Двухшкальный нониусный способ измерения временных интервалов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения временных интервалов. Устройство для двухшкального нониусного способа измерения временных интервалов содержит генератор 1 образцовой частоты, формирователь 2 входных сигналов, формирователи нониусной шкалы 3, 4, 6, , схемы измерения 5, 7, 8, вычислительное устройство 9. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электронному приборостроению и может быть использовано в современной технике: радиолокации, измерителях временных интервалов, фазометрах, частотомерах, цифровых вольтметрах и т.д.

Известен верньерный способ измерения временных интервалов с помощью временной шкалы, формируемой из частоты образцового кварцевого генератора и двух временных нониусных шкал, формируемых верньерными генераторами ударного возбуждения. Запуск верньерных генераторов ударного возбуждения осуществляется с помощью входных сигналов, между которыми измеряется временной интервал Тх. Период выходных импульсов генератора образцовой частоты То отличается от периодов выходных импульсов верньерных генераторов на относительно малую величину: Тнвно (1), Тквко (2), где Твн период выходных импульсов верньерного генератора начала измерения Тх; Твк период выходных импульсов верньерного генератора конца измерения Тх.

Измеряемый временной интервал Тх разбивается на три временных отрезка: отрезок t от первого входного стартового сигнала до следующего за ним импульса генератора образцовой частоты длительностью o; отрезок Тхо от данного первого импульса генератора образцовой частоты o до последнего импульса генератора образцовой частоты o, после которого следует второй входной столовый сигнал; отрезок t от последнего импульса генератора образцовой частоты o до второго входного столового сигнала [1] В известном способе измерения временных интервалов временной отрезок Тхо определяется методом прямого счета импульсов генератора образцовой частоты с периодом То и умножения полученного числа No на период колебаний То. Временные отрезки t и t определяются верньерным методом путем подсчета чисел импульсов nвн и nвк верньерных генераторов до их совпадения во временных с импульсами генератора образцовой частоты и умножения полученных чисел на величины Тх и Тк. Измеряемый интервал определяется по формуле: Тх=tхн + Тхо + tnвн Тн + NoTo + + nвк Тк. (3) Точность измерения временных интервалов верньерного способа ограничивается временной и температурной нестабильностью частот верньерных генераторов разных знаков.

Цель изобретения повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в двухшкальном нониусном способе измерения временных интервалов стартовым импульсом запускают верньерный генератор начала счета измеряемого временного интервала и одновременно считают импульсы временной шкалы основного счета o, а также подсчитывают импульсы верньерной шкалы начала счета вн до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом шкалы основного счета o, стопорным импульсом запускают верньерный генератор конца счета измеряемого временного интервала и производят подсчет импульсов верньерной шкалы конца счета вк до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом шкалы основного счета o. До прихода стартового импульса формируют постоянную нониусную шкалу из частоты образцового кварцевого генератора, период следования импульсов которой Тн отличается от периода следования импульсов основной шкалы счета То на определенную малую величину Т в ту или другую сторону и считают импульсы основной шкалы счета с момента совпадения во времени импульса этой шкалы до первого импульса после прихода стартового импульса или до следующего совпадения. После запуска верньерного генератора начала счета считают импульсы шкалы основного счета, начиная со второго после стартового импульса и до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом верньерной шкалы начала счета вн, а также считают импульсы постоянной нониусной шкалы н, начиная c соответствующего началу отсчета импульсов по основной шкале счета и до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом верньерной шкалы начала счета. Далее считают импульсы верньерной шкалы начала счета до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом постоянной нониусной шкалы, после этого считают импульсы основной шкалы счета o с момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом постоянной нониусной шкалы н до первого импульса после прихода стопового импульса или до следующего совпадения. После запуска верньерного генератора конца счета считают импульсы шкалы основного счета o, начиная со второго после стопового импульса и до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом верньерной шкалы конца счета ок. Далее считают импульсы постоянной нониусной шкалы н, начиная с соответствующего началу отсчета импульсов по основной шкале счета после стопового импульса и до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом верньерной шкалы конца счета вк, а также считают импульсы верньерной шкалы конца счета вк, до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом постоянной нониусной шкалы н, а после чего рассчитывают длительность временного интервала Тх по формуле.

