Устройство дискретного измерения временных интервалов

 

»

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 474784

Сс.оз Советских

Со, ÷àëèñòèèåñêèÕ, Ресвуолик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 27.03.73 (21) 1898462/18-10 с присоединением заявки ЛЪ— (32) Приоритет—

Опубликовано 25.00.75. Бюллстень Лс 23 (51) М. Кл. 604111/08

Тосударственный комитет

Совета Министров СССР ио лелем изобретений и открытий (53) УДК 621.317.75:

:621.317.726,,621.317.772 (088.8) Дата опубликования опис".íiiÿ 27.10.75 (72) Авторы изобретения

А. Г. Семенов и А. П. Игнатенков (71) 3 аявитель (54) УСТРОЙСТВО ДИСКРЕТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ

ВРЕМЕННЪ|Х ИНТЕРВАЛОВ

Изобретение отнооится к .измерительной технике .и может оыть нополвзовано для дис,кре»гного измерения временных интервалов в радиопрноорах.

Известны услройсвва дискретного измерения временных и нтервалов, содержащие два рециркулятора для генерации двух последовательноотей импульсов, п ричем;пер1вая iIIoследовательность формируется стартовым импульсом, а вторая — стоповым импульсом.

B качестве элемента, обеспечивающего разность периодов следования егмпульсо в .в двух последовательностях,на выходе одного рециркулятора, используется нониусная личия с величиной задер>кки Лт, равной,величине ди "крета А3, с которым производится измеpeIIÄe временного интервала. Коммутация этой линии задержки,п роиэводится коммутатором на два положения так, что .период следования им пульсов в последовательности, формируемой по стартовому импульсу, определяется суммой задержек общей лиíHiII задержки т и,коммутируемой,,нониусной линии задержки Лт, а период следования, импульсов последовательности, формируемой по стоногому твм пуль су, определяется задержкой только общей линии.

Однако ошибка измерения воз растает с

1лвеличением числа рвцир куля,ций, п редшест вовавщих совпадению стартавого и стопового импульсов, и будет равна числу рециркуляц ий, умноженному .на погрешность,ноииусной линии, задержки, так как за каждую рециркуляц|по ошибка измерения будет возрастать на величину погрешности,нониусной линии задержки 6:

6 =Лт — Ai, где Лт —,величина задержки нониусной линии, At — выбранный днхскрет измерения.

Величина суммарной ошибки Л, допущенной при,из»меженин конкретного интервала времени, равна:

Л=М, 15 где k — число рециркуляций, полученное лри измерении данного интервала времени. Так как в завиеимости от точности,измерения длительности, измеряемого интервала число ре циркуляций может достигать сотен и тысяч, то суммарная ошибка будет значительно превосходить выбранный д и скрет измере,ния.

Цель изоэретення — повысить точность измерения временных интервалов.

25 Сущность изобретения заключается в автсматическо»м определении и компенсации суммарной ошибки, накапливающейся в результате рециркуляции путем измерения,неизвестного интервала времени, его записи и зО сравнения с известным эталонным интерва474784

65 лом време:IH, также записанным, в определении величины и з нака ошибки, допущецно11

lIlðH измерении эталонного интервала, в расп ределениии числа импульсов рециркуляций, полученных при измерении эталонного интер вала, на,искусственно сформ1ированном интервале, :и в,равномерном ipacHpeäeëeHHlr ошпб ки измерения эталонного интервала в вп е coo BBel cl ByrorIrего числа юппульсоз, ь

".1рез :разовании кода числа,рециркуля ций (нолучепного при .измерении неизвестного интервала) Во временной, интервал, в течение

KolT рого Ip Blcrlgege;ICHHbre им пульсы ошибки поступают на компенсацию. При этом число равномерно распределенных импульсов ошибки, с1рихо дящихся,на;длительность полученlHoro вре1менного интервала, ра вно значеншо о шибки, допущенной при,измерении неизве "т:1ого интервала, времени.

На фиг. 1 дана схема предлагаемого устройства lB части измерения временных интервалов; па фиг. 2 — то же в части автоматической .компенсации ошибки.

