CZ2019751A3 - Zařízení pro přesné měření časových intervalů - Google Patents

Abstract

Zařízení pro přesné měření časových intervalů obsahuje první komparátor (1), na jehož vstup je přiveden první signál (STA) a jehož výstup je spojen s prvním ze vstupů slučovače (3), na jehož druhý vstup je připojen výstup druhého komparátoru (2), na jehož vstup je přiveden druhý signál (STO). Výstup ze slučovače (3) je připojen na vstup analogového filtru (4), jehož výstup je propojen se vstupem analogově digitálního převodníku (5), jehož výstup je propojen se vstupem obvodu (6) řízení a zpracování signálu, na jehož druhý vstup je dále přiveden referenční hodinový signál (REF), který je zároveň přiveden na další vstup analogově digitálního převodníku (5) a výstupem obvodu (6) řízení a zpracování signálu je datový výstup (DAT) časových intervalů.

Description

Zařízení pro přesné měření časových intervalů

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro přesné měření časových intervalů

Dosavadní stav techniky

Přesné měření časových intervalů se využívá v mnoha oborech.

Nej rozšířenějším zařízením pro přesné měření časových intervalů je digitální zpožďovací linka, popsaná například v dokumentu US 9746832. Principem je vybuzení digitálního obvodu, složeného ze série mnoha shodných elementů se známým zpožděním, a navíc propojených s kondenzátory, start signálem a jejich následné zastavení stop signálem a sečtení elementů v sérii, které byly vybuzeny. Postupné nabíjení kondenzátorů v sérii umožňuje zpřesnění měření. Zpožďovací linky obecně mají nízkou teplotní stabilitu. Uvedené zařízení vzhledem k tomu, že obsahuje velkou sérii kondenzátorů, každý s odlišnostmi v parametrech, je ve své přesnosti limitováno.

Dokument US 2018317184 popisuje metodu synchronizace dvou vzdálených časových referencí na základě mixování jimi vysílaného konstantního frekvenčního signálu za vzniku rozdílové frekvence, ze které vyplyne fázový, tedy časový posun obou signálů. Tato metoda neumožňuje měření zpoždění mezi jednotlivými impulzními signály, měří pouze fázový rozdíl dvou signálů konstantních frekvencí.

Dokument US 5524281 popisuje vektorový analyzátor, který měří fázový posun. Rozdíl fází je zjišťován na principu mixování vnitřně generovaného signálu se stejným signálem procházejícím zkoumaným obvodem. Uvedené zařízení také neumožňuje měření jednotlivých impulzních signálů.

V současnosti nejpřesnějším zařízením pro měření časových intervalů je zařízení podle dokumentu CZ 294292 B6, které měří časový interval mezi událostmi reprezentovanými impulzními signály. Principem zařízení je převedení měření časového intervalu na změření posloupnosti vzorků odezvy filtru s povrchovou akustickou vlnou vybuzeného na začátku a na konci měřeného intervalu. Do filtru se signály pouštějí postupně, což vyžaduje určitý minimální časový odstup signálů daný dobou odezvy filtru řádově v desítkách nanosekund a znemožňuje tím měření velmi krátkých nebo záporných intervalů.

S rozvojem moderních aplikací měření přesných časových intervalů je požadována stále větší přesnost a stabilita měření a současné metody se již dostaly na svou hranici. Je potřeba hledat nové principy, které nejsou například ovlivněny stabilitou a ani minimálním rozdílem v parametrech většího množství použitých součástek.

Podstata vynálezu

Výše zmíněné nedostatky odstraňuje zařízení pro přesné měření časových intervalů podle předkládaného vynálezu. V základním zapojení zařízení pro přesné měření časových intervalů podle vynálezu obsahuje první komparátor, na jehož vstup je přiveden první signál a jehož výstup je spojen s prvním ze vstupů slučovače. Na druhý vstup slučovače je připojen výstup druhého komparátoru, na jehož vstup je přiveden druhý signál. Výstup ze slučovače je připojen na vstup analogového filtru, jehož výstup je propojen se vstupem analogově digitálního převodníku, jehož výstup je propojen se vstupem obvodu řízení a zpracování signálu. Na druhý vstup obvodu řízení

-1 CZ 2019 - 751 A3 a zpracování signálu je dále přiveden referenční hodinový signál, který je zároveň přiveden na druhý vstup analogově digitálního převodníku. Výstupem obvodu řízení a zpracování signálu je datový výstup časových intervalů.

