DE3422805C1 - Circuit arrangement for measuring the time difference between pulses - Google Patents

Circuit arrangement for measuring the time difference between pulses

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Peter Dipl.-Ing. 5014 Kerpen Güttler
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Abstract

The invention relates to a circuit device for measuring the time difference between pulses occurring at different inputs (101, 102) of the device. The measurement is intended to be irrespective of the circuit device input at which the first pulse occurs and the input at which the second pulse occurs. This is achieved by connecting the inputs (101, 102) of the circuit device via a switching device (1) to the start/stop inputs of a counting device (2) known per se. The switching device (1) has an OR gate (105) and an AND gate (106), the inputs of these gates being connected in each case via holding components (103, 104) to the inputs (101, 102) of the circuit device. The output of the OR gate (105) is connected to the start input (107) of the counting device (2) and the output of the AND gate (106) is connected to the stop input (108) of the counting device (2). <IMAGE>

Description

Da durch die Schaltvorrichtung 1 bewirkt wird, daß an dem Ausgang 107 der jeweils zeitlich erste Impuls und an dem Ausgang 108 der zeitlich spätere Impuls auftritt, erzeugt das Flip-Flop 201 unabhängig von der Impulsfolge an den Eingängen 101 und 102 Torsignale, deren Breite der Zeitdifferenz zwischen den nacheinander eintreffenden Signalen entspricht. Diese Torsignale werden dann mit Hilfe des UND-Gatters 202, des Taktgenerators 203 und des Zählers 204 ausgezählt. Since it is effected by the switching device 1 that at the output 107 the first pulse in each case and the later one at output 108 Pulse occurs, the flip-flop 201 generates regardless of the pulse train to the Inputs 101 and 102 gate signals, the width of which is the time difference between the successive arriving Signals. These gate signals are then with the help of the AND gate 202, of the clock generator 203 and the counter 204 are counted.

Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 soll im Zusammenhang mit dem Impulsdiagramm nach Fig. 2 näher erläutert werden: Am Eingang 101 und damit am Flip-Flop 103 möge während eines ersten Zeitabschnitts T 1, der in F i g. 2A) mit 300 bezeichnete Impuls und im Zeitabschnitt T2 der mit 301 bezeichnete Impuls eintreffen. Am Eingang 102 der Schaltvorrichtung 1 und damit am Flip-Flop 104 mögen während der Zeitabschnitte T1 und T2, die in F i g. 2B) mit 302 und 303 bezeichneten Impulse auftreten. Die Aufgabe der Schaltungsvorrichtung ist es, während des Zeitabschnitts T 1 die Zeitdifferenz zwischen den Impulsen 300 und 302 und während des Zeitabschnitts T2, die Zeitdifferenz zwischen den Impulsen 303 und 301 zu bestimmen. Dabei gelangt während des Zeitabschnitts T1 der erste Impuls 300 an den Eingang 101 und während des Zeitabschnitts T2 der zeitlich erste Impuls 303 an den Eingang 102. The switching device 1 according to the invention is intended in connection with the pulse diagram of Fig. 2 are explained in more detail: At input 101 and thus on the flip-flop 103 may during a first time segment T 1, which is shown in FIG. 2A) with 300 designated pulse and in time segment T2 the pulse designated 301 arrive. At the input 102 of the switching device 1 and thus at the flip-flop 104 like during the time segments T1 and T2 shown in FIG. 2B) labeled 302 and 303 Impulses occur. The task of the switching device is during the time segment T 1 is the time difference between pulses 300 and 302 and during the time segment T2 to determine the time difference between pulses 303 and 301. It got there during the time segment T1 the first pulse 300 at the input 101 and during of the time segment T2, the temporally first pulse 303 at the input 102.

An dem Ausgang des vorzugsweise flankengesteuerten Flip-Flops 103 ergeben sich die in den F i g. 2C) und 2D) dargestellten Impulse bzw. Signale 304, 305, 306 und 307. At the output of the preferably edge-controlled flip-flop 103 result in the F i g. 2C) and 2D) shown pulses or signals 304, 305, 306 and 307.

Die Fig. 2E) und 2F) zeigen die Signalverhältnisse an den Ausgängen 107 und 108 der Schaltvorrichtung 1. FIGS. 2E) and 2F) show the signal conditions at the outputs 107 and 108 of the switching device 1.

Sowohl während des ersten Zeitabschnitts T1 als auch während des zweiten Zeitabschnitts T2 erscheint am Ausgang 107 der das (flankengesteuerte) Flip-Flop 201 der Zählvorrichtung 2 setzende Impuls 308 bzw. 309.Both during the first time segment T1 and during the second Time segment T2 appears at the output 107 of the (edge-controlled) flip-flop 201 of the counting device 2 setting pulse 308 or 309.

Am Ausgang 108 der Schaltvorrichtung 1 hingegen erscheint jeweils zeitlich später der das Flip-Flop 201 zurücksetzende Impuls 310 bzw. 311. Am Ausgang des Flip-Flops 201 treten dann die in F i g. 2G) dargestellten Torsignale 312 und 313 der Breite T3 und F i g. 4 auf, die mit Hilfe des Zählers 204 als Zeitmeßsignale ausgezählt werden.At the output 108 of the switching device 1, however, appears in each case later in time the pulse 310 or 311 resetting the flip-flop 201. At the output of the flip-flop 201 then occur in FIG. 2G) shown gate signals 312 and 313 of width T3 and F i g. 4, which with the help of the counter 204 as timing signals to be counted.

Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 hat sich unter anderem besonders bei der Ausmessung von Impulsflanken einzelner Impulse bewährt. Eine entsprechende Schaltungsvorrichtung, wie sie bei der Messung von Ultraschallechoimpulsen verwendet werden kann, zeigt F i g. 3. Das entsprechende auszumessende Echosignal ist in F i g. 4 dargestellt. The switching device 1 according to the invention has, among other things, particularly Proven when measuring pulse edges of individual pulses. A corresponding Circuit device as used in the measurement of ultrasonic echo pulses F i g shows. 3. The corresponding echo signal to be measured is in F i g. 4 shown.

In F i g. 3 sind mit 1,2 und 3 wiederum die Schaltvorrichtung, die an sich bekannte Zählvorrichtung und die Taktsteuerung bezeichnet. Die Taktsteuerung ist sowohl mit der Schaltvorrichtung 1 als auch mit einem Sichtgerät 4 und einem Sender 5 zur Triggerung dieser Einheiten verbunden. Der Sender 5 erzeugt elektrische Spannungsimpulse, die einem elektro-akustischen Wandler 6 zugeführt werden. Dieser Wandler erzeugt dann entsprechende Ultraschallimpulse, die in ein Werkstück 7 gelangen, von dessen Rückwand 70 reflektiert werden, wiederum in den Wandler 6 gelangen und in entsprechende elektrische Impulse umgewandelt werden. Nach Verstärkung dieser Impulse in einem Verstärker 8 werden sie in einem Gleichrichter 9 gleichgerichtet und einerseits dem Sichtgerät 4 und andererseits einer Schaltungsanordnung 10 zugeführt. In Fig. 3 are with 1, 2 and 3 in turn the switching device that known per se counting device and the clock control referred to. The clock control is both with the switching device 1 and with a display device 4 and a Transmitter 5 connected to trigger these units. The transmitter 5 generates electrical Voltage pulses which are fed to an electro-acoustic converter 6. This The transducer then generates corresponding ultrasonic pulses that reach a workpiece 7, are reflected by the rear wall 70, again get into the transducer 6 and converted into corresponding electrical impulses. After reinforcing this Pulses in an amplifier 8 are rectified in a rectifier 9 and on the one hand to the display device 4 and on the other hand to a circuit arrangement 10.

Die Schaltungsanordnung 10 besteht im wesentlichen aus zwei Komparatoren 11 und 12 und zwei variablen Widerständen 13 und 14. Der Ausgang des Gleichrichters 9 ist jeweils mit einem Eingang der Komparatoren 11 und 12 verbunden. An dem jeweils zweiten Eingang der Komparatoren liegt eine Spannung U 1, U2, die mit Hilfe der Widerstände 13, 14 von einer Spannungsquelle Uabgeleitet wird. Die Ausgänge der Komparatoren 11, 12 sind mit den Eingängen 101 und 102 der Schaltvorrichtung 1 (Fig. 1) verbunden. The circuit arrangement 10 consists essentially of two comparators 11 and 12 and two variable resistors 13 and 14. The output of the rectifier 9 is each connected to an input of the comparators 11 and 12. On each second input of the comparators is a voltage U 1, U2, which with the help of Resistors 13, 14 from a voltage source U is derived. The outputs of the comparators 11, 12 are connected to the inputs 101 and 102 of the switching device 1 (FIG. 1).

Im folgenden soll auf die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung 10 mit Hilfe des in F i g. 4 dargestellten Ultraschallrückwandechosignals 314 näher eingegangen werden: Die Widerstände 13 und 14 sollen zunächst so eingestellt sein, daß die Referenzspannung U 1 am Komparator 11 kleiner ist als die Referenzspannung U2 am Komparator 12. Dann ergibt sich am Ausgang des Komparators 11 immer dann ein Signal, wenn das Echosignal 314 den Wert U 1 überschreitet. Am Ausgang des Komparators 12 hingegen ergibt sich ein Signal, wenn das Echosignal 314 den Wert U2 überschreitet. In dem geschilderten Fall gelangt also der zeitlich erste Signalwert stets an den Eingang 101 der Schaltungsvorrichtung. In the following, the mode of operation of the circuit arrangement 10 with the aid of the in FIG. 4 illustrated ultrasonic back wall echo signal 314 in more detail are received: The resistors 13 and 14 should initially be set in such a way that that the reference voltage U 1 at the comparator 11 is smaller than the reference voltage U2 at the comparator 12. Then there is always a at the output of the comparator 11 Signal when the echo signal 314 exceeds the value U 1. At the output of the comparator 12, on the other hand, a signal results when the echo signal 314 exceeds the value U2. In the case described, the first signal value in time always arrives at the Input 101 of the circuit device.

Würde man hingegen U2< U1 wählen (nicht dargestellt), so würde der zeitlich erste Signalwert über den Eingang 102 an die Schaltungsvorrichtung 1 gelangen. If, on the other hand, one were to choose U2 <U1 (not shown), then the temporally first signal value via the input 102 to the circuit device 1 arrive.

In der Praxis hat es sich nun als vorteilhaft erwiesen, bei der Auswertung der Echosignale, einer der beiden Spannungen (z. B. U1) unverändert zu lassen und nur die zweite Spannung zu variieren und zwar sowohl auf Spannungswerte U2< U1 als auch auf Spannungswerte U2< Ul. Für den jeweils vorgegebenen Wert IU2-U1( soll dann der entsprechende Zeitdifferenzwert lt 1 - t 2 möglichst genau gemessen werden. Da es für die erfindungsgemäße Schaltung unwichtig ist, an welchem Eingang der Schaltvorrichtung das erste Signal und an welchem Eingang das zweite Signal auftritt, kann die vorstehend beschriebene Aufgabe problemlos gelöst werden.In practice it has now proven to be advantageous in the evaluation of the echo signals, leave one of the two voltages (e.g. U1) unchanged and to vary only the second voltage, both to voltage values U2 <U1 as well as voltage values U2 <Ul. For the given value IU2-U1 ( the corresponding time difference value lt 1 - t 2 should then be measured as precisely as possible will. Since it is unimportant for the circuit according to the invention at which input the switching device the first signal and at which input the second signal occurs, the above-described object can be achieved without any problems.

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Claims (3)

Patentansprüche: 1. Schaltungsvorrichtung zur Messung der Zeitdifferenz zwischen an zwei verschiedenen Eingängen der Vorrichtung auftretenden Impulsen, mit einer Start/Stopp-Eingänge aufweisenden Zählvorrichtung und einer zwischen der Zählvorrichtung und dem Eingang der Schaltungsvorrichtung angeordneten Schaltvorrichtung, die unabhängig davon, an welchem Eingang der Schaltungsvorrichtung ein erster Impuls auftritt, diesen Impuls bzw. ein von ihm ausgelöstes Signal an den Starteingang der Zählvorrichtung und den nächsten am anderen Eingang auftretenden Impuls bzw. ein von diesem ausgelöstes Signal an den Stoppeingang der Zählvorrichtung legt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (1) ein ODER-Gatter (105) und ein UND-Gatter (106) aufweist, deren Eingänge jeweils über Halteglieder (103, 104) mit den Eingängen (101, 102) der Schaltungsvorrichtung verbunden sind, und daß der Ausgang des ODER-Gatters (105) mit dem Starteingang (107), der Zählvorrichtung (2) und der Ausgang des UND-Gatters (106) mit dem Stoppeingang (108) der Zählvorrichtung (2) verbunden sind.Claims: 1. Circuit device for measuring the time difference between pulses occurring at two different inputs of the device, with a counting device having start / stop inputs and one between the Counting device and the input of the switching device arranged switching device, regardless of the input of the circuit device at which a first pulse occurs, this pulse or a signal triggered by it to the start input the counting device and the next pulse or pulse that occurs at the other input. applies a signal triggered by this to the stop input of the counting device, characterized in that the switching device (1) has an OR gate (105) and an AND gate (106), the inputs of which are each via holding elements (103, 104) are connected to the inputs (101, 102) of the circuit device, and that the Output of the OR gate (105) with the start input (107), the counting device (2) and the output of the AND gate (106) with the stop input (108) of the counting device (2) are connected. 2. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteglieder (103, 104) Flip-Flops umfassen, deren jeweiliger Setzeingang mit jeweils einem Eingang (101, 102) der Schaltungsvorrichtung verbunden ist und deren Rücksetzeingänge mit einer Überwachungszeiträume (T 1, T2) bestimmenden Taktsteuerung (3) verbunden sind. 2. Circuit device according to claim 1, characterized in that that the holding elements (103, 104) comprise flip-flops, the respective set input is each connected to an input (101, 102) of the circuit device and their reset inputs with a clock control that determines the monitoring periods (T 1, T2) (3) are connected. 3. Verwendung der Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 in Ultraschall-Anlagen und -Geräten. 3. Use of the circuit device according to claim 1 or 2 in Ultrasonic systems and devices. Die Erfindung betrifft eine Schaltungsvorrichtung zur Messung der Zeitdifferenz zwischen an zwei verschiedenen Eingängen der Vorrichtung auftretenden Impulsen, mit einer Start/Stopp-Eingänge aufweisenden Zählvorrichtung und einer zwischen der Zählvorrichtung und dem Eingang der Schaltungsvorrichtung angeordnete Schaltvorrichtung, die unabhängig davon, an welchem Eingang der Schaltungsvorrichtung ein erster Impuls auftritt, diesen Impuls bzw. ein von ihm ausgelöstes Signal an den Starteingang der Zählvorrichtung und den nächsten am anderen Eingang auftretenden Impuls bzw. The invention relates to a circuit device for measuring the Time difference between occurring at two different inputs of the device Pulses, with a counting device having start / stop inputs and a arranged between the counting device and the input of the circuit device Switching device, regardless of the input of the switching device a first pulse occurs, this pulse or a signal triggered by it the start input of the counting device and the next one that occurs at the other input Impulse or ein von diesem ausgelöstes Signal an den Stoppeingang der Zählvorrichtung legt Schaltungsanordnungen zur Messung der Zeitdifferenz zwischen an zwei verschiedenen Eingängen einer Anordnung auftretenden Impulsen, durch Setzen und Rücksetzen eines Flip-Flops und Auszählung des Torsignals sind seit langem bekannt z. B. DE-PS 2842450. In der Regel können diese bekannten Schaltungsanordnungen allerdings nur dann eingesetzt werden, wenn das zeitlich zuerst eintreffende Signal sicher an den Setzeingang und das zeitlich später ankommende Signal an den Rücksetzeingang des Flip-Flops gelegt wird. Bei vielen Anwendungsfällen ist es aber nicht bekannt, an welchem Eingang der Schaltungsanordnung das erste Signal und an welchem Eingang das zweite Signal auftreten wird.a signal triggered by this to the stop input of the counting device provides circuit arrangements for measuring the time difference between two different Inputs of an arrangement occurring pulses, by setting and resetting a Flip-flops and counting of the gate signal have long been known z. B. DE-PS 2842450. As a rule, however, these known circuit arrangements can only then be used if the signal that arrives first is safely transferred to the set input and the signal arriving later is applied to the reset input of the flip-flop will. In many applications, however, it is not known at which input the circuit arrangement the first signal and at which input the second signal will occur. Aus der EP 53 487 Al ist ferner eine Schaltungsvorrichtung bekannt, die zur Messung der Zeitdifferenz zwischen zwei periodisch auftretenden Signalen dient. From EP 53 487 A1 a circuit device is also known, those for measuring the time difference between two periodically occurring signals serves. Mit Hilfe einer speziellen Flip-Flop-Schaltung wird erreicht, daß die Zeitdifferenzmessung auch dann möglich ist, wenn nicht festlegbar ist, an welchem Eingang der Schaltungsanordnung das erste Signal und an welchem Eingang das zweite Signal auftreten wird. Nachteilig bei dieser bekannten Schaltungsvorrichtung ist aber die Beschränkung auf sich periodisch wiederholende Signale.With the help of a special flip-flop circuit it is achieved that the time difference measurement is also possible if it cannot be determined on which Input of the circuit arrangement the first signal and at which input the second Signal will occur. A disadvantage of this known circuit device but the restriction to periodically repeating signals. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der es auf einfache Weise möglich ist, auch bei nicht periodischen Signalen eine absolute Zeitdifferenzmessung durchzuführen. The present invention is based on the object of a circuit device of the type mentioned at the beginning, with which it is possible in a simple manner, perform an absolute time difference measurement even with non-periodic signals. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Schaltvorrichtung ein UND-Gatter und ein ODER-Gatter aufweist, deren Eingänge jeweils über Halteglieder mit den Eingängen der - Schaltungsvorrichtung verbunden sind, und daß der Ausgang des ODER-Gatters mit dem Starteingang der Zählvorrichtung und der Ausgang des UND-Gatters mit dem Stoppeingang der Zählvorrichtung verbunden sind. This object is achieved in that the switching device is a AND gate and an OR gate, the inputs of which each have holding elements are connected to the inputs of the circuit device, and that the output of the OR gate with the start input of the counter and the output of the AND gate are connected to the stop input of the counting device. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren beschrieben: Es zeigt Fig.1 das Prinzipschema einer möglichen Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 2 ein Fig. 1 zugeordnetes Signaldiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise, F i g. 3 ein Ultraschallprüfgerät, in dem die erfindungsgemäße Schaltung zum Ausmessen von Ultraschallechos verwendet wird, und Fig.4 ein typisches Ultraschallecho, bei dem die Form der ansteigenden Flanke mit Hilfe der Vorrichtung gemäß F i g. 3 gemessen werden soll. Further details and advantages of the invention are set out below Described on the basis of an exemplary embodiment with the aid of figures: FIG. 1 shows the basic diagram of a possible design of the circuit arrangement according to the invention, FIG. 2 shows a signal diagram assigned to FIG. 1 to explain the mode of operation, F i g. 3 an ultrasonic testing device in which the circuit according to the invention for measuring is used by ultrasonic echoes, and Fig. 4 shows a typical ultrasonic echo which the shape of the rising flank with the aid of the device according to FIG. 3 measured shall be. Die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsvorrichtung besteht aus einer Schaltvorrichtung 1, einer dieser Schaltvorrichtung nachgeschalteten und an sich bekannten Zählvorrichtung 2 und einer Taktsteuerung 3. The in F i g. 1 shown circuit device consists of a Switching device 1, one of this switching device connected downstream and per se known counting device 2 and a clock control 3. Die Schaltvorrichtung 1 (und damit auch -die Schaltungsvorrichtung) besitzt die Eingänge 101 und 102, sowie diesen Eingängen nachgeordnete Flip-Flops 103, 104, wobei die Eingänge 101, 102 mit den Setzeingängen der zugeordneten Flip-Flops 103, 104 verbunden sind und wobei die Reseteingänge der Flip-Flops 103, 104 mit einem Taktsignal beaufschlagt werden, das sich in vorgegebenen Zeitspannen T1, T2 wiederholt und von der Taktsteuerung 3 erzeugt wird. Die Ausgänge der Flip-Flops 103, 104 sind jeweils sowohl mit den beiden Eingängen eines ODER-Gatters 105 als auch eines UND-Gatters 106 verbunden, deren Ausgänge die Ausgänge 107 und 108 der Schaltvorrichtung 1 bilden. The switching device 1 (and thus also the switching device) has inputs 101 and 102, as well as flip-flops downstream of these inputs 103, 104, the inputs 101, 102 with the set inputs of the assigned flip-flops 103, 104 are connected and the reset inputs of the flip-flops 103, 104 with a clock signal are applied, which is in predetermined time periods T1, T2 is repeated and generated by the clock controller 3. The outputs of the flip-flops 103, 104 are each connected to the two inputs of an OR gate 105 as also connected to an AND gate 106, the outputs of which are the outputs 107 and 108 of the Form switching device 1. An den Ausgängen 107, 108 ist die an sich bekannte Zählvorrichtung 2 angeschlossen. Diese Zählvorrichtung besteht beispielsweise aus einem Flip-Flop 201, dessen Setzeingang mit dem Ausgang 107 und dessen Reseteingang mit dem Ausgang 108 verbunden ist. Dem Flip-Flop 201 ist ein UND-Gatter 202 nachgeschaltet, an dessen zweitem Eingang ein Taktgenerator 203 liegt. The known counting device is at the outputs 107, 108 2 connected. This counting device consists, for example, of a flip-flop 201, its set input with output 107 and its reset input with output 108 is connected. The flip-flop 201 is followed by an AND gate 202, on whose the second input is a clock generator 203. Dem UND-Gatter 202 ist ein Zähler 204 nachgeordnet.A counter 204 is arranged downstream of the AND gate 202.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2842450C2 (en) * 1978-09-29 1982-08-19 MITEC Moderne Industrietechnik GmbH, 8012 Ottobrunn Method for measuring the time intervals between two electrical signals

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