Предлагаемый двухшкальный нониусный способ измерения временных интервалов отличается от прототипа тем, что формируют постоянную нониусную шкалу из частоты образцового кварцевого генератора, период следования импульсов которого Тн отличается от периода следования импульсов основной шкалы счета То на определенную, как угодно малую величину Т, и считают импульсы основной шкалы счета o с момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом постоянной нониусной шкалы н до момента импульса после прихода стартового импульса. После запуска верньерного генератора начала счета считают импульсы шкалы основного счета o, начиная со второго после стартового импульса, а также считают импульсы постоянной нониусной шкалы н. Далее считают импульсы верньерной шкалы начала счета вн, после этого считают импульсы основной шкалы счета с момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом нониусной шкалы до первого импульса после прихода стопового импульса, после запуска верньерного генератора конца счета считают импульсы шкалы основного счета o, начиная со второго после стопового импульса, далее считают импульсы постоянной нониусной шкалы н, а также считают импульсы верньерной шкалы конца счета вк.

На фиг.1 представлены временные диаграммы измерения временного интервала для случая То<Т<SUB>но>Тн> Тв; на фиг.3 блок-схема устройства, реализующего предла- гаемый способ измерения временного интервала; Устройство содержит генератор 1 образцовой частоты То для формирования шкалы основного счета с периодом следования импульсов Тодля формирования постоянной нониусной шкалы с периодом следования импульсов Тн и для обеспечения работы схем измерения tхн и tхк, формирователь 2 входных сигналов Тхн стартовый импульс и Тхк стоповый импульс, между которыми измеряется временной интервал Тх,формирователь 3 нониусной шкалы с периодом следования импульсов Тн, формирователь 4 нониусной шкалы Твн, схему 5 измерения tхн для измерения временного отрезка tхн, формирователь 6 нониусной шкалы Твк, схему 7 измерения tхк для измерения временного отрезка tхк и схему измерения 8 и вычислительное устройство 9.

Способ измерения временного интервала реализуется следующим образом.

Для измерения временного отрезка tхн подсчитывается число импульсов nн шкалы основного счета от момента последнего совпадения импульсов этой шкалы длительностью o и импульса постоянной нониусной шкалы длительностью н перед стартовым импульсом Тхн до первого импульса oпосле стартового импульса (фиг. 1б), подсчитывается число импульсов Nоншкалы основного счета, начиная со второго после стартового импульса и до момента совпадения импульса шкалы основного счета и импульса верньерной шкалы вн (фиг. 1б), подсчитывается число импульсов nон верньерной шкалы вн (фиг.1г), подсчитывается число импульсов Nнн нониусной шкалы, начиная со второго после стартового импульса и до момента совпадения импульса постоянной нониусной н и верньерной вн шкал (фиг.1в), подсчитывается число импульсов Nнн верньерной шкалы (фиг.1г).

По временной диаграмме на фиг.1 можно составить систему уравнений: (4), где tвн сдвиг во времени начала верньерной шкалы и начала отсчета числа импульсов Nнн по нониусной шкале;
tнн сдвиг во времени начала отсчета числа импульсов Nнн по нониусной шкале и начала отсчета числа импульсов Nон по основной шкале.

Решая систему уравнений (4) получим:
tхн (5)
Работа схемы измерения tхн устройства (фиг.3). На вход схемы постоянно поступают импульсы o и н, с момента их совпадения во времени счетчиком схемы начинается подсчет импульсов o, с поступлением с формирователя входных сигналов стартового импульса Тхн счет импульсов o прекращается и в счетчике фиксируется число nн. Одновременно стоповый импульс Тхн запускает верньерный генератор формирователя нониусной шкалы Твн, с выхода формирователя импульсы вн поступают на вход схемы измерения tхн и подсчитываются вторым счетчиком до момента совпадения одного из этих импульсов с импульсом o, и в счетчике фиксируется число nон, а в третьем счетчике в этот момент фиксируется число Nон импульсов o. Одновременно со вторым счетчиком четвертый счетчик схемы измерения tхн подсчитывает импульсы до момента совпадения одного из этих импульсов с импульсом н, и в счетчике фиксируется число nнн. В пятом счетчике в этот момент фиксируется число Nнн импульсов н, из импульсов вн,o и н, совпавших во времени, схемой измерения tвх формируется импульс, который поступает на вход формирователя нониусной шкалы Твн и срывает работу верньерного генератора. Данные со счетчиков поступают в вычислительное устройство и по заданной программе вычисляется временной отрезок tхн.

Временной отрезок Тхо определяется методом прямого счета (фиг.1б):
Txo=NoTo (6), где No число импульсов шкалы основного счета.