Ve výhodných provedeních je z druhého výstupu obvodu řízení a zpracování signálu přivedena zpětná vazba na další vstup prvního komparátoru a/nebo ze třetího výstupu obvodu řízení a zpracování signálu další zpětná vazba na další vstup druhého komparátoru. Nej výhodněji je obvod řízení a zpracování signálu realizován programovatelným hradlovým polem.

Výhodně je vstup prvního signálu do prvního komparátoru opatřen prvním spínačem pro blokování signálu a vstup druhého signálu do druhého komparátoru druhým spínačem pro blokování signálu.

Ještě výhodněji je první spínač pro blokování signálu propojen se čtvrtým výstupem obvodu řízení a zpracování signálu a druhý spínač pro blokování signálu je propojen s pátým výstupem obvodu řízení a zpracování signálu, případně je první spínač pro blokování signálu řízen dalším výstupem prvního komparátoru a druhý spínač pro blokování signálu je řízen dalším výstupem druhého komparátoru.

V jiné variantě vynálezu je další výstup z prvního komparátoru přiveden na třetí vstup obvodu řízení a zpracování signálu a další výstup z druhého komparátoru je přiveden na čtvrtý vstup obvodu řízení a zpracování signálu.

V další variantě vycházející ze základního zapojení zařízení pro přesné měření časových intervalů je výstup z prvního komparátoru zároveň spojen s prvním vstupem druhého slučovače a výstup druhého komparátoru je zároveň spojen s druhým vstupem druhého slučovače, přičemž výstup z druhého slučovače je připojen na vstup druhého analogového filtru, jehož výstup je propojen se vstupem druhého analogově digitálního převodníku, jehož výstup je propojen s třetím vstupem obvodu řízení a zpracování signálu.

Druhý slučovač je výhodně realizován třemi odpory zapojenými do hvězdy a druhý analogový filtr je realizován paralelně zapojeným odporem a kondenzátorem. Slučovač je výhodně realizován třemi odpory zapojenými do hvězdy. Analogový filtr je výhodně realizován paralelně zapojeným odporem a kondenzátorem.

Přesné měření časových intervalů zařízením podle vynálezu spočívá v určení časového zpoždění mezi dvojicí impulzních signálů, prvního signálu a druhého signálu, pomocí zaznamenání odezev analogového filtru na jimi spuštěný první komparátor a druhý komparátor pomocí analogově digitálního převodníku. Oproti zařízení ze stavu techniky umožňuje zařízení podle vynálezu měřit jakékoliv časové zpoždění mezi signály, včetně krátkého i záporného, a to s použitím pouze jednoho analogového filtru. Použitím pouze jednoho analogového filtru pro oba signály je dosaženo téměř nulového rozdílu parametrů filtru, respektive průběhu odezvy, pro oba signály, jediná zbývající změna parametrů filtruje zapříčiněna jejich změnou za dobu mezi příchodem obou signálů, tedy v případě měření velmi krátkých časových intervalů je tato změna nesrovnatelně menší než v jakýchkoliv jiných známých řešeních.

Po naměření odezvy na oba signály, první signál a druhý signál, pomocí analogového filtru a analogově digitálního převodníku se tato uloží a porovná s uloženou zaznamenanou odezvou analogového filtru na pouze jeden samostatný signál, první signál nebo druhý signál. Impulz pro vybuzení této samostatné odezvy je výhodně realizován spuštěním buď prvního komparátoru nebo druhého komparátoru pomocí zpětné vazby z obvodu řízení a zpracování signálu po odeznění odezvy analogového filtru na první signál a druhý signál. V další variantě je možné po odeznění prvního signálu a druhého signálu a odezvy na jeden samostatný signál, spustit ještě druhý z komparátorů pomocí další zpětné vazby, čímž se umožní zaznamenání samostatné odezvy i pro druhý ze signálů.

