Устройство для измерения серий временных интервалов
Устройство состоит из опорного генератора, формирователя, распределителя, основного счетчика и трех измерительных каналов. Каждый измерительный канал включает в себя схему “ИЛИ”, нониусный генератор, нониусный счетчик, основной и дополнительный буферные регистры. В устройстве одновременно работают два канала: один измеряет интервалы времени между входящими импульсами, а по измерениям второго производится калибровка этой пары каналов. При калибровке сигнал одновременно поступает на входы запуска и остановки нониусного генератора в канале, производящем калибровку, и от этого же сигнала запускается нониусный генератор в канале, производящем рабочие измерения. За счет выполнения серии калибровочных измерений одновременно с рабочими устройство позволяет компенсировать низкочастотную погрешность при обработке результата, что дает возможность повысить точность измерения. 2 ил.
Устройство для измерения серий временных интервалов относится к области измерительной и вычислительной техники и может использоваться для измерения с повышенной точностью последовательности временных интервалов.
Известно устройство для измерения серии временных интервалов [1], содержащее n нониусных преобразователей, входной блок, вычислительный блок, эталонный генератор, эталонный счетчик, первое и второе запоминающие устройства, многовходовый элемент ИЛИ. Однако данное устройство обладает невысокой скоростью и точностью измерения.
Известно устройство для измерения серии временных интервалов [2], содержащее эталонный генератор, входной блок, два нониусных блока, два запоминающих блока, усилитель, блок считывания грубого кода, вычислительный блок, выходной блок и n-2 нониусных блока. Однако данное устройство также не обладает высокой точностью и быстродействием.
Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения серии временных интервалов [3], содержащее опорный генератор, распределитель, формирователь, блок управления, основной и три нониусных счетчика, три нониусных генератора и три буферных запоминающих устройства (основных буферных регистра). Данное устройство обладает способностью измерения последовательности временных интервалов, поступающих в большом количестве и с высокой интенсивностью на длительном непрерывном отрезке времени. Недостатком является невозможность анализа низкочастотной составляющей в измеряемой последовательности временных интервалов из-за наличия собственных низкочастотных шумов. Это обусловлено тем, что в известном устройстве режим калибровки, в котором происходит оценка собственной погрешности, и режим измерения разделены во времени и не могут выполняться одновременно.
Предлагаемое изобретение направлено на расширение функциональных возможностей и повышение точности за счет выполнения одновременно с рабочими измерениями серии калибровочных измерений.
Это достигается тем, что в трехканальный нониусный измеритель временных интервалов, содержащий три измерительных канала, каждый из которых содержит нониусный генератор, нониусный счетчик и основной буферный регистр, причем первый выход нониусного генератора подключен ко входу нониусного счетчика, а второй выход - к управляющему входу основного буферного регистра, а также выход нониусного счетчика подключен ко входу основного буферного регистра и выходы основных буферных регистров являются выходами измерителя; опорный генератор, выход которого подключен к первому входу основного счетчика и к первым входам нониусных генераторов каждого канала; формирователь, вход которого является информационным входом измерителя, а выход подключен к первому входу распределителя; второй вход распределителя, являющийся управляющим входом измерителя, подключен ко второму входу основного счетчика; основной счетчик, выход которого подключен ко входам основного буферного регистра в каждом канале, введены в каждый канал измерителя дополнительный буферный регистр, выходы которого являются выходами измерителя и схема “ИЛИ”, причем первый выход распределителя подключен ко входу схемы “ИЛИ” первого канала, к первому разряду дополнительного буферного регистра второго канала и ко входу схемы “ИЛИ” второго канала; второй выход распределителя подключен ко входу схемы “ИЛИ” второго канала, ко второму разряду дополнительного буферного регистра третьего канала и ко входу схемы “ИЛИ” третьего канала, а третий выход распределителя подключен ко входу схемы “ИЛИ” третьего канала, к третьему разряду дополнительного буферного регистра первого канала и ко входу схемы “ИЛИ” первого канала; кроме того, выход схемы “ИЛИ” первого канала подключен к первому разряду дополнительного буферного регистра первого канала и ко второму входу нониусного генератора первого канала, выход схемы “ИЛИ” второго канала подключен ко второму разряду дополнительного буферного регистра второго канала и ко второму входу нониусного генератора второго канала, а выход схемы “ИЛИ” третьего канала подключен к третьему разряду дополнительного буферного регистра третьего канала и ко второму входу нониусного генератора третьего канала. Также вторые выходы нониусных генераторов в каждом канале подключены к четвертым входам соответствующих дополнительных буферных регистров. На неиспользуемые входы дополнительных буферных регистров каждого канала подается потенциал логического нуля.
Введение новых элементов и связей между ними обеспечивает решение поставленной задачи.
На фиг.1 приведена схема заявляемого измерителя, на фиг.2 - временная диаграмма работы измерителя.
Измеритель (см. фиг.1) содержит:
1 - опорный генератор;
2 - формирователь;
3 - распределитель;
4 - схема “ИЛИ”;
5 - нониусный генератор;
6 - дополнительный буферный регистр;
7 - основной счетчик;
8 - нониусный счетчик;
9 - основной буферный регистр;
10...12 - выходы распределителя;
При этом выход опорного генератора 1 подключен к первому входу основного счетчика 7 и к первым входам нониусных генераторов 5 в каждом канале; вход формирователя 2 является информационным входом измерителя, выход формирователя 2 подключен к первому входу распределителя 3; второй вход распределителя 3, являющийся управляющим входом измерителя, подключен ко второму входу основного счетчика 7; выход основного счетчика 7 подключен ко входам основных буферных регистров 9 в трех каналах; выход 10 распределителя 3 подключен к схемам “ИЛИ” 4 в первом и во втором каналах, а также к первому разряду дополнительного буферного регистра 6 в первом канале; выход 11 распределителя 3 подключен к схемам “ИЛИ” 4 второго и третьего каналов и ко второму разряду дополнительного буферного регистра 6 второго канала; выход 12 распределителя 3 подключен к схемам “ИЛИ” 4 первого и третьего каналов и к третьему разряду дополнительного буферного регистра 6 третьего канала; выход схемы “ИЛИ” 4 первого канала подключен к первому разряду дополнительного буферного регистра 6 первого канала и ко второму входу нониусного генератора 5 первого канала; выход схемы “ИЛИ” 4 второго канала подключен ко второму разряду дополнительного буферного регистра 6 второго канала и ко второму входу нониусного генератора 5 второго канала; выход схемы “ИЛИ” 4 третьего канала подключен к третьему разряду дополнительного буферного регистра 6 третьего канала и ко второму входу нониусного генератора 5 третьего канала; первые выходы нониусных генераторов 5 подключены к нониусным счетчикам 8 в соответствующих каналах, вторые выходы нониусных генераторов 5 подключены к управляющим входам основного буферного регистра 9 и к четвертым разрядам дополнительного буферного регистра 6 в соответствующем канале, выход нониусного счетчика 8 подключен ко входам основного буферного регистра 9; выходы основного и дополнительного буферных регистров являются выходами измерителя. Кроме того, на неиспользуемые разряды дополнительных буферных регистров подается потенциал логического нуля.
Устройство для измерения серий временных интервалов работает следующим образом. Начало цикла преобразования задается внешним сигналом ″ЗАПУСК″, который подается на вход формирователя, по нему распределитель выделяет серию временных интервалов, и который разрешает работу счетчика 7. Входные импульсы, передние фронты которых отмечают границы временных интервалов, последовательно распределяются по каналам. Каждый импульс поступает на схему “ИЛИ” в два канала, по выходному сигналу которых запускаются нониусные генераторы и устанавливаются значения дополнительных буферных регистров. Для одного канала устанавливается код измерения (значение 1000, 0100, 0010 для 1, 2 и 3 канала соответственно), а для второго - коды калибровки (значение 1010, 1100 и 0110 для 1, 2 и 3 канала соответственно). Нониусный счетчик 8 начинает считать импульсы нониусного генератора 5, после окончания работы которого код числа импульсов заносится в основной буферный регистр 9 по сигналу со второго выхода нониусного генератора для первого, второго и третьего канала соответственно, а также в четвертый разряд дополнительного буферного регистра записывается логическая единица - признак окончания работы нониусного генератора. В первый канал поступают импульсы 1, 3, 4, 6, во второй канал - 1, 2, 4, 5, в третий - 2, 3, 5, 6. В моменты совпадения передних фронтов опорного 1 и нониусного 12 сигналов импульсом со второго выхода нониусного генератора в буферный регистр 9 записываются состояния основного 7 и нониусного 8 счетчиков – Noi и Ni соответственно, где i - номер канала (i=1, 2, 3). Емкость основного буферного регистра 9 составляет m+р разрядов, где m - разрядность основного 7, а р - нониусного 8 счетчиков. После окончания цикла измерения данные из основного буферного регистра 9 поступают во внешний обработчик кодов сигналов, например в ЭВМ, после чего основной и дополнительный буферные регистры обнуляются. Для вычисления кодов временных интервалов вводится условное время t, за нулевую точку которого принимается начало такта, в котором разрешается работа СТ с нулевого значения. При этом считается, что границы временных интервалов приходят в моменты времени 
Код 
момента поступления m-й границы определяется по формуле
где К - коэффициент интерполяции (целое число). К оценивается из соотношения
где Тн - период нониусного, а То - период опорного генераторов.