Работа схемы измерения Тхо устройства (фиг.3). На вход схемы постоянно поступают импульсы o, с поступлением на вход с формирователя входных импульсов стартового импульса Тхн счетчик схемы измерения начинает подсчитывать импульсы o, с поступлением на вход схемы стопового импульса Тхк счет импульсов прекращается, и в счетчике фиксируется число No. Данные со счетчика поступают в вычислительное устройство.

Для измерения временного отрезка tхк подсчитывается число импульсов nк шкалы основного счета от момента последнего совпадения импульса этой шкалы длительностью o и импульса постоянной нониусной шкалы н перед стоповым импульсом Тхк до последнего импульса шкалы основного счета oперед стоповым импульсом Тхк (фиг.1б), подсчитывается число импульсов Nок шкалы основного счета, начиная со второго после стопового импульса и до момента совпадения импульса этой шкалы и импульса верньерной шкалы вк (фиг.1б), подсчитывается число импульсов nок верньерной шкалы вк(фиг.1д), подсчитывается число импульсов Nнк нониусной шкалы, начиная со второго после стопового импульса и до момента совпадения импульсов шкалы н и верньерной шкалы вк (фиг.1в), подсчитывается число импульсов nнкверньерной шкалы (фиг.1д).

По временной диаграмме на фиг.1 можно составить систему уравнений:
(7) где tвк сдвиг во времени начала верньерной шкалы и начала отсчета числа импульсов Nнк по нониусной шкале;
tнк сдвиг во времени начала отсчета числа импульсов Nнк по нониусной шкале и начала отсчета числа Nок по шкале основного счета.

Решая систему уравнений (7) получим:
tхк (8)
Работа схемы измерения tхк устройства (фиг.3). На вход схемы постоянно поступают импульсы o и н, с момента их совпадения во времени счетчиком схемы начинается подсчет импульсов o, с поступлением с формирователя входных сигналов стопового импульса Тхк счет импульсов o прекращается и в счетчике фиксируется число nк. Одновременно стоповый импульс Т запускает верньерный генератор формирователя нониусной шкалы Твк. С выхода формирователя импульсы вк поступают на вход схемы измерения tхк и подсчитываются вторым счетчиком до момента совпадения одного из них с импульсом o, и в счетчике фиксируется число nок, а в третьем счетчике в этот момент фиксируется число Nок импульсов o.

Одновременно со вторым счетчиком четвертый счетчик схемы измерения tхк подсчитывает импульсы вк до момента совпадения одного из этих импульсов с импульсом н и в счетчике фиксируется число nнк, а в пятом счетчике в этот момент фиксируется число Nнк импульсов н, из импульсов вк,o и н, совпавших во времени, схемой измерения tхн формируется импульс, который поступает на вход формирователя нониусной шкалы Твк и срывает работу верньерного генератора.

Данные со счетчиков поступают в вычислительное устройство и по заданной программе вычисляется временной отрезок tхк и измеряемый временной интервал Тх.

Измеряемый временной интервал Тх определяется по формуле:
Tx + NoTo+
+
(9)
В формулу (9) не входят величины периодов верньерных шкал Твн и Твк, чем и уменьшается погрешность изменения временного интервала Тхдвухшкальным нониусным способом.

Если соотношение периодов временных шкал Тонв (фиг.2), то Тхопределяется также по формуле (9).

Использование двухшкального нониусного способа измерения временных интервалов обеспечивает формирование постоянной нониусной шкалы из частоты образцового кварцевого генератора позволяет уменьшить дискретность счета Т Тно ( Т= Тон) до какой угодно малой наперед заданной определенной величины и повысить точность измерения временных отрезков tхн и tхк, а значит, и временного интервала Тх.

В формулу (9) входят величины периодов постоянной нониусной шкалы Тн и шкалы основного счета То, сформированные из частоты Fo, что приводит к уменьшению погрешности измерения за счет температурной нестабильности частоты.