Измерительная часть устройства содержи г формирователи I и 2 в цопях стартового и столового импульсов соответственно, линии задержки 8 и 4, дополнительную (иониус ну1о) ли нию за держки 5, два коммутатора, содержащих по две управляемые схемы савпадения б, 7 и 8, 9 и управляющему триггеру

10, 11, схему ИЛИ 12, схему сов|падения 18, схему coll. падения конца измерения 14, триггер срыва генерации 15, клеммы 16 — 19 связи с компенсирующим блоком устройства.

Компенсирующая часть устройства .содержит ф о рм ирователь эталон|ного интервала 20, вьиод «конец эталонного интервала»,котоtporo coeaHlHeH через клемму 17 со вторым lBxoдном формирователя 2, à lBbrxoд импульса, определяющего «начало эталонного интервала», соединен с,первым входом схемы ИЛИ 21 и со входом 22 коммутатора 28, сигнальный вход формирователя 20 связан через клемму «f,„» с источ ником эталонных сигналов и с cигнальныл 1входо м форми рователя эталîíHûx последовательностей 24,,Bxog «форми роэание сто.пов ого им|пульса» .соединен с клеммой

«Старт»,!Bxolz команды «начало и конец формирования эталонного .интервала» связа н с .выходом 25 ко)ммутатора 28, выход схе»»;

ИЛИ 21 соединен через клемму 16 с первым входои фо рми ро(вателя 1.

Вход 26 коммутатора 28 через,клемму 18 соединен,с выходом нониусно1й линии задержlHH 5, à lBxoip 27 коммутатора 28 через клемму

19 — с,выходом схемы 14 совпадения конца измерения. Выход 28 коммутатора 28 соединен с первым сигнальным .входом п реобразователя код — время 29, а через один из iBXOров схемы ИЛИ 80 — cî входом суммирования счетчика точного отсчета 81, второй вход схемы 80 соединен .с выходом 82 коммутатора

28. Вход вычитания счетчика 81 подключен к выходу 88 .коммутатора 28, выход 84 котоiporo соединен со входом «начало формирова5

l5

25 зо

60 ния» формирователя 24, п-ервый,выход которого соодинен с сигнальными входами управляемых делителей 35, 86, а второй —: спгналь ными,входами управляемых делителей 37 и 88. Выход 89 коммутатора 23 связан с сигнальными l3ходами счетчика 40 разпостп,и счетчика 41 изме рения эталонного инте|рвала (T,„). Выход определения знака разности счетчика 40 соедине н со входом 42 коммутатора 23.

Единичные выходы разрядов счетчиков 40 и 41 соединены оо входами управления делителей 85 .и 86, выходы которых подключены соответственно,к сигнальным входам счст 1пков 48 и 44, единичные выходы разрядов которых соединены co .входами управления,елителей 87 и 88 соот1ветственно, Выход делив теля 38 соединен со вторым, сигнальным Входом преобразователя 29, выход которого соединен с одним пз входов трпггара 45 разре шения компенсации ошибки.

Выход делителя 87 соединен с импульсным входом схемы И 46, потенциальный, вход которой связан с выходом триггера 45, а выход соединен со входом 47 ком|мутатора 23.

Предл агаемое устройство,р а ботает следующим о о,разо.м.

При поступлен ии впдеоимпульса на клемму

«Старт», что,соответст1вует началу измерения ,неизвестного интервала времени, все узлы уст ройства, авязанные с этой клеммой, устанавливаются в исходное состояние, а в счетчике 40 устанавливается код,;соответствующий точному числу д11скрет Л1, укладывающихся на периоде следо вания лмпулbcoB источника эталонных сигналов (T,„). Одноэре reHHO импульс поступает на вход «формирование стопового импульса» формирователя 20, а через схему ИЛИ 21 и кле гму !6 — на 1первый вход формирователя 1. По этому сигналу на стоповом выходе формирователя 20 появляется 1первый Hxrlrryabc источ ника эталонных ОН;налов (Т,„), следующий за стартовым, Через ,клемму 17 этот импульс в,качестве стопового поступает,на IBTopoA IBxog формирователя 2.

