CN109491232B - 一种基于实时校准的精密时间间隔测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于实时校准的精密时间间隔测量装置及方法，将被测开门信号和关门信号分配输出给第一精密时间测量模块和第二精密时间测量模块；步骤2，第一精密时间测量模块测量被测开门和关门信号间的时间间隔；通过脉冲信号发生模块对第二精密时间测量模块进行校准，校准完毕后跳转至步骤3；测量完毕跳转至步骤4；步骤3，第二精密时间测量模块测量被测开门和关门信号间的时间间隔；通过脉冲信号发生模块对第一精密时间测量模块进行校准，校准完毕后跳转至步骤2；测量完毕跳转至步骤4；步骤4，输出测量结果。本发明基于实时校准，可提高精密时间间隔测量的测量精度。
Description
技术领域
本发明属于时间间隔测量技术领域，特别涉及一种基于实时校准的精密时间间隔测量装置及方法。
背景技术
目前，常用的精密时间间隔测量方法包括：模拟内插法、游标法、量化时延法和时间电压转换法等。上述传统的精密时间间隔测量方法，往往需要对测量设备进行精确的校准后，才具有较高的测量精度，而测量设备的校准通常是在实际测量前完成，无法实时校准。由于受温度变化、元器件参数老化等因素的影响，提前校准的测量设备在使用时，会引入超过几十皮秒的系统测量误差，测量精度相对较低。综上，亟需一种基于实时校准的测量方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于实时校准的精密时间间隔测量装置及方法，以解决上述存在的技术问题。本发明的精密时间间隔测量方法基于实时校准，可提高精密时间间隔测量的测量精度。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于实时校准的精密时间间隔测量装置，包括：脉冲分配模块、第一精密时间测量模块、第二精密时间测量模块、脉冲信号发生模块、运算控制单元和存储单元；
脉冲分配模块的输入端用于接收被测开门信号和被测关门信号；脉冲分配模块的输出端分别与第一精密时间测量模块和第二精密时间测量模块的被测信号输入端相连接；第一精密时间测量模块和第二精密时间测量模块的输出端与运算控制单元的数据输入端相连接；
运算控制单元的输出端分别与第一精密时间测量模块、第二精密时间测量模块、脉冲信号发生模块和存储单元的输入端相连接；脉冲信号发生模块的校准信号输出端分别与第一精密时间测量模块和第二精密时间测量模块的校准信号输入端相连接。
进一步的，存储单元包括：第一存储单元和第二存储单元；第一存储单元用于存储第一精密时间测量模块的校准数据；第二存储单元用于存储第二精密时间测量模块的校准数据。
进一步的，脉冲信号发生模块输出两路脉冲信号分别作为两个精密时间间隔测量模块的校准开门信号和关门信号。
一种基于实时校准的精密时间间隔测量方法，基于本发明所述的测量装置，包括以下步骤：
步骤1，将被测开门信号和关门信号分配输出给第一精密时间测量模块和第二精密时间测量模块；
步骤2，步骤1中的第一精密时间测量模块测量被测开门和关门信号间的时间间隔；通过脉冲信号发生模块对第二精密时间测量模块进行校准，并通过存储单元存储校准数据，校准完毕后跳转至步骤3；测量完毕跳转至步骤4；
步骤3，第二精密时间测量模块测量被测开门和关门信号间的时间间隔；通过脉冲信号发生模块对第一精密时间测量模块进行校准，并通过存储单元存储校准数据，校准完毕后跳转至步骤2；测量完毕跳转至步骤4；
步骤4，输出测量结果。
进一步的，步骤1具体为：将被测开门信号和关门信号经过一个脉冲分配模块输出给第一精密时间测量模块和第二精密时间测量模块。
进一步的，步骤2和步骤3中的校准过程具体为：
S1、运算控制单元控制脉冲信号发生模块输出脉冲信号作为精密时间测量模块的校准开门信号和关门信号，精密时间测量模块将测量的结果记为T0；
S2、运算控制单元控制脉冲信号发生模块，使关门信号滞后于开门信号100ps×n后输出，精密时间测量模块将测量的结果记为Tn；
S3、测量多次，将每一次的测量值Tn存入对应的存储单元，完成精密时间测量模块的校准。
进一步的，步骤S2中，n为-1000～1000范围内的整数，且n不为0；当n为正整数时说明关门信号滞后于开门信号，当n为负整数时说明关门信号超前于开门信号；测量次数为2000次。
进一步的，步骤S1中，运算控制单元控制脉冲信号发生模块输出两路脉冲信号作为精密时间测量模块的校准开门信号和关门信号。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的基于实时校准的精密时间间隔测量方法，采用两个精密时间间隔测量模块，交替进行测量被测时间间隔信号和校准，可保证校准的实时性和测量过程的连续性，可消除温度变化、元器件参数老化等因素对测量结果的影响，能够提高时间间隔的测量精度。