В измерителе одновременно работают два канала: один измеряет интервалы между входящими импульсами, а по измерениям второго производится калибровка этой пары каналов. При калибровке сигнал одновременно поступает на входы запуска и остановки нониусного генератора в канале, производящем калибровку, и от этого же импульса запускается нониусный генератор в канале, производящем рабочие измерения. Таким образом, измерение нулевого интервала времени позволяет получить в основном буферном регистре код калибровочного измерения очередного канала, а в дополнительном буферном регистре запишется информация о том, что измерение этого канала являлось калибровочным и какие каналы участвовали в калибровке при данном измерении. В регистрирующем устройстве (ЭВМ) запоминается последовательность кодов отсчетов временных интервалов и соответствующая им последовательность кодов калибровочных импульсов, содержащая информацию о низкочастотных собственных шумах. Калибровочные отсчеты в ЭВМ подвергаются фильтрации (сглаживанию), а сглаженные значения вычитаются из соответствующих значений серии рабочих измерений. Таким образом, в заявляемом устройстве по сравнению с известными значительно повышается точность измерений за счет компенсации низкочастотной погрешности во время обработки результатов измерения.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР № 930213, кл. G 04 F 10/00.
2. Авторское свидетельство СССР № 935869, кл. G 04 F 10/04.
3. Е.И.Гурин ″Трехканальный нониусный преобразователь время-код″, Приборы и техника эксперимента, 1997 г, № 7, с.386.
Устройство для измерения серий временных интервалов, состоящее из трех измерительных каналов, включающих нониусный генератор, нониусный счетчик, основной буферный регистр, причем первый выход нониусного генератора подключен ко входу нониусного счетчика, а второй выход - к управляющему входу основного буферного регистра и выходы основных буферных регистров являются выходами измерителя; опорного генератора, выход которого подключен к первому входу основного счетчика и ко входам нониусных генераторов; формирователя, вход которого является информационным входом измерителя, а выход подключен к первому входу распределителя; вход распределителя является управляющим входом измерителя и подключен ко второму входу основного счетчика, выход которого подключен к основному буферному регистру в каждом канале, отличающееся тем, что в каждый канал измерителя введен дополнительный буферный регистр и схема ИЛИ, причем первый выход распределителя подключен ко входу схемы ИЛИ первого канала, к первому разряду дополнительного буферного регистра второго канала и ко входу схемы ИЛИ второго канала; второй выход распределителя подключен ко входу схемы ИЛИ второго канала, ко второму разряду дополнительного буферного регистра третьего канала и ко входу схемы ИЛИ третьего канала; третий выход распределителя подключен ко входу схемы ИЛИ третьего канала, к третьему разряду дополнительного буферного регистра первого канала и ко входу схемы ИЛИ первого канала, а также выход схемы ИЛИ первого канала подключен к первому разряду дополнительного буферного регистра первого канала и к входу нониусного генератора первого канала, выход схемы ИЛИ второго канала подключен ко второму разряду дополнительного буферного регистра второго канала и ко входу нониусного генератора второго канала, выход схемы ИЛИ третьего канала подключен к третьему разряду дополнительного буферного регистра третьего канала и ко входу нониусного генератора третьего канала; также в каждом канале вторые выходы нониусных генераторов подключены к четвертым разрядам дополнительного буферного регистра, выходы которого также являются выходами измерителя.