Стартовый им,:1у lbc, временной интервал от которого до стопового требуется измерить, через формирователь 1 поступает на линию задержки 8, и задерживается на величину т,равную или большую максимальной зеличнны пз MelpsIeMoго интер вала. Т ри ггер 10, управля1о щий схемами совпадения б .и 7, перед каждьгм измерением стартовым импульсом устана вливается IB,исходное состояние, IllpH .котором открыта схема б, а это обеспечивает прохожде,ние стартового:импульса на нониусную линию задержки 5, величина задерж1ки которой Лт и далее, через схему 12 на схему 18, находящуюся в о|ткрытом состоянии, так как триггер 15 выдает на нее разрешение для прохождения импульса.

Одновременно,ихтпульс с выхода схемы б поступает на т1р иггер 10, переводя его в состояние, при,котором выдается разрешение:на схему 7. С выхода схемы 18,импульс посту474784 пает на второй вход формирователя 1. Стопо- му импУльсУ вхоД 26 комиУтатоРа 28, на ко" вый им пульс, до которого определяется вре- торый поступают импульсы с линии задержмен ной интервал, поступает через форми ро- ки 5, отключаетсЯ от выхода 28 ком мУтатоРа ватель 2 на линию задержки 4 (величина за- 28, а с;выхода 25 коммутатора импульс посту держки которой (т)1 и с ее выхода посту- пает на вход «начало формирования эталонпает на схемы 8 и 9. Схема 8 открыта, так как ного и нтервала» формирователя 20. По этоТ1р. Нггер 11 переведен стартовым импульоом му сигналу,в формирователе 20 вырабатывает в -ç"..стояние разрешения .для схемы 8. С Bbr ся:па ра импульсов, интервал между которыми хода схемы 8 столовый импульс, задержан ный Ра вен периоду,следования имя льсов T,„. на,величину,:рав ную или большую постоян- "Ри этом первый кмпульс,пары в качестве

10 ной коммутирующих элементов рециркулято- стартового через схему ИЛИ 21 и клемму 1б ра, постулает на третий вход формирователя посту пает на пер вый,вход формирователя 1, 1, затем, пройдя линию задержки 8 поступа одновременно этот )импульс поступает и на ет .на схемы б и 7, причем в открытом со- вход 22 коммутатора 28„при этом вход 2б

cToaHIIH находится схема 7. С выхода схемы через выход 89 коммутатора 28 подключает15

7 через схему 12 импуль с TIOGTyiizeT на откры- ся к сигнальны м входам счетчика 40 н счеттую схему 18, а также на триггер 10 и Heipe- чика 41 измерения эталонного интервала, а водит его .в исходное состояние. C выхода выход с. емы совпадения 14 через вход 27 и схемы 18 импульс поступает на второй вход выход 84 коммутатора 28 соединяется ico вхо20 формирователя 1, так как,стартовый импульс I -Io- II «начало форм11ровавия последовательпоявляется на,выходе схемы 18 раньше сто- «остей» фо р мирователя 24. пового, то на входе формирователя 1 ооа им- Второй импульс пары выполняет функции пульса появятся в той же последователь- стопового, которым определяется граница этаности, но време нной .интервал между ними „. лонного интервала. Зтот I:ìoóëbñ поступает с уменьшится на величину Ьт, paiBHvio величине Heрвого выхода ф "рмирозателя 20, через кле.,iJ задержк)i нониусной линии 5. Этот,irpoqe.. "му -7 — на "-,тороп .вход формирователя 2. Ремногократно IOBTopsxeTicH. В .Результате Оора I)иркуляция импульсов при измерении эталонзуют=я две последовательности импульсов, rre- ного интеРвала (Т„ п роисходит точно так же, риоды которых отличаются на Ат, причем Iie- ., как было описано, и при измерении неиз вестриод следова ния импульсов,в последователь- ного интер вала времени, с той разницей, что ности, образованной стоповым имп льсом, запись числа рецпркуляций производится в ме ньше. счетчики 40 и 41.

