбуждения на счетный вход счетчика 35 и на первый вход элемента И 28. По импульсу "Старт" в единичное состояние переключается 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.

По окончанию совпадения импульсов на входах элемента И 5 на выходе формирователя-7 формируется задний фронт импульса огибающей пакета, в результате чего на выходе формирователя 11 появляется импульс конца огибающей пакета импульсов.

По этому импульсу триггер 13 переключается в нулевое состояние, запирает элемент И 21 и прекращает счет импульсов счетчиком 34. При этом в счетчике 34 оказывается, подсчитанным число импульсов N> генератора 2 ударного возбуждения, эквивалентное дли- . тельности первого пакета импульсов совпадения в стартовом канале, 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.

1550472

Импульсом конца огибающей пакета импульсов в стартовом канале, формируемым на выходе формирователя 11 с задержкой в элементе 47 задержки осув 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 осу1,ществляется обнуление счетчика 35.

Кроме того, по импульсу конца оги-. бающей пакета импульсов в стартовом канале в единичное состояние переклю- 15 .чается триггер 17 отпирая элемент

И 26 для поступления импульсов с вьгхо, да генератора 2 ударного возбуждения на счетный вход счетчика 40.

Таким образом за время с момента 20 поступления импульса "Старт" до момента формирования импульса конца первой огибающей пакета импульсов в счетчике 34 оказывается записанным число импульсов N, эквивалентное длитель- 25 ности первого пакета совпадения в стартовом канале, а в счетчике 55 подсчитано число М „, эквивалентное временному интервалу с момента поступления импульса "Старт" до момента начала30 формирования огибающей пакета совпа-,дения импульсов.

В результате формирования второго пакета импульсов совпадения в счетчике

35 с последующей перезаписью в регистр 5

4 1 фиксируется число импульсов N g, эквивалентное длительности огибающей второго пакета совпадения импульсов в стартовом канале, Так как триггер 17 переключается 40 по импульсам конца пакета огибающей импульсов совпадения, то в счетчике

40 с последующей перезаписью в регистр 44 будет зафиксировано число импульсов Б,, эквивалентное длитель- 45 ности интервала между концами двух соседних пакетов импульсов совпадения, Запись информации с выхода счетчика

40 в регистр 44 осуществляется по импульсу с вьгхода счетчика 17, по зад- 5О нему фронту которого формирователем

19 формируется импульс обнуления счетчика 40, При поступлении импульса "Стоп!1 (фиг,2) запускается генератор 3 ударного возбуждения (фиг.2г), переключается в нулевое состояние триггер 4 и устанавливаются в единичное состояние триггеры 16 и 52.

При этом в счетчике 39 оказывается записанным целое число периодов N< (фиг,2в) генератора 1 опорной частоты, уложившихся во временный интервал между "Старт и "Стоп" импульсами, Переключение триггера 52 в единичное состояние отпирает элемент И 54 для прохождения импульсов с выхода генератора 3 ударного возбуждения на вход счетчика 56.

Переключение триггера 16 отпирает элемент И 24 для поступления импульсов генератора 3 ударного возбуждения на 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 и импульсов генератора 1 опорной частоты. Формирователь 8 формирует импульс огибающей пакета импульсов, а формирователи 10 и 12 формируют соответственно импульсы начала и конца огибающей пакета совпадения импульсов, По импульсу начала огибающей паке " та импульсов, формируемому на выходе формирователя 10, триггер 52 переключается в нулевое состояние и в счетчике 56 оказывается зафиксированным число импульсов N генератора

1 ударного возбуждения, эквивалентное длительности интервала между импульtt tl сом Стоп и импульсом начала огибающей пакета совпадения (фиг,2г).

По импульсу начала огибающей пакета совпадения в единичное состояние переключается так же триггер 15, отпирающий элемент И 23 для поступления импульсов генератора 3 ударного возбуждения на вход счетчика 36 и первый вход элемента И 29.

По импульсу конца огибающей пакета совпадений, формируемому на выходе формирователя 12, в нулевое состояние переключаются триггеры 15 и .16, а триггер 18 устанавливается в единичное состояние.

При этом в счетчике 37 и регистре

42 оказывается зафиксированным число импульсов N, эквивалентное 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 Nz, эквивалентное длительности .

1550472 20 ральному импульсу совпадения, Для этого величины и, и и определяют из зависимости огибающей второго пакета совпадения импульсов в стоповом канале.

В счетчике 38 фиксируется число импульсов N „ эквивалентное временному интервалу, ограниченному импуль5 сами концов первого и второго пакетов совпадений в стоповом канале.

По импульсу с выхода триггера 18 информация с выхода счетчика 38 пере" писывается в регистр 43, а импульсом, сформированным формирователем 20-по заднему фронту импульса с выхода три| гера 18 обнуляется счетчик 38.

По импульсу, формируемому на выходе формирователя 20, заканчивается цикл и формирование результата измерения временного интервала между им" пульсами Старт" и "CTon".

Длительность измеряемого временно- 20 го интервала определяется зависимостью

И +"1+ ° где t „25 ляемый целым числом импуль— сов генератора опорной час— тоты, укладывающимися в из— меряемый интервал;

t, t — временные интервалы, изме- 30 ряемые в стартовом и стопо

soM каналах.

При этом величины t „ и t определяются как

t, nÄ(T,-Т ), 35

Nji

П 0%3 принимает отрицательное значение, что указывает на то, что стартовый импульс опережает один из импульсов потока и — отрицательно.

При этом величины t| и t < определяются в результате наблюдения потоков импульсов совпадения в стартовом и стоповом каналах до появления новых пакетов совпадений.

Тогда иэ зависимостей пр (Т О Т )э

no по tx

Np, To i Npe To где n, — число импульсов до середины пакета совпадения импульсов в стартовом канале; 40

Т, — лериод следования импульсов генеоатора 2 ударного возбуждения;

Т р. — период следования импульсов генератора 1 опорной час- 45 тоты, причем Т„) Т „ где и Π— число импульсов до середины пакета совпадения импульсов в стоповом канале

Т вЂ” период следования импульсов генератора 3 ударного возбуждения„причем Тр > Т, р

Так как длительность импульса паке-, та совпадения эквивалентна импульсу одиночного совпадения, то отсчет момента совпадения осуществляют по цент- (2 1 п/2 + N>s

no = 1 2,-2,/2 + N, где И 1 N g количество импульсов в первом и втором пакетах совпадений в стартовом канале (фиг,26)

Н,, N — количество импульсов в первом и втором пакетах совпадений в стоповом канале (фиг,2д);

N, — количество импульсов, подсчитанное эа временный интервал от стартового импульса до импульса начала пакета совнадения;

N — количество импульсов, подсчитанное за временной интервал от стопового импульса до импульса начала пакета совпадения.

N1f N 12

В случае, когда N,=-2-- и И,= — —— при N =0 и N =Î величины t, и г. < рав% ны нулю и результат измерения определяется результатом подсчета счетчиком 39, т.е. величиной tö.

При измерении возможны также фазовые соотношения потоков импульсов в стартовом и cTonoBON каналах, при которых (фиг,2б,в) пакет совпадений полностью не реализуется, но и число импульсов в реалиэовавшейся чаути пакета, не равно. N, /2 щти N /2.

Для импульса 1 на фиг.2

Nil а для импульса 8 N,ö а - 2 и 1S5047 определяют значения

С1 п Т /Нр и t n oa To/Яр i где Н,,N - количество импульсов, 5 соответствующее периодам разностных частот в стартовом и стоповом ка" напах, Таким образом, благодаря организации пакетов импульсов совпадений точность измерения временных отрезков t„ и tq определяется не длительностью импульсов, действующих в процессе совпадения, а разностно-периодным квантом аТ, что позволяет повысить точ- ( ность измерения, Формула изобретения

Измеритель коротких временных интервалов, содержащий два генератора ударного возбуждения, три элемента И, два формирователя огибающей пакета ямпульсов, два триггера, два счетчи- 25 ка, три элемента задержки, две группы .элементов И, причем выходы перво о и второго генераторов ударного возбуждения соединены с первыми входами соответственно первого и второго З(}

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 выходом

Первого элемента задержки, а вторые выходы. второй группы элементов И объеДинены между собой и соединены с выхо

Дом второго элемента задержки, о т — 4p

Л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в йего дополнительно введены пять RSz риггеров, два триггера со счетным входом, два формирователя импульсов

Начала огибающей пакета импульсов, два 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

2 12 входами четвертого и пятого триггеров, с шиной 1 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 входу первого 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 "О" 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, первый вход 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 триггера

5 и входу второго генератора ударного возбуждения, а прямой выход шестого триггера соединен с первым входом девятого элемента И, выход которого под-10 ключен 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- 25 сов, выход которого подключен к нуле вому входу седьмого триггера, счет" ному входу второго счетного триггера, входу второго элемента задержки и ну левому входу второго триггера, пря- 30 мой выход которого соединен с первым входом десятого элемента И, второй ,вход которого подключен к первым вхоI дам одиннадцатого и двенадцатого

14 элементов 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 фив. 2

Составитель Ю,Шишкин

Редактор Ю.Середа Техред Л.0лийнйк, Корректор М.Самборская

Закаэ 271 Тираж 350 Подписное

Ф

ЯНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и .открытиям при ГКНТ СССР

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

1 производственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101