- 2 CZ 2019 - 751 A3

Po zaznamenání všech těchto odezev se nejdříve pomocí série korelací zjistí časové posuny mezi odezvou analogového filtru na oba signály a dvěma kopiemi uložené samostatné odezvy. Výsledkem těchto sérií korelací je vždy časový posun daného signálu, prvního signálu nebo druhého signálu, obsažených v odezvě na oba signály oproti uložené samostatné odezvě, která představuje pevný časový okamžik pro oba signály. Poté lze časové zpoždění mezi signály, prvním signálem a druhým signálem, jednoduše spočítat pomocí rozdílu zjištěných časových posunů obou signálů oproti této samostatné odezvě.

Při použití dostatečně rychlého analogově digitálního převodníku a použití programovatelného hradlového pole pro obvod řízení a zpracování signálu může být dosaženo přesnosti určení časového zpoždění mezi dvojicí signálů řádově v jednotkách pikosekund a méně, nebývalé nízké hodnoty stability v řádech desítek femtosekund a méně a opakovači frekvence řádově desítky kilohertz a více.

Takto vysoká přesnost, a díky použití pouze jednoho analogového filtru, i stabilita měření časových intervalů je doposud jen velmi obtížně dosažitelná, ne-li nemožná, a to i při použití nejlepších vědeckých zařízení pro měření časových intervalů. Sloučením obou signálů a jejich společným průchodem jen jednou sérií elektronických součástek, a společným měřením jedním analogově digitálním převodníkem lze podstatně snížit hodnotu přesnosti a především stability i o několik řádů, což pomocí žádného známého řešení není doposud možné.

Objasnění výkresů

Zařízení pro přesné měření časových intervalů ve variantách podle vynálezu je schematicky znázorněno na přiložených výkresech. Obr. 1 až 33 představují blokové schéma zařízení podle vynálezu v různých variantách příkladných provedení.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Základní varianta zařízení pro přesné měření časových intervalů podle vynálezu je zobrazena na obr. 1. Toto zařízení obsahuje první komparátor j_, na jehož vstup je přiveden první signál STA a jehož výstup je spojen s prvním ze vstupů slučovače 3. Na druhý vstup slučovače 3 je připojen výstup druhého komparátoru 2, na jehož vstup je přiveden druhý signál STO. Výstup ze slučovače 3 je připojen na vstup analogového filtru 4, jehož výstup je propojen se vstupem analogově digitálního převodníku 5, jehož výstup je propojen se vstupem obvodu 6 řízení a zpracování signálu. Na druhý vstup obvodu 6 řízení a zpracování signálu je dále přiveden referenční hodinový signál REF, který je zároveň přiveden na druhý vstup analogově digitálního převodníku 5. Výstupem obvodu 6 řízení a zpracování signálu je datový výstup DAT časových intervalů.

V této variantě zařízení je nejdříve naměřena odezva analogového filtru 4 pomocí analogově digitálního převodníku 5 na oba sloučené signály, první signál STA a druhý signál STO. Slučovač 3 může být realizován například pomocí jednoduchého odporového slučovače signálů, tj. jedním odporem na každém vstupu a jedním na výstupu slučovače 3 uspořádaných do hvězdy, kde každý má hodnotu odporu rovnou třetině charakteristické impedance vedení. Po naměření odezvy na oba signály se tato uloží a porovná s uloženou zaznamenanou odezvou analogového filtru 4 na pouze jeden ze signálů, první signál STA nebo druhý signál STO. Po zaznamenání zmíněných odezev se nejdříve pomocí série korelací zjistí časové posuny mezi odezvou analogového filtru 4 na oba signály a dvěma kopiemi uložené samostatné odezvy. Výsledkem těchto korelací je vždy časový posun daného signálu, prvního signálu STA nebo druhého signálu STO, obsažených v odezvě na oba signály oproti uložené samostatné odezvě, která představuje pevný časový okamžik pro oba signály. Poté lze časové zpoždění mezi signály, první signál STA a druhý signál STO jednoduše

-3CZ 2019 - 751 A3 spočítat pomocí rozdílu zjištěných časových posunů obou signálů oproti uložené samostatné odezvě.