C,схемь1 18 последовательности и - В начале измерения неизвестного интер пульсов поступают на вход схемы 14 конца измерения, а также,на первый iBqog формиро- 40 был Установлен код числа рец: ркул циЙ вателя 2 и после задержки на линии 4 iriocTy- который был бы получен чрп безошибочном чают на схемы 8 и 9. В открытом состоянии измерен:rH < . дискрстнь".м о,oc "- Ом Te -rpapb находит, я схема 9, так,как триггер 11 вы- при постУплении импульсов с .выхода линии да=T разрешение на прохождение импульсов. 40 задержки 5 в счетчик 40 в нем образуется РазС выхода схемы 9 имп льсы iirocTy-iaroT на ность между точным зпачен;.ем числа РеппРсхему 14 В схеме 14 в определенном периоде кулЯцпи, записанным Ранее, и числом Рецирку рсц;1рч 1яции п оиоходит совпа дение импуль лЯции лолученным пр11 IIBXIOPciй:IH Т 3r и юднО ,II0c-IeQoBBTe1I ностей об@азованных временно 0 Ределяется Знак полученной фразсТаотовым и GTOIIOBbIVI H MIivdIblCBM Цисло им 45 ности. В счегч11ке 41 за-и ь;вается код чи:ла пульсов на выходе линни задержки 5 соответ- Рецпрку "ЯII- III,,I)олучснного - Рп змеренпи стзует числу дискрет, укладывающихся и а He Тзт. Величина разности, з ап пса 1п (ОН В счетчипзвестном измеряемом интервале, времени. Ие 40, представляет собой ошибку, допущенВ :п)мент,совпадения импульсов в схеме 14 ную при измерени)1 эталонного интервала. формируется импульс переброса триггера 15 в 50 После совпадения рецпркулирующих (этасостояние, запрещающее прохождение импуль- лонных) cTapTotBOTO;I столового пмс1ульсов в сов через схему 18, в результате;рециркуля- схеме 14 с ее выхода чсрез клемму 19 Н1 ция срывается. вход 27 ком мут",òopà 28 поступает импуль:, Стартовые импульсы, появляющиеся л ри соответспвующий окончанию измерения, пр i

pQ1I: pêóëÿö;IH на выходе лвнии задержки 5, 55 этом сигнальные входы счетчиков 40 н 41 Отчерез клемму 18,поступают на вход 2б комму ключаются от выхода линии задержки 5, однстатора 28 и с его выхода 28 — на первый сиг- временно черсз выход 84 комлутато ра 28 на нальяый:вход преобразователя 29, а через вход «началр формирования, последовательсхему ИЛИ 80 — на суммирующий, вход счет- новтей» формирователя 24,подается импульс, чика 81, где записывается число,рециркуля- 50 Iro которому формирователь 24 вырабатывает ций, соответствующее измеряемому интерва- )две одинаковые последовательности импульлу .времени. сов, следующие одна за другой. Обе последоС выхода схемы 14 через, клемму 18 им- вательности формируются из импульсов этаII 1bc, характеризующий KQH811 измерения, 110- JIQHHQH часTGTbI,„н снимаются e pBBIIbi)I Bbl ступает на вход 27 коммутатора 28. По это- 65 ходов формирователя 24. Число им пульсов In

474784 в FIo ".ëeäoiâà Tåëbíocòi!,1:IB,ê oíêðåòíoãо значеНИЯ Т,г ДОЛЖНО УДОВЛЕтВОРЯтЬ УСЛОВ:!IO

m)"чин где Лт, „„— минимально возможное значение за; с-икки до .!n;,нительной линии 5 с учетом тсхн3логгнческсго разброса, сгарения и темпеpàr óðíoé H0стабилbíостп. 1 акой .выбор числа m обусловлен необходигмостью обеспечения заданной точности пзиерсння иа всеьм дна назоне,возможных изме-!

H0ний от минимума дo максимума величины задержкеи Лт нониусной линии 5.

Первая последовательность с первого выхода формирователя 24 поступает на входы предварптельныэх управляемых делителей 85

H 36.

KoýôôHöèåHT деления предварительного делителя 85 определяется кодом разности (ошибка измерения эталонного интервала), вали санным .в счетчике 40. В процессе деления определяется число интервалс1в последовател! ности, соответствующее единице ошибки, и результат измерения в виде частного записывания,в счетчик 43. Коэффи циент деления предварительного делителя 86 о пределяется ко сом числа рециркуляций,,записанных в счетчике 41 п р и измерении эталонного интервала времени. Результат деления в виде частного записывается,в счетчик 44, после чего .со второго .выхода формиро вателя 24 .на входы основ ных у-равляемых делителей 87,и 88:выдается вторая последовательность импульсов.

Коэффициент деления делителя 87 определяется кодом часпного, записанного 3 счетчике 48, а коэффициент деления делителя 88 определяется ко дом частного, записанного в счетчике 44.

В результате деления второй последовательности, с выхода делителя 88,на .второй сигнальный .вход, преобразователя код — .время 29 будут поступать импульсы, равномерно распределенные на интервале, ра вном длитель ности последовательности (T ), где T === тТэ„, причем число им пульсов равно числу рециркуляции, полученному при измерении Т,„.

Одновременно с выхода делителя 87 на импульсный вход схемы И 46 будут поступать импульсы, равномерно ра определенные на интервале, ра вном длительности последовательности, IIIðèiHåì число этих импульсов будет ооответство1вать ошибке, допущенной при иземерен ии эталонного интервала. Таким образом, .в процессе произведенных ослераций,результат измерения эталонного интервала и допущенная при его "..змерениии ошибка равномерно распределяются на одинаковых интер валах в виде соответствующих чисел .импульсо1в. Импульсы ошибки с выхода, делителя 87 через открытую схему И 46 поступают к а вход 47,коммутатора 28. Число импульсов, поступивших на этот вход, коммутатора, зависит от времени, в течение которого схема

И 46 находится,в открытом состоянии. В свою очередь это время определяется кодом числа, записанного в преобразователе 29,.и периодом следовачия импульсов, поступающих на преобразователь с делителя 38.

Прн поступлении с делителя 88 на преобразоlватель 29 числа импульсов, равного числу рециркуляций, записанных !В преобразователе

)0 г.ри измерении,неизвестного интервала времени, с преобразователя 29 на один из выходов триггера 45 поступает импульс, по которому триггер 45 выдает .запрет на схему И 46 и тем самым прекращает выдачу импульсов ошибки

15 на вход 47 коммутатора 28.

Выделенное число импульсов соответствует ошибке, долущенной при измерении неизвестного интервала времени. В зависиемости от знака ошибки, определенного в счетчике 40, 20 импульсы будут поступать через коммутатор

28 либо .на .вход суммирования, либо на вход вычитания счетчика 81, компенсируя тем самым ошибку, допущенную при измерении неиз вестного;временного интервала. Аналитическое

25 доказательство .подтверждает, что величина скомпенспро ванной ошибки равна, величине ошибки, допущенной при измеренсии врееменнопо интервала.

Л=й„,и (Лт — Л1), где N„,, — число рециркуляцпй, полученное

iIgH измерении неизвестного интервала

Л = рЛ1, 35 где Л вЂ” ошибка, подлежащая компенсации, р — число им пульсов ксмпенсации, по ступивших на счетчик 31.

Т„

О=—

Ti i где T, — пе риод повторения,импульсов на

45 выходе делителя 87, T„ — длительность временного промежутка определяемого кодом, соответст вующим неизвестному измеренному интервалу, за писанному в

50 преобразователь 29.

Ти — — Nре„T2, где T, — период повторения импульсов на выходе о сновного делителя 38.

Тэг

Т,= изб тТэг

Т, Л ист 1 1изи

60 где N„,„— число рециркуляций, получившееся при измерении эталонного интервала.

474784

10 где Рис„— число реци!ркуляций !при идеальной иониусной линии 5 (т, е. Лт=М)

Тогда число импульсов, неооходимое для ,компе!.сап

> й! и,и n: Ò»„тТ,„ и.т изи ист ll3и

1О

Откуда величина скомпенсированной ошибки равна Ь-.— Ы вЂ” Р— - > рси 4t — рси () т. е. Л=Л .

