CN103529687A - 脉冲时间间隔测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种脉冲时间间隔测量装置，包括频标信号发生器、脉冲发射器、脉冲接收器、时刻采样器和信号处理器，其中，所述的时刻采样器分别与所述的频标信号发生器、脉冲发射器、脉冲接收器和信号处理器相连，所述脉冲发射器的脉冲发射周期设置为频标信号周期的非整数倍，以该脉冲周期作为时刻采样器的触发信号，所述时刻采样器在脉冲发射与接收时刻分别采样频标正弦波信号的幅值，所述信号处理器根据时刻采样器采样的上述信号幅值数据计算出相位差，从而得到脉冲时间间隔。本发明结构简单，成本低廉，使用方便可靠，可用于核物理和高精度激光脉冲测距等测量仪器中的高精度脉冲时间间隔测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种脉冲时间间隔测量装置，尤指对PS级脉冲飞行时间间隔进行精确测量的脉冲时间间隔测量装置。
背景技术
现有高精度脉冲时间间隔测量方法主要有模拟插入法、数字延迟线插入法等时间内插技术，其基本原理是将脉冲计数法使用的参考时钟周期细分为若干等分。模拟法是利用一个恒流源对电容充电（或放电）后得到和时间间隔成正比的电压值，由A/D转换器将电压转换为数字量，因此也称为时间数字转换。这种时间数字转换方法的分辨率可以做得非常高，但精度受恒流源的稳定性、电容的线性和漏电流大小、ADC芯片的分辨率等因素的影响。数字延迟线插入法是利用COMS等高速器件中的逻辑门电路的传输、锁存或缓存等延时时间进行时间内插，但这种方法受器件延时时间大小和分散性的影响。
很显然，无论是模拟插入法还是数字延迟线插入法，其时间测量精度完全依赖于电子器件参数的性能、精度和分散性，特别是在高精度时间测量时，电路板的分散电容等影响因素很难克服，在电路设计上会非常困难，甚至无法实现。
为此，开发出原理结构简单、时间测量精度为PS级的高精度脉冲飞行时间间隔测量装置乃当务之急，也是当前创新设计的难点。
发明内容
根据背景技术所述，本发明的目的在于提供一种对PS级的高精度脉冲时间间隔测量装置，由被测脉冲信号触发A/D采样参考频标正弦信号，经过信号处理后获得脉冲时间间隔，电路结构简单、可靠。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种脉冲时间间隔测量装置，包括频标信号发生器、脉冲发射器、脉冲接收器、时刻采样器和信号处理器，其中，所述的时刻采样器分别与所述的频标信号发生器、脉冲发射器、脉冲接收器和信号处理器相连，所述脉冲发射器的脉冲发射周期设置为频标信号周期的非整数倍，以该脉冲周期作为时刻采样器的触发信号，所述时刻采样器在脉冲发射与接收时刻分别采样频标正弦波信号的幅值，所述信号处理器根据时刻采样器采样的上述信号幅值数据计算出相位差，从而得到脉冲时间间隔。
其中，所述频标发生器由频率稳定的正弦波信号发生器组成，作为参考基准信号；所述脉冲发射器发射连续脉冲串，其脉冲发射周期设置为频标信号周期的非整数倍；
所述的脉冲发射器由依次连接的温补晶体振荡器TCXO、分频器和脉冲整形器组成。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果：
1、本发明通过测量被测信号触发点对应的参考频标正弦信号的幅值来反映被测信号的特性， 通过采样参考频标正弦波信号的幅值数据来实现高精度测量,能达到很好的测量精度，而且使得后续处理软硬件简单；
2、本发明原理结构简单，成本低，使用维护修理简易，尤其适合作为核物理仪器和高精度激光脉冲测距系统中的高精度时间间隔测量。
附图说明
图1为本发明结构总体示意图；
图2为本发明脉冲发射器第一种实施例基本电路结构示意图；
图3为第一种实施例脉冲时间间隔测量原理波形示意图。
具体实施方式
由图1示出，一种脉冲时间间隔测量装置，包括频标信号发生器、脉冲发射器、脉冲接收器、时刻采样器和信号处理器，其中，所述的时刻采样器分别与所述的频标信号发生器、脉冲发射器、脉冲接收器和信号处理器相连，其中频标发生器由频率稳定的正弦波信号发生器组成，作为参考基准信号；脉冲发射器发射连续脉冲串，其脉冲发射周期设置为频标信号周期的非整数倍；脉冲发射器发射的脉冲信号经过时刻鉴别器鉴别出准确的脉冲发射时刻，时刻采样器在脉冲发射时刻采样频标正弦波幅值；同样，脉冲接收器接收到的脉冲信号经过时刻鉴别器鉴别出准确的脉冲接收时刻，时刻采样器在脉冲接收时刻采样频标正弦波幅值；信号处理器根据时刻采样器采样的参考正弦波幅值数据计算出相位差，最终求出脉冲时间间隔。
由图2示出了本发明脉冲发射器实施例基本电路结构框图：脉冲发射器由温补晶体振荡器TCXO、分频器和脉冲整形器组成。
由图3示出了本发明脉冲时间间隔测量原理波形，温补晶体振荡器TCXO的频率略高于（或略低于）参考频标信号频率，例如设置参考频标信号频率为14.85MHz，TCXO的频率为15 MHz；脉冲发射周期设置为TCXO 周期T0的m倍，通过选取合适的分频数（例如m=1770），则一个发射脉冲周期m·T0相当于1752.3个参考频标信号周期，考虑正弦信号的周期性，取相位值在[0,1]之间，因此，相邻两个连续脉冲发射时刻对应的参考正弦信号的相位差为一个确定的值0.3，即后一个脉冲发射时刻比前一个脉冲发射时刻的相位后移0.3，由于0.3这个相位值的特殊性，当连续发射若干个脉冲时，每个脉冲对应的相位值是不同的，相位值将遍历[0,1]之间的数值。通过上述方法采样并进行平均处理后，可以消除因正弦波相位与幅值之间的非线性造成的相位测量误差。
又知，通过上述方法可估算出精确的脉冲接收时刻，由信号处理器可以求出脉冲时间间隔T：
Claims (3)
1. 一种脉冲时间间隔测量装置，其特征在于：包括频标信号发生器、脉冲发射器、脉冲接收器、时刻采样器和信号处理器，其中，所述的时刻采样器分别与所述的频标信号发生器、脉冲发射器、脉冲接收器和信号处理器相连，所述脉冲发射器的脉冲发射周期设置为频标信号周期的非整数倍，以该脉冲周期作为时刻采样器的触发信号，所述时刻采样器在脉冲发射与接收时刻分别采样频标正弦波信号的幅值，所述信号处理器根据时刻采样器采样的上述信号幅值数据计算出相位差，从而得到脉冲时间间隔。
2.根据权利要求1所述的脉冲时间间隔测量装置，其特征在于：所述频标信号发生器由频率稳定的正弦波信号发生器组成。
3.根据权利要求1所述的脉冲时间间隔测量装置，其特征在于：所述的脉冲发射器由依次连接的温补晶体振荡器TCXO、分频器和脉冲整形器组成。
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