附图说明
图1是本发明实施例的一种基于实时校准的精密时间间隔测量装置的结构示意框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的一种基于实时校准的精密时间间隔测量装置，包括：脉冲分配模块、第一精密时间测量模块、第二精密时间测量模块、脉冲信号发生模块、运算控制单元和存储单元；
脉冲分配模块的输入端用于接收被测开门信号和被测关门信号；脉冲分配模块的输出端分别与第一精密时间测量模块和第二精密时间测量模块的被测信号输入端相连接；第一精密时间测量模块和第二精密时间测量模块的输出端与运算控制单元的数据输入端相连接；
运算控制单元的控制输出端分别与第一精密时间测量模块、第二精密时间测量模块和脉冲信号发生模块的控制输入端相连接，运算控制单元的数据输出端与存储单元的数据输入端相连接；运算控制单元用于控制输出测量结果。脉冲信号发生模块的校准信号输出端分别与第一精密时间测量模块和第二精密时间测量模块的校准信号输入端相连接。具体的校准数据存储形式为，存储单元包括：第一存储单元和第二存储单元；第一存储单元用于存储第一精密时间测量模块的校准数据；第二存储单元用于存储第二精密时间测量模块的校准数据。校准信号具体为，脉冲信号发生模块输出两路脉冲信号分别作为两个精密时间间隔测量模块的校准开门信号和关门信号。
本发明的一种基于实时校准的精密时间间隔测量方法，基于本发明上述的测量装置，包括以下步骤：
步骤1，将被测开门信号和关门信号经过一个脉冲分配模块输出给第一精密时间测量模块和第二精密时间测量模块；
步骤2，步骤1中的第一精密时间测量模块测量被测开门和关门信号间的时间间隔；通过脉冲信号发生模块对第二精密时间测量模块进行校准，并通过存储单元存储校准数据，校准完毕后跳转至步骤3；测量完毕跳转至步骤4；
步骤3，第二精密时间测量模块测量被测开门和关门信号间的时间间隔；通过脉冲信号发生模块对第一精密时间测量模块进行校准，并通过存储单元存储校准数据，校准完毕后跳转至步骤2；测量完毕跳转至步骤4；
步骤4，输出测量结果。
步骤2和步骤3中的校准过程具体为：
S1、运算控制单元控制脉冲信号发生模块输出两路相对相位差接近0ps的脉冲信号作为精密时间测量模块的校准开门信号和关门信号，精密时间测量模块将测量的结果记为T0；
S2、运算控制单元控制脉冲信号发生模块，使关门信号滞后于开门信号100ps×n后输出，精密时间测量模块将测量的结果记为Tn；n为-1000～1000范围内的整数，且n不为0，当n为正整数时说明关门信号滞后于开门信号，当n为负整数时说明关门信号超前于开门信号；测量次数为2000次；
S3、测量多次，将每一次的测量值Tn存入对应的存储单元，完成精密时间测量模块的校准。
工作原理
请参阅图1，本发明的一种基于实时校准的精密时间间隔测量方法，包括：将被测开门信号和关门信号经过一个脉冲分配模块输出给两个精密时间间隔测量模块；其中，精密时间间隔测量模块1测量被测开门和关门信号间的时间间隔，精密时间间隔测量模块2利用脉冲信号发生模块对其进行校准，并将校准数据保存下来；当精密时间间隔测量模块2校准完毕后，就转而测量被测时间间隔信号，此时利用脉冲信号发生模块对精密时间间隔测量模块1进行校准，并将校准数据保存下来。这样就不仅对两个精密时间间隔测量模块进行实时校准，而且保证了对被测信号测量的连续性，从而消除了温度变化、元器件参数老化等因素对测量结果的影响，提高了时间间隔的测量精度。
实施例
请参阅图1，本发明的基于实时校准的精密时间间隔测量方法，包括以下步骤：
1)，将被测开门信号和关门信号经过一个脉冲分配模块输出给精密时间间隔测量模块1和精密时间间隔测量模块2；
2)运算控制单元控制精密时间间隔测量模块1，使其用于测量被测开门和关门信号间的时间间隔；
3)运算控制单元利用脉冲信号发生模块对精密时间间隔测量模块2进行校准，并将校准结果参数保存在存储单元2中；
精密时间间隔测量模块校准过程的完成是通过以下步骤实现的：
①运算控制单元控制脉冲信号发生模块输出两路相对相位差接近0ps的脉冲信号分别作为精密时间间隔测量模块的校准开门信号和关门信号，精密时间间隔测量模块将测量的结果记为T0；
②运算控制单元控制脉冲信号发生模块，使关门信号滞后于开门信号100ps×n后输出，精密时间间隔测量模块将测量的结果记为Tn；
此处n为从-1000～1000的整数，当n为正整数时说明关门信号滞后于开门信号，当n为负整数时说明关门信号超前于开门信号。