Analogový filtr 4 může být realizován v případě vedení se střídavou vazbou například pomocí paralelně zapojeného kondenzátoru fungujícího zároveň s nenulovou impedancí vedení jako dolní propust a paralelního odporu, který zajistí vybíjení zmíněného paralelně zapojeného kondenzátoru a tím tedy časově omezí napěťovou odezvu celého obvodu.

Příklad 2

Další varianta zařízení podle vynálezu vychází ze základní varianty zařízení popsané v příkladu 1 a je zobrazena na obr. 2. V tomto případě je z druhého výstupu obvodu 6 řízení a zpracování signálu přivedena zpětná vazba na další vstup prvního komparátoru 1. Přidání zpětné vazby umožňuje znovuspuštění prvního komparátoru 1, které se výhodně uskuteční po odeznění odezev analogového filtru 4 po příchodu signálů, prvního signálu STA a druhého signálu STO. Je tak umožněno zaznamenání samostatné odezvy analogového filtru 4 na signál z prvního komparátoru 1.

V této variantě zařízení je nejdříve naměřena odezva analogového filtru 4 pomocí analogově digitálního převodníku 5 na oba sloučené signály, první signál STA a druhý signál STO. Po naměření odezvy na oba signály, první signál STA a druhý signál STO, se tato uloží a porovná s uloženou zaznamenanou odezvou analogového filtru 4 pouze na samostatný první signál STA. Impulz pro vybuzení této samostatné odezvy je realizován spuštěním prvního komparátoru 1 pomocí zpětné vazby z obvodu 6 řízení a zpracování signálu po odeznění odezvy na sloučené signály, první signál STA a druhý signál STO. Po zaznamenání všech zmíněných odezev se nejdříve pomocí série korelací zjistí časové posuny mezi odezvou analogového filtru 4 na oba signály, první signál STA a druhý signál STO a dvěma kopiemi samostatné odezvy na první signál STA. Výsledkem těchto korelací je vždy časový posun daného signálu STA nebo STO obsažených v odezvě na oba signály oproti uložené samostatné odezvě, která představuje pevný časový okamžik pro oba signály. Poté lze časové zpoždění mezi signály, prvním signálem STA a druhým signálem STO, jednoduše spočítat pomocí rozdílu zjištěných časových posunů obou signálů oproti uložené samostatné odezvě na první signál STA.

Při naměření všech zmíněných odezev pomocí dostatečně rychlého analogově digitálního převodníku 5 a použití programovatelného hradlového pole jako obvodu 6 řízení a zpracování signálu může být dosaženo přesnosti určení časového zpoždění mezi dvojicí signálů řádově v jednotkách pikosekund a méně, nebývalé nízké hodnoty stability v řádech desítek femtosekund a méně a opakovači frekvence řádově desítky kilohertz a více.

Příklad 3

Další varianta zařízení podle vynálezu vychází ze základní varianty zařízení popsané v příkladu 1 a je zobrazena na obr. 3. V tomto případě je z třetího výstupu obvodu 6 řízení a zpracování signálu přivedena další zpětná vazba na další vstup druhého komparátoru 2. Přidání zpětné vazby umožňuje znovuspuštění druhého komparátoru 2, které se výhodně uskuteční po odeznění odezvy analogového filtru 4 po příchodu sloučených signálů, prvního signálu STA a druhého signálu STO. Je tak umožněno zaznamenání samostatné odezvy analogového filtru 4 na signál z druhého komparátoru 2.

V této variantě zařízení je nejdříve naměřena odezva analogového filtru 4 pomocí analogově digitálního převodníku 5 na oba sloučené signály, první signál STA a druhý signál STO. Po naměření odezvy na oba signály se tato uloží a porovná s uloženou zaznamenanou odezvou analogového filtru 4 pouze na samostatný druhý signál STO. Impulz pro vybuzení této samostatné odezvy je realizován spuštěním druhého komparátoru 2 pomocí zpětné vazby z obvodu 6 řízení a zpracování signálu po odeznění odezvy na první signál STA a druhý signál STO. Po zaznamenání