Формула изобретения

1. ДВУХШКАЛЬНЫЙ НОНИУСНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, заключающийся в том, что формируют постоянную нониусную шкалу из частоты образцового кварцевого генератора, период следования импульсов которой отличается от периода следования импульсов основной шкалы счета на определенную малую величину, считают импульсы временной шкалы основного счета с момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом постоянной нониусной шкалы и до первого импульса после прихода стартового импульса или до следующего совпадения этих импульсов, одновременно считают импульсы временной шкалы основного счета с момента совпадения импульса этой шкалы с импульсом постоянной нониусной шкалы и до первого импульса после прихода стопового импульса или до следующего совпадения этих импульсов, стартовым импульсом запускают верньерный генератор начала счета измеряемого временного интервала и считают импульсы верньерной шкалы начала счета начиная с второго, до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом основной шкалы счета, одновременно считают импульсы основной шкалы счета, начиная с второго импульса после прихода стартового импульса и до момента совпадения импульса этой шкалы с импульсом верньерной шкалы начала счета, а также считают импульсы постоянной нониусной шкалы, начиная с соответствующего началу отсчета импульсов по основной шкале счета и до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом верньерной шкалы начала счета, далее считают импульсы верньерной шкалы начала счета, начиная со второго до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом постоянной нониусной шкалы, стоповым импульсом запускают верньерный генератор конца счета измеряемого временного интервала и считают импульсы верньерной шкалы конца счета, начиная с второго до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом основной шкалы счета, одновременно считают импульсы основной шкалы счета, начиная с второго импульса после прихода стопового импульса и до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом верньерной шкалы конца счета, а также считают импульсы постоянной нониусной шкалы, начиная с соответствующего началу отсчета импульсов по основной шкале счета и до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом верньерной шкалы конца счета, далее считают импульсы верньерной шкалы конца счета, начиная с второго до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом постоянной нониусной шкалы.

2. Способ по п.1, заключающийся в том, что измеряемый временной интервал Tх определяется суммой временных отрезков Tхо, tхн, tхк, причем длительность временного отрезка Tхо подсчитывается по формуле Tхо=NТо, отличающийся тем, что длительность временного отрезка tхн подсчитывается по формуле

а длительность временного отрезка tхк - по формуле

где Tх - измеряемый временной интервал;
Tо - период следования импульсов основной шкалы счета;
Tн - период следования импульсов постоянной нониусной шкалы;
Nнн - число импульсов постоянной нониусной шкалы начала счета;
nн - число импульсов шкалы основного счета начала счета временного интервала Tх;
nон - число импульсов верньерной шкалы начала счета; Nон - число импульсов шкалы основного счета;
Nон - число импульсов шкалы основного счета;
nни - число импульсов верньерной шкалы начала счета;
Nо - число импульсов шкалы основного счета при измерении временного отрезка Tхо;
nок - число импульсов верньерной шкалы конца счета;
Nнк - число импульсов постоянной нониусной шкалы конца счета;
nк - число импульсов шкалы основного счета конца счета временного интервала Tх;
Nок - число импульсов шкалы основного счета конца счета временного интервала Tх;
nнк - число импульсов верньерной шкалы конца счета.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в радиоэлектронике, технике связи, измерительной технике, в частности для преобразования переменного напряжения в переменное

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в измерительной технике для определения длительности временных интервалов, имеющих широкий диапазон значений длительностей, но установленное число разрядов для представления результатов или для представления длительности временных интервалов в коде с плавающей запятой

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано при измерении периода и частоты зашумленных гармонических сигналов искаженной формы

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в устройствах для допускового контроля длительности временных интервалов, в том числе времени выборки ЗУ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в преобразователях сигналов от датчиков одновременного измерения двух параметров, одного статического и одного динамического параметра

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в измерительно-вычислительных комплексах для преобразования в цифровой код частоты следования импульсов сигналов датчиков

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в прецизионных измерительных временных интервалов, в радиолокации, экспериментальной физике

Изобретение относится к электрорадиоизмерительной технике и может быть использовано при построении цифровых измерителей отношений временных интервалов

Изобретение относится к дальнометрии и может быть использовано в различной аппаратуре, требующей измерения интервалов времени в широком диапазоне между двумя апериодическими импульсами, например, в эхолокации, в диагностических приборах для технологических процессов в атомной промышленности /1/

Изобретение относится к горной технике и предназначено для оценки напряженно-деформированного состояния горных пород и диагностики массива

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может использоваться для измерения с требуемой точностью временных интервалов, поступающих с высокой интенсивностью

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может использоваться для измерения с высокой точностью и высоким быстродействием временных интервалов между импульсами, поступающими с высокой интенсивностью

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может использоваться для массового измерения с высокой точностью неповторяющихся временных интервалов между импульсами

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности, к преобразованию временных интервалов и может быть использовано в автоматике, медтехнике, вычислительной технике и телеметрических системах

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах для цифрового измерения длительности коротких импульсов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения временных интервалов

Наверх