③步骤2的n取从-1000～1000的整数，即完成了2000次的测量；
④将每一次的测量值Tn存入对应的存储单元，就完成了该精密时间间隔测量模块的校准。
4)运算控制单元，选择用于精密时间间隔测量模块1的输出数据作为测量结果输出；
5)当精密时间间隔测量模块2校准完毕，运算控制单元控制精密时间间隔测量模块2，使其用于测量被测时间间隔信号；
6)运算控制单元而利用脉冲信号发生模块对精密时间间隔测量模块1进行校准，并将校准结果参数保存在存储单元1中；
7)运算控制单元，选择用于精密时间间隔测量模块2的输出数据作为测量结果输出；
8)当精密时间间隔测量模块1校准完毕，重复步骤2)到步骤7)。
综上，本发明是一种基于实时校准的精密时间间隔测量方法，采用两个精密时间间隔测量模块，交替进行测量被测时间间隔信号和校准，从而保证校准的实时性和测量过程的连续性，消除了温度变化、元器件参数老化等因素对测量结果的影响，提高了时间间隔的测量精度。采用本发明的方法，对设备样机进行了测试，测试结果表明时间间隔测量的精度随温度变化、老化等因素的影响基本上被消除，测量精度达到5ps。
Claims (7)
1.一种基于实时校准的精密时间间隔测量方法，其特征在于，基于的测量装置，包括：
包括：脉冲分配模块、第一精密时间测量模块、第二精密时间测量模块、脉冲信号发生模块、运算控制单元和存储单元；
脉冲分配模块的输入端用于接收被测开门信号和被测关门信号；脉冲分配模块的输出端分别与第一精密时间测量模块和第二精密时间测量模块的被测信号输入端相连接；第一精密时间测量模块和第二精密时间测量模块的输出端与运算控制单元的数据输入端相连接；
运算控制单元的输出端分别与第一精密时间测量模块、第二精密时间测量模块、脉冲信号发生模块和存储单元的输入端相连接；脉冲信号发生模块的校准信号输出端分别与第一精密时间测量模块和第二精密时间测量模块的校准信号输入端相连接；
所述方法包括以下步骤：
步骤1，将被测开门信号和关门信号分配输出给第一精密时间测量模块和第二精密时间测量模块；
步骤2，步骤1中的第一精密时间测量模块测量被测开门和关门信号间的时间间隔；通过脉冲信号发生模块对第二精密时间测量模块进行校准，并通过存储单元存储校准数据，校准完毕后跳转至步骤3；测量完毕跳转至步骤4；
步骤3，第二精密时间测量模块测量被测开门和关门信号间的时间间隔；通过脉冲信号发生模块对第一精密时间测量模块进行校准，并通过存储单元存储校准数据，校准完毕后跳转至步骤2；测量完毕跳转至步骤4；
步骤4，输出测量结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于实时校准的精密时间间隔测量方法，其特征在于，步骤1具体为：将被测开门信号和关门信号经过一个脉冲分配模块输出给第一精密时间测量模块和第二精密时间测量模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于实时校准的精密时间间隔测量方法，其特征在于，步骤2和步骤3中的校准过程具体为：
S1、运算控制单元控制脉冲信号发生模块输出脉冲信号作为精密时间测量模块的校准开门信号和关门信号，精密时间测量模块将测量的结果记为T0；
S2、运算控制单元控制脉冲信号发生模块，使关门信号滞后于开门信号100ps×n后输出，精密时间测量模块将测量的结果记为Tn；
S3、测量多次，将每一次的测量值Tn存入对应的存储单元，完成精密时间测量模块的校准。
4.根据权利要求3所述的一种基于实时校准的精密时间间隔测量方法，其特征在于，步骤S2中，n为-1000～1000范围内的整数，且n不为0；当n为正整数时说明关门信号滞后于开门信号，当n为负整数时说明关门信号超前于开门信号；测量次数为2000次。
5.根据权利要求3所述的一种基于实时校准的精密时间间隔测量方法，其特征在于，步骤S1中，运算控制单元控制脉冲信号发生模块输出两路脉冲信号作为精密时间测量模块的校准开门信号和关门信号。
6.根据权利要求1所述的一种基于实时校准的精密时间间隔测量方法，其特征在于，基于的测量装置中，存储单元包括：第一存储单元和第二存储单元；第一存储单元用于存储第一精密时间测量模块的校准数据；第二存储单元用于存储第二精密时间测量模块的校准数据。
7.根据权利要求1所述的一种基于实时校准的精密时间间隔测量方法，其特征在于，基于的测量装置中，脉冲信号发生模块输出两路脉冲信号分别作为两个精密时间间隔测量模块的校准开门信号和关门信号。
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