-4CZ 2019 - 751 A3 všech zmíněných odezev se nejdříve pomocí série korelací zjistí časové posuny mezi odezvou analogového filtru 4 na oba signály a dvěma kopiemi samostatné odezvy na druhý signál STO. Výsledkem těchto korelací je vždy časový posun daného signálu prvního signálu STA nebo druhého signálu STO obsažených v odezvě na oba signály oproti uložené samostatné odezvě, která představuje pevný časový okamžik pro oba signály. Poté lze časové zpoždění mezi prvním signálem STA a druhým signálem STO jednoduše spočítat pomocí rozdílu zjištěných časových posunů obou signálů oproti uložené samostatné odezvě na druhý signál STO.

Příklad 4

Další varianta zařízení podle vynálezu vychází z varianty zařízení popsané v příkladu 2 a je zobrazena na obr. 4. V tomto případě jez třetího výstupu obvodu 6 řízení a zpracování signálu přivedena další zpětná vazba na další vstup druhého komparátoru 2. Přidání obou zpětných vazeb umožňuje následné postupné znovuspuštění prvního komparátoru 1 a druhého komparátoru 2, které se výhodně uskuteční po odeznění odezev analogového filtru 4 po příchodu signálů, prvního signálu STA a druhého signálu STO. Je tak umožněno zaznamenání samostatných odezev analogového filtru 4 na signál z prvního komparátoru 1 a druhého komparátoru 2. Další výhodou je, že varianta umožňuje spuštění prvního komparátoru 1 a druhého komparátoru 2 zároveň, což umožní změření rozdílů v délkách propojení mezi výstupem prvního komparátoru 1, respektive druhého komparátoru 2 a vstupem analogového filtru 4 a tím kalibraci zařízení.

V této variantě zařízení je nejdříve naměřena odezva analogového filtru 4 pomocí analogově digitálního převodníku 5 na oba sloučené signály, první signál STA a druhý signál STO. Po naměření odezvy na oba signály se tato uloží a porovná s uloženou zaznamenanou odezvou analogového filtru 4 na pouze jeden ze signálů, první signál STA nebo druhý signál STO. Impulz pro vybuzení této samostatné odezvy je realizován spuštěním prvního komparátoru 1 nebo druhého komparátoru 2 pomocí zpětných vazeb z obvodu 6 řízení a zpracování signálu po odeznění odezvy na signály, první signál STA a druhý signál STO. Po zaznamenání všech zmíněných odezev se nejdříve pomocí série korelací zjistí časové posuny mezi odezvou analogového filtru 4 na oba signály a dvěma kopiemi jedné samostatné odezvy nebo oběma samostatnými odezvami. Výsledkem těchto korelací je vždy časový posun daného signálu, prvního signálu STA nebo druhého signálu STO, obsažených v odezvě na oba signály oproti uložené samostatné odezvě na první signál STA nebo druhý signál STO, která představuje pevný časový okamžik pro oba signály. Poté lze časové zpoždění mezi signály, prvním signálem STA a druhým signálem STO jednoduše spočítat pomocí rozdílu zjištěných časových posunů obou signálů oproti uložené samostatné odezvě.

Použití dvojice zpětných vazeb, tedy na první komparátor 1 i druhý komparátor 2, umožňuje pomocí jejich současného spuštění simulovat příchod obou signálů, prvního signálu STA a druhého signálu STO zároveň, tedy s nulovým vzájemným časovým posunem. Po vypočítání časového zpoždění mezi těmito signály pomocí série korelací, je tato využita jako kalibrační konstanta, která má hodnotu rozdílu propagačních časů signálů, prvního signálu STA a druhého signálu STO, až po jejich vstup do analogového filtru 4. Kalibrační konstanta může být měřena i opakovaně, čímž se její hodnota dále upřesňuje.

Příklad 5

Další varianta zařízení podle vynálezu vychází ze základní varianty zařízení popsané v příkladu 1 a je zobrazena na obr. 5. V tomto případě je navíc vstup prvního signálu STA do prvního komparátoru 1 vybaven prvním spínačem 7 pro blokování signálu a vstup druhého signálu STO do druhého komparátoru 2 je vybaven druhým spínačem 8 pro blokování signálu. Přidání prvního spínače 7 pro blokování signálu a druhého spínače 8 pro blokování signálu umožňuje izolovat vstupy prvního komparátoru 1 a druhého komparátoru 2 a tím zajistit neměnnost signálů na jejich výstupech po dobu nutnou pro naměření odezev analogového filtru 4 pomocí analogově digitálního převodníku 5. Zmíněná neměnnost signálů je důležitá pro dosažení neměnnosti odezvy

-5CZ 2019 - 751 A3 analogového filtru 4 při jakémkoliv opakovaném spuštění prvního komparátoru 1 nebo druhého komparátoru 2.

Příklad 6

Další varianta zařízení podle vynálezu vychází z varianty zařízení popsané v příkladu 2 a je zobrazena na obr. 6. V tomto případě je navíc vstup prvního signálu STA do prvního komparátoru 1 vybaven prvním spínačem 7 pro blokování signálu a vstup druhého signálu STO do druhého komparátoru 2 je vybaven druhým spínačem 8 pro blokování signálu. Tato varianta kombinuje ίο výhody zpětné vazby uvedené v příkladu 2 a dvou spínačů uvedené v příkladu 5.

Příklad 7

Další varianta zařízení podle vynálezu vychází z varianty zařízení popsané v příkladu 3 a je 15 zobrazena na obr. 7. V tomto případě je navíc vstup prvního signálu STA do prvního komparátoru 1 vybaven prvním spínačem 7 pro blokování signálu a vstup druhého signálu STO do druhého komparátoru 2 je vybaven druhým spínačem 8 pro blokování signálu. Tato varianta kombinuje výhody zpětné vazby uvedené v příkladu 3 a dvou spínačů uvedené v příkladu 5.

Příklad 8

Další varianta zařízení podle vynálezu vychází z varianty zařízení popsané v příkladu 4 a je zobrazena na obr. 8. V tomto případě je navíc vstup prvního signálu STA do prvního komparátoru 1 vybaven prvním spínačem 7 pro blokování signálu a vstup druhého signálu STO do druhého 25 komparátoru 2 je vybaven druhým spínačem 8 pro blokování signálu. Tato varianta kombinuje výhody dvou zpětných vazeb uvedené v příkladu 4 a dvou spínačů uvedené v příkladu 5.

Příklad 9

Další možné varianty zařízení podle vynálezu vychází z variant zařízení popsaných v příkladech 5 až 8 a jsou zobrazeny na obr. 9, 10, 11 a 12. Jak z obrázků vyplývá, v uvedených variantách zařízení je navíc první spínač 7 pro blokování signálu propojen se čtvrtým výstupem obvodu 6 řízení a zpracování signálu a druhý spínač 8 pro blokování signálu je propojen s pátým výstupem obvodu 6 řízení a zpracování signálu. Tato varianta kombinuje výhody zpětných vazeb uvedených 35 v příkladech 2, 3 a 4 a dvou spínačů uvedené v příkladu 5, které je navíc možno ovládat pomocí obvodu 6 řízení a zpracování signálu.

Příklad 10

Další možné varianty zařízení podle vynálezu vychází z variant zařízení popsaných v příkladech 5 až 8 a jsou zobrazeny na obr. 13, 14, 15 a 16. Jak z obrázků vyplývá, v uvedených variantách zařízení je navíc první spínač 7 pro blokování signálu řízen dalším výstupem prvního komparátoru 1 a druhý spínač 8 pro blokování signálu je řízen dalším výstupem druhého komparátoru 2. Tato varianta kombinuje výhody zpětných vazeb uvedených v příkladech 2, 3 a 4 a dvou spínačů 45 uvedených v příkladu 5, které jsou ovládané přímo pomocí výstupů z prvního komparátoru 1 a druhého komparátoru 2.

