RU2549248C1 - Method to measure time intervals and device for its realisation - Google Patents

Method to measure time intervals and device for its realisation Download PDF

Info

Publication number
RU2549248C1
RU2549248C1 RU2014151908/93A RU2014151908A RU2549248C1 RU 2549248 C1 RU2549248 C1 RU 2549248C1 RU 2014151908/93 A RU2014151908/93 A RU 2014151908/93A RU 2014151908 A RU2014151908 A RU 2014151908A RU 2549248 C1 RU2549248 C1 RU 2549248C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
time intervals
reference frequency
channels
signals
channel
Prior art date
Application number
RU2014151908/93A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Александрович Гайский
Павел Витальевич Гайский
Original Assignee
Морской гидрофизический институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Морской гидрофизический институт filed Critical Морской гидрофизический институт
Priority to RU2014151908/93A priority Critical patent/RU2549248C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2549248C1 publication Critical patent/RU2549248C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Unknown Time Intervals (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: method to measure time intervals is based on analogue n-fold conversion of measured first time intervals between start signals and (m1+1) signals of reference frequency into p times higher second time intervals to generated stop signals and coding of second time intervals in integer m1 periods τ0 of the reference frequency. At the same time they use two parallel channels of conversion of the sum of measured time interval with different values of the number m11 of the sample intervals in the first and m21 in the second channels, with different coefficients of expansion in discharge converters $$$ in the first and $$$ second channels. The start signal of t measured time interval is supplied, the dynamic range of values of which makes m periods of reference frequency, at the inlet of both channels simultaneously. The summary time intervals are converted into codes of counts {x(t)} and {x(t)}, comprising n1, digits for the first channel and n2 digits for the second channel. Codes of counts are fixed. Start signals (n1+n2) are supplied to inlets of channels or more inlet signals τx(t)-, $$$ . In a similar manner they convert these time intervals and fix codes of counts $$$ . Weight coefficients are determined for digits of codes of counts $$$ for the first and $$$ for the second channel by the solution of the system (n1+n2) or more linear algebraic equations of type $$$ , and digital values are determined for measured time intervals $$$ according to the formula $$$ , where $$$ . The substance of the invention-device for measurement of time intervals: it comprises a reference frequency unit (RFU) and digit converters of time intervals into a code with an interpolator (DCij), the outlets of which are connected to a control unit of an inlet blocking unit (IBU). The device also comprises a calculator (C) and two parallel channels of digit-by-digit coding (DDCC1 and DDCC2), where DCij with various coefficients of expansion are included in series by start inlets and stop outlets. The RFU comprises three outlets. The outlet of the start reference frequency of the RFU is connected to the first control inlets of all DCij. The outlet of the first reference frequency of RFU is t times less than its start reference frequency, is connected to the second control inlets of the DCij in the DDCC1. The outlet of the second reference frequency of RFU shifted by phase to the half of the period relative to its first reference frequency, is connected to the second control inlets of DCij in DDCC2. Outlets of stop signals of final DCij in DDCC1 and in DDCC2 are connected accordingly to the first and second control inlets of the calculator C. The control outlet of the C is connected to the control inlet of the device IBU. The inlet of the start signal of measured time interval via the IBU is connected to the inlets of the first DCij in DDCC1 and DDCC2. Code outlets of all DCij are connected to information inlets of the calculator C, the outlet of which is the outlet of the device.
EFFECT: increased accuracy of measurement of short time intervals due to identification of weight coefficients of digits of a count code of time intervals in working mode with accuracy of setting periods of reference frequencies.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной информационной техники и предназначено для использования в тех областях, где необходимо точное и высокоскоростное аналого-цифровое преобразование сигналов.The invention relates to the field of measuring information technology and is intended for use in areas where accurate and high-speed analog-to-digital signal conversion is needed.

Многие задачи аналого-цифрового преобразования сигналов решаются через промежуточное преобразование сигналов во временной интервал. Все задачи пре- образования в код коротких временных интервалов, меньших периода опорной частоты, сводятся к задаче измерения в долях опорной частоты интервала времени между неким стартовым импульсным сигналом и следующим за ним импульсным сигналом опорной частоты. Many tasks of analog-to-digital signal conversion are solved through the intermediate conversion of signals into a time interval. All problems of converting short time intervals shorter than the reference frequency period into a code are reduced to the task of measuring in time fractions of the reference frequency the time interval between a certain starting pulse signal and the following pulse signal of the reference frequency.