Таким образом, иака пл111вающаяся ошибка скомр!енсирсвана, и точность измерения теперь определяет:я лишь величиной .Bыоранного дискрета М и точностью эталонного интервала.

Предмет илзобретения

Устройство дискретного измерения Времен ных .интервалов, содержащее кох!х!утато!ры, Ос,новные и,нониусную линии задержки, формирователи импульсов, триггеры, схемы ИЛИ, схемы !совпадений, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения времен,ных и!нтервалов, оно снабжено устройством автоматической компенсации ошибки измере-! ния, содержащим распределитель импульсов реци!ркуляций, включающий !в себя счетчики частного и измерения эталонного интервала, предварительный и основной управляемые делители, раопределитель импульсов ошибки, включающий в себя счетчики разности и частного, предварительный и основной управляе- 40 мые делители, !преобразователь код — время, тригге!р и схему И разрешения комспенсации ошибки, счетчик точного отсчета, коммутатор, форми!рователь эталонных, последователь.ностей, схемы ИЛИ и форм41рователь эталон- 45 ного интервала, при этом сигнальные входы предварительных управляемых делителей объединены и подключены к первому, выходу формирователя эталонных госледовательностей, а управляемые входы эт:1х делителей соеди 50 иены с .выходаими счетчика измерения эталонного, интервала B ра определителе импульсов рециркуляции и с,выходами счетчика .разности в !раапределителе ошиб ки соответственно, сигнальные:входы этих счетчиков объединены и че рез коммутатор связаны с выходом нонпусной линии задержки, сигнальные входы основных упра вляемых делителей объединены и подключены ко второму выходу форм: рователя эталонных последовательностей, входы управления осно вных делителей соединены с,выходами соотвепствующего счетчика частного, сигнальный, вход каждото из которых <подключен к выходу .предварительного управляемого делителя в своем распределителе. зыход основного управляемого делителя !в распределителе импульсов рециркуляций, связан со вторым сигнальным входом, преобразователя код — в!ремя, !первый сигнальный,вход которого через коммутатор подключен к выходу нониусной линии задержки, а выход связан со входом триггера разрешения компенсации ошибки, выход основного управляемого делителя .в расспределителе импульсов ошибки, соединен с импульсным входом схемы И разрешения компенсации ошибки, выход схемы It, через,коммутатор в за висимости от знака ошибки, определяемого счетчиком разности в распределителе импульсов ошибки, связан:с одним из входов счетчика точного отсчета, вход суммирова!ния кото рого через схему ИЛИ и коммутатор связан с выходом нониусной линни задержки,,сигнальный вход формирователя эталонных последовательностей соедп1нен с пс точников эта Io нных сигналов, а вход «начало форх!иро!Вания» через коммутатор связан с выходом схемы сс."впадения, конца измерения, сигнальный .вxîд формирователя эталонного

ИНтЕРВаЛа !ПОДКЛ1ос!ЕН К ИСТОЧНИКУ ЭтаЛОННЫХ импхппьсов вход «формирование столового им Iy:15=a» присоединен к 1 лех! ме «Старт>>, а Вход

«начало,и конец эталонного,интерва 73» через коммутатор связан с выходом схемы совпадения конца измерения и с выходох! «нача lо эталонного интервала», .который через сихему

ИЛИ ОВязан также,c пе,31вых! Входом формирователя,стартового импульса, .выход «конец

ЭтаЛОННОГО ИНтЕРВаЛа» ПОДКЛЮ<1ЕН КО ВТОРОМУ

ВХОДУ фОРМИРОВатЕЛЯ СтОПОВОГО ИмиПУЛЬСа.

474784

11

L

) Фиг 1

Составитель Б. Копании

Тех ред Л. Казачкова

Корректор В. Гутман

Редактор О. Стенина

Заказ 935/1367 Изд. ¹821 Тираж 529 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Я-35, Раугпская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»