Příklad 11

Další možné varianty zařízení podle vynálezu vychází z variant zařízení popsaných v příkladech 1 až 9 a jsou zobrazeny na obr. 17 až 32. Jak z obrázků vyplývá, v uvedených variantách zařízení je navíc další výstup z prvního komparátoru 1 přiveden na třetí vstup obvodu 6 řízení a zpracování signálu a další výstup z druhého komparátoru 2 přiveden na čtvrtý vstup obvodu 6 řízení a zpracování signálu. Tato varianta kombinuje všechny výhody uvedené v předchozích příkladech mimo příklad 10. Propojení dalšího výstupu prvního komparátoru 1 a dalšího výstupu druhého

-6CZ 2019 - 751 A3 komparátoru 2 s obvodem 6 řízení a zpracování signálu umožňuje zaznamenat hrubý čas spuštění prvního komparátoru 1 a druhého komparátoru 2, respektive příchodů signálů, prvního signálu STA a druhého signálu STO a tím usnadňuje a urychluje detekci spuštění analogového filtru 4 v reakci na spuštění prvního komparátoru 1 a druhého komparátoru 2.

Příklad 12

Další možná varianta zařízení podle vynálezu vychází z varianty zařízení popsané v příkladu 1 a je zobrazena na obr. 33. Jak z obrázku vyplývá, v uvedené variantě zařízení je na výstup prvního komparátoru 1 dále připojen první vstup druhého slučovače 9 a na výstup druhého komparátoru 2 je dále připojen druhý vstup druhého slučovače 9, jehož výstup je připojen na vstup druhého analogového filtru 10, jehož výstup je propojen se vstupem druhého analogově digitálního převodníku 11, jehož výstup je propojen s třetím vstupem obvodu 6 řízení a zpracování signálu. Tato varianta umožňuje zaznamenání odezev analogového filtru 4 a zároveň druhého analogového filtru 10 pro každý ze signálů, první signál STA a druhý signál STO.

Zdvojení odezev na oba signály, první signál STA a druhý signál STO a jejich průchod analogovým filtrem 4 i druhým analogovým filtrem 10 umožňuje naměření průběhů pro signály, první signál STA a druhý signál STO, jak pomocí analogově digitálního převodníku 5 tak i pomocí druhého analogově digitálního převodníku 11. Po odeznění zmíněných odezev analogového filtru 4 a druhého analogového filtru 10 jsou průběhy uloženy pomocí obvodu 6 řízení a zpracování signálu. S výhodou lze poté využít rozdílných propagačních časů prvního signálu STA mezi prvním komparátorem j_ a analogovým filtrem 4 a druhým analogovým filtrem 10 a/nebo rozdílných propagačních časů druhého signálu STO mezi druhým komparátorem 2 a analogovým filtrem 4 a druhým analogovým filtrem 10. tedy vzájemného fázového posunu odezev analogového filtru 4 a druhého analogového filtru 10 na oba signály, první signál STA a druhý signál STO a pomocí statistické dekompozice signálů je rozložit na jejich jednotlivé složky a vypočítat jak samostatnou odezvu na první signál STA tak i samostatnou odezvu na druhý signál STO. Vypočítaná samostatná odezva na první signál STA a/nebo vypočítaná samostatná odezva na druhý signál STO, je pak společně s jednou uloženou odezvou na oba signály použity stejně, jak je uvedeno v předcházejících příkladech pro sérii korelací a následný výpočet zpoždění mezi prvním signálem STA a druhým signálem STO,

Tato varianta zařízení tedy nevyžaduje spuštění prvního komparátoru 1 nebo druhého komparátoru 2 pomocí zpětných vazeb pro naměření odezvy na samostatný signál nebo samostatné signály a tím se ještě dále zpřesní výpočet a především stabilita časového zpoždění mezi signály, nicméně za cenu velmi vysokých nároků na výpočetní výkon nutný pro výpočty statistické dekompozice signálů.

Průmyslová využitelnost

Přesné měření časových intervalů se využívá v mnoha oborech. Zařízení dle tohoto vynálezu může být využito v nejrůznějších oborech jako je jaderná technika, astronomie, lékařství, elektronika, metrologie, navigace. V rámci jednotlivých oborů mohou být zapojení dle tohoto vynálezu využita v nejrůznějších zařízeních, kde je potřeba měřit časové zpoždění mezi dvěma událostmi, jako jsou radary, lidary, ultrazvukové sonary, testovací zařízení pro elektronické obvody, TDC převodníky, nej různější prostorové zaměřovači přístroje, dálkoměry, zařízení pro lékařskou diagnostiku, přístroje pro metrologii času, přístroje pro základní částicový výzkum.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro přesné měření časových intervalů, vyznačující se tím, že obsahuje první komparátor (1), najehož vstup je přiveden první signál (STA), a jehož výstup je spojen s prvním ze vstupů slučovače (3), najehož druhý vstup je připojen výstup druhého komparátoru (2), najehož vstup je přiveden druhý signál (STO), přičemž výstup ze slučovače (3) je připojen na vstup analogového filtru (4), jehož výstup je propojen se vstupem analogově digitálního převodníku (5), jehož výstup je propojen se vstupem obvodu (6) řízení a zpracování signálu, najehož druhý vstup je dále přiveden referenční hodinový signál (REF), který je zároveň přiveden na další vstup analogově digitálního převodníku (5) a výstupem obvodu (6) řízení a zpracování signálu je datový výstup (DAT) časových intervalů.
2. 2. Zařízení pro přesné měření časových intervalů podle nároku 1, vyznačující se tím, že z druhého výstupu obvodu (6) řízení a zpracování signálu je přivedena zpětná vazba na další vstup prvního komparátoru (1).
3. 3. Zařízení pro přesné měření časových intervalů podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že z třetího výstupu obvodu (6) řízení a zpracování signálu je přivedena další zpětná vazba na další vstup druhého komparátoru (2).
4. 4. Zařízení pro přesné měření časových intervalů podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že obvod (6) řízení a zpracování signálu je realizován programovatelným hradlovým polem.
5. 5. Zařízení pro přesné měření časových intervalů podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že vstup prvního signálu (STA) do prvního komparátoru (1) je vybaven prvním spínačem (7) pro blokování signálu a vstup druhého signálu (STO) do druhého komparátoru (2) je vybaven druhým spínačem (8) pro blokování signálu.
6. 6. Zařízení pro přesné měření časových intervalů podle nároku 5, vyznačující se tím, že první spínač (7) pro blokování signálu je propojen s čtvrtým výstupem obvodu (6) řízení a zpracování signálu a druhý spínač (8) pro blokování signálu je propojen s pátým výstupem obvodu (6) řízení a zpracování signálu.
7. 7. Zařízení pro přesné měření časových intervalů podle nároku 5, vyznačující se tím, že první spínač (7) pro blokování signálu je řízen dalším výstupem prvního komparátoru (1) a druhý spínač (8) pro blokování signálu je řízen dalším výstupem druhého komparátoru (2).
8. 8. Zařízení pro přesné měření časových intervalů podle nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že další výstup z prvního komparátoru (1) je přiveden na třetí vstup obvodu (6) řízení a zpracování signálu, další výstup z druhého komparátoru (2) je přiveden na čtvrtý vstup obvodu (6) řízení a zpracování signálu.
9. 9. Zařízení pro přesné měření časových intervalů podle nároku 1, vyznačující se tím, že výstup z prvního komparátoru (1) je zároveň spojen s prvním vstupem druhého slučovače (9) a výstup druhého komparátoru (2) je zároveň spojen s druhým vstupem druhého slučovače (9), přičemž výstup z druhého slučovače (9) je připojen na vstup druhého analogového filtru (10), jehož výstup je propojen se vstupem druhého analogově digitálního převodníku (11), jehož výstup je propojen s třetím vstupem obvodu (6) řízení a zpracování signálu.
10. 10. Zařízení pro přesné měření časových intervalů podle nároku 9, vyznačující se tím, že druhý slučovač (9) je realizován třemi odpory zapojenými do hvězdy a druhý analogový filtr (10) je realizován paralelně zapojeným odporem a kondenzátorem.

    -8CZ 2019 - 751 A3
11. 11. Zařízení pro přesné měření časových intervalů podle nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že slučovač (3) je realizován třemi odpory zapojenými do hvězdy.
12. 12. Zařízení pro přesné měření časových intervalů podle nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že 5 analogový filtr (4) je realizován paralelně zapojeným odporem a kondenzátorem.