Известен способ решения этой задачи [изобретение "Способ измерения временных интервалов, основанный на аналоговом преобразовании измеряемого первого временного интервала", патент Украины № 40629, автор Гайский В.А., опубл. 15.08.2001 - Бюл. №7], основанный на аналоговом преобразовании измеряемого интервала в p раз больший временной интервал до сформирования стопового импульсного сигнала и разрядном кодировании расширенного временного интервала в целых периодах опорной частоты с помощью разрядного преобразования, формирования следующих младших разрядов путем многократного повторения этой процедуры принятием стопового сигнала за следующий стартовый. Поскольку диапазон преобразуемого интервала времени сохраняется в каждом разряде, то формально можно получить сколь угодно много разрядов.A known method of solving this problem [invention "A method of measuring time intervals based on analog conversion of the measured first time interval", patent of Ukraine No. 40629, author Gaysky V.A., publ. 08/15/2001 - Bull. No. 7], based on the analog conversion of the measured interval to p times the time interval before the formation of the stop pulse signal and bit coding of the extended time interval in whole periods of the reference frequency using bit conversion, the formation of the next least significant bits by repeating this procedure several times by taking the stop signal as next starting one. Since the range of the converted time interval is stored in each bit, it is formally possible to obtain arbitrarily many bits.

Этот способ по совокупности признаков наиболее близко совпадает с предложенным техническим решением, поэтому он принят в качестве прототипа для каждого из изобретений, входящих в заявленную группу.This method for the totality of features most closely matches the proposed technical solution, therefore, it is adopted as a prototype for each of the inventions included in the claimed group.

Прототип характеризуется следующими общими с заявленным способом измерения временных интервалов признаками: в нем осуществляется аналоговое n кратное преобразование измеряемых первых временных интервалов между стартовыми сигналами и (m1+1)-ми сигналами опорной частоты в p раз большие вторые временные интервалы до сформированных стоповых сигналов и кодирование вторых временных интервалов в целых m1 периодах τ0 опорной частоты.The prototype is characterized by the following characteristics that are common with the claimed method of measuring time intervals: it performs an analog n-fold conversion of the measured first time intervals between the start signals and the (m 1 +1) -th reference frequency signals p times larger second second time intervals to the generated stop signals and encoding of second time intervals in integer m 1 periods τ 0 of the reference frequency.

Недостатком прототипа является то, что из-за аналоговой реализации операции расширения интервала времени при разрядном преобразовании, которая обычно выполняется двухтактным интегратором, точность преобразования ограничена.The disadvantage of the prototype is that due to the analog implementation of the operation to expand the time interval during bit conversion, which is usually performed by a push-pull integrator, the accuracy of the conversion is limited.

Для современного уровня техники точность двухтактного интегратора ограничена величиной 10-4-10-3, т.е. такое аналого-цифровое преобразование не обеспечивает получение более 10÷13 точных двоичных разрядов из-за погрешности и изменения весов разрядов кода отсчета.For the current level of technology, the accuracy of the push-pull integrator is limited to 10 -4 -10 -3 , i.e. such analog-to-digital conversion does not provide more than 10 ÷ 13 exact binary digits due to the error and changes in the weights of the digits of the reference code.

С другой стороны, достигнутая стабильность периода опорных частот достигает 10-12 и потенциально обеспечивает кодирование временных интервалов с точностью до 40 двоичных разрядов.On the other hand, the achieved stability of the reference frequency period reaches 10 -12 and potentially provides encoding of time intervals with an accuracy of up to 40 bits.

В основу изобретения поставлена задача создания способа измерения временных интервалов и устройства для его осуществления, в которых обеспечивается единый технический результат - повышение точности измерения коротких временных интервалов.The basis of the invention is the task of creating a method for measuring time intervals and a device for its implementation, which provides a single technical result - improving the accuracy of measuring short time intervals.

Поставленная задача решается идентификацией в рабочем режиме весовых коэффициентов разрядов кода отсчета временных интервалов с точностью задания периодов опорных частот путем использования двух параллельных каналов преобразования с разными коэффициентами расширения p1j и p2j в разрядных преобразователях, подачи стартового сигнала t-измеряемого интервала времени

Figure 00000001
на входы обоих каналов одновременно, преобразования сумм измеряемого интервала
Figure 00000002
с разными значениями числа m11 образцовых интервалов в первом и m21 во втором каналах в коды отсчетов
Figure 00000003
из. n1 разрядов в первом и
Figure 00000004
из n2 разрядов во втором каналах, фиксации кодов отсчетов, повторения процедуры преобразования для (n1+n2)или более входных сигналов
Figure 00000005
определения цифровых значений измеряемых интервалов времени
Figure 00000006
по формулеThe problem is solved by identifying in the operating mode the weight coefficients of the digits of the code of the reference time intervals with the accuracy of setting the periods of the reference frequencies by using two parallel conversion channels with different expansion coefficients p 1j and p 2j in the bit converters, supplying the start signal of the t-measured time interval
Figure 00000001
to the inputs of both channels simultaneously, the conversion of the sums of the measured interval
Figure 00000002
with different values of the number m 11 model intervals in the first and m 21 in the second channel in the sample codes
Figure 00000003
of. n 1 digits in the first and
Figure 00000004
of n 2 bits in the second channel, fixing the sample codes, repeating the conversion procedure for (n 1 + n 2 ) or more input signals
Figure 00000005
determination of digital values of measured time intervals
Figure 00000006
according to the formula

Figure 00000007
Figure 00000007

где Where

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

весовые коэффициенты разрядов кодов отсчетов

Figure 00000010
для первого и
Figure 00000011
второго сигналов определяются решением системы (n1+n2) или более линейных алгебраических уравнений видаweight coefficients of digits of codes of samples
Figure 00000010
for the first and
Figure 00000011
the second signals are determined by the solution of the system (n 1 + n 2 ) or more linear algebraic equations of the form

Figure 00000012
Figure 00000012

где mτ0 - период опорной частоты, в долях которого представлены коды отсчетов

Figure 00000013
и
Figure 00000014
where mτ 0 is the period of the reference frequency, in fractions of which the sample codes are presented
Figure 00000013
and
Figure 00000014

τ0 - величина одного образцового интервала времени.τ 0 - the value of one model time interval.

Задача изобретения решается также тем, что в устройстве для измерения временных интервалов, содержащем блок опорной частоты и разрядный преобразователь временных интервалов в код с интерполятором, выход которого связан с управляющим входом узла блокировки входа устройства, новым является то, что оно дополнительно содержит вычислитель и два параллельных канала поразрядного кодирования, в которых разрядные преобразователи с разными коэффициентами расширения включены последовательно по стартовым входам и стоповым выходам, при этом блок опорных частот имеет три выхода, выход нулевой опорной частоты блока опорных частот подключен к первым управляющим входам всех разрядных преобразователей, выход первой опорной частоты блока опорных частот, в m раз меньшей нулевой опорной частоты, подключен к вторым управляющим входам разрядных преобразователей первого канала, выход второй опорной частоты блока опорных частот, сдвинутой по фазе на половину периода относительно первой опорной частоты, подключен к вторым управляющим входам разрядных преобразователей второго канала, выходы стоповых сигналов конечных разрядных преобразователей в первом и втором каналах подключены соответственно к первому и второму управляющим входам вычислителя, управляющий выход которого соединен с управляющим входом узла блокировки входа устройства, вход стартового сигнала измеряемого временного интервала через узел блокировки входа подключен к входам первых разрядных преобразователей в обоих каналах, кодовые выходы всех разрядных преобразователей подключены к информационным входам вычислителя, выход которого является выходом устройства.The objective of the invention is also solved by the fact that in a device for measuring time intervals containing a reference frequency unit and a bit converter of time intervals into a code with an interpolator, the output of which is connected to the control input of the input blocking unit of the device, it is new that it additionally contains a calculator and two parallel channel bitwise coding, in which bit converters with different expansion coefficients are connected sequentially at the start inputs and stop outputs, while it has three outputs to the reference frequencies, the output of the zero reference frequency of the block of reference frequencies is connected to the first control inputs of all bit converters, the output of the first reference frequency of the block of reference frequencies, m times smaller than the zero reference frequency, is connected to the second control inputs of the discharge converters of the first channel, output the second reference frequency of the block of reference frequencies, phase shifted by half the period relative to the first reference frequency, is connected to the second control inputs of the discharge converters of the second channel, you The stop signal odes of the final bit converters in the first and second channels are connected respectively to the first and second control inputs of the calculator, the control output of which is connected to the control input of the device input blocking node, the start signal of the measured time interval through the input block block is connected to the inputs of the first bit converters in both channels, the code outputs of all bit converters are connected to the information inputs of the computer, the output of which is the output m device.

Изобретение поясняется с помощью иллюстраций, на которых изображено: фиг. 1 - временная диаграмма расширения в p раз измеряемого интервала на двухтактном интеграторе и разрядного кодирования на счетчике; фиг. 2 - диаграммы сигналов при заявленном двухканальном поразрядном кодировании временных интервалов; фиг. 3 - структурная схема заявленного устройства.The invention is illustrated with the help of illustrations, which depict: FIG. 1 is a timing diagram of the expansion of p times the measured interval on the push-pull integrator and bit coding on the counter; FIG. 2 is a signal diagram for the claimed two-channel bitwise coding of time intervals; FIG. 3 is a structural diagram of the claimed device.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

Приведенный известный способ кодирования короткого интервала времени с помощью интерполятора на базе двухтактного интегратора, обеспечивающего расширение измеряемого интервала в p раз до стопового сигнала и кодирование этого интервала в целых периодах опорной частоты, иллюстрирует фиг. 1. Здесь измеряемый интервал времени τxi между стартовым импульсом t0 и первым следующим за ним сигналом Т1 опорной частоты с периодом τ1, преобразуется в расширенный в pj раз интервал

Figure 00000015
и кодируется целым числом периодов xj (здесь xj=1) опорной частоты.The known known method of encoding a short time interval using an interpolator based on a push-pull integrator, which provides an extension of the measured interval p times to a stop signal and encoding this interval in whole periods of the reference frequency, is illustrated in FIG. 1. Here, the measured time interval τ xi between the start pulse t 0 and the first following signal T 1 of the reference frequency with a period τ 1 is converted to an extended p j time interval
Figure 00000015
and encoded by an integer number of periods x j (here x j = 1) of the reference frequency.

Далее стоповый сигнал τ1 принимается за новый стартовый для интервала τx(i+1), являющегося дополнением до τ1, отрезка

Figure 00000016
и цикл преобразования интервала τx(i+1), повторяется.Next, the stop signal τ 1 is taken as a new start signal for the interval τ x (i + 1), which is an addition to τ 1 , of the segment
Figure 00000016
and the transformation cycle of the interval τ x (i + 1) is repeated.

Этот способ кодирования используется в каждом из каналов.This coding method is used in each channel.

В предлагаемом способе используется два параллельных канала с разными весовыми коэффициентами разрядов кодирования.In the proposed method, two parallel channels with different weighting coefficients of the coding bits are used.

Временные диаграммы сигналов при двухканальной реализации метода поразрядного кодирования временных интервалов представлены на фиг. 2. Здесь использованы следующие обозначения: последовательность импульсов Т0 (а) начальной опорной частоты с периодом τ0, T1, - последовательность импульсов первой опорной частоты Т1 (б) с периодом mτ0, Т2 - последовательность импульсов второй опорной частоты Т2(2) с периодом mτ0, сдвинутая по фазе на периода, т.е. на 1 2

Figure 00000017
0, от последовательности Т1. Последовательности Т0, Т1 и Т2 синхронизированы. Преобразуемый интервал времени задается стартовым сигналом t0, который возникает внутри периодов последовательностей Т1 и Т2 и длится до стоповых первых следующих сигналов Т1 и Т2 в первом и втором каналах. Эти интервалы далее кодируются в долях периода mτ0.Timing diagrams of signals during two-channel implementation of the method of bitwise coding of time intervals are presented in FIG. 2. The following notation is used here: a sequence of pulses T 0 (a) of the initial reference frequency with a period τ 0 , T 1 , is a sequence of pulses of the first reference frequency T 1 (b) with a period mτ 0 , T 2 is a sequence of pulses of the second reference frequency T 2 (2) with a period mτ 0 , out of phase by a period, i.e. on one 2
Figure 00000017
0 , from the sequence T 1 . The sequences T 0 , T 1 and T 2 are synchronized. The converted time interval is set by the start signal t 0 , which occurs inside the periods of the sequences T 1 and T 2 and lasts until the stop first signals T1 and T2 in the first and second channels. These intervals are further encoded in fractions of the period mτ 0 .

Рассмотрим процесс преобразования в первом канале, эпюра фиг. 2 (в). Стартовый сигнал t0 запускает первый такт интегратора, который длится в течение преобразуемого интервала τ11, до первого стопового сигнала Т1. В этот интервал вмещается m11 целых интервалов τ0, которые подсчитываются (m11+1) сигналами Т0 и принимаются за длительность m11τ0 образцового интервала τ01, аддитивного к неизвестному интервалу τxl. При этом

Figure 00000018
Consider the conversion process in the first channel, the plot of FIG. 2 (c). The start signal t 0 starts the first integrator cycle, which lasts for the converted interval τ 11 , to the first stop signal T 1 . This interval contains m 11 integer intervals τ 0 , which are calculated (m 11 +1) by signals T 0 and are taken for the duration m 11 τ 0 of the model interval τ 01 , additive to the unknown interval τ xl . Wherein
Figure 00000018

Во втором такте интегратора интервал τ11 умножается на весовой коэффициент первого разряда р11, т.е. формируется интервал длительностью

Figure 00000019
In the second integrator cycle, the interval τ 11 is multiplied by the weight coefficient of the first discharge p 11 , i.e. an interval of duration is formed
Figure 00000019

В этот интервал времени вкладывается N11, импульсов опорной частоты T0. В целых долях интервала mτ0 значение x11 первого разряда кода отсчета

Figure 00000020
определяется из выражения In this time interval is embedded N 11 , the pulses of the reference frequency T 0 . In integer fractions of the interval mτ 0, the value x 11 of the first digit of the reference code
Figure 00000020
determined from the expression

Figure 00000021
Figure 00000021

что охватывает отрезок х110 преобразуемого интервала р11τ11, а отрезок времени Δ11, останется неизвестным, т.е. which covers the segment x 110 of the converted interval p 11 τ 11 , and the time interval Δ 11 remains unknown, i.e.

Figure 00000022
Figure 00000022

Отрезок времени Δ11 является дополнением до полного интервала mτ0 интервала τ12 так, что можно записать The time interval Δ 11 is an addition to the full interval mτ 0 of the interval τ 12 so that it is possible to write

Figure 00000023
Figure 00000023

Тогда можем записать Then we can write

Figure 00000024
Figure 00000024

Интервал времени τ12 является исходным для преобразования второго разряда, которое осуществляется аналогично первому с весом

Figure 00000025
, т.е.The time interval τ 12 is the initial one for the conversion of the second discharge, which is carried out similarly to the first with a weight
Figure 00000025
, i.e.

Figure 00000026
Figure 00000026

Все последующие разряды формируются аналогично, поэтому

Figure 00000027
All subsequent discharges are formed similarly, therefore
Figure 00000027

причем остаточным членом

Figure 00000028
пренебрегаем за малостью.with a residual member
Figure 00000028
neglected a little.

Эпюры сигналов во втором канале преобразования показаны на фиг. 2 (г, д). Стартовый сигнал t0 является общим для двух каналов. Однако во втором канале, имеющем фазовый сдвиг

Figure 00000029
сигнала Т2 опорной частоты относительно сигнала Τ1, фиг. 1 (г), преобразуется в интервал времениThe waveforms in the second conversion channel are shown in FIG. 2 (d, d). The start signal t 0 is common to two channels. However, in the second channel having a phase shift
Figure 00000029
the signal T 2 of the reference frequency relative to the signal Τ 1 , FIG. 1 (g) is converted to a time interval

Figure 00000030
Figure 00000030

Известная часть этого интервала принимается за образцовый интервал

Figure 00000031
A known portion of this interval is taken as the reference interval.
Figure 00000031

а неизвестные части преобразуемых интервалов τxl совпадают в обоих каналах.and the unknown parts of the converted intervals τ xl coincide in both channels.

По аналогии с выражением (11) для второго канала преобразования запишемBy analogy with expression (11) for the second transformation channel, we write

Figure 00000032
Figure 00000032

Для преобразуемых интервалов в разные моменты времени τx(t) и двух каналов получимFor the converted intervals at different time instants τx (t) and two channels, we obtain

Figure 00000033
Figure 00000033

Figure 00000034
Figure 00000034

Вычитая из первого уравнения второе, получимSubtracting the second from the first equation, we obtain

Figure 00000035
Figure 00000035

Figure 00000036
Figure 00000036

Система уравнений (17) содержит (n1+n2) неизвестных, соответствующих весам разрядов отсчетов преобразуемых интервалов. Расширенная матрица системы для минимального (n1+n2) числа уравнений имеет вид

Figure 00000037
System of equations (17) contains (n 1 + n 2 ) unknowns corresponding to the weights of the digits of the samples of the converted intervals. The extended matrix of the system for the minimum (n 1 + n 2 ) number of equations has the form
Figure 00000037

Возможности решения системы (17) обусловлены формированием членов общей матрицы (18) за счет изменчивости преобразуемого сигнала или изменчивости образцовых сигналов.The possibilities of solving system (17) are due to the formation of members of the common matrix (18) due to the variability of the converted signal or the variability of model signals.

Если изменчивость обеспечивается только изменением образцовых сигналов (их разности), то это фактически будет режим градуировки и потребуется не менее

Figure 00000038
разных разностей
Figure 00000039
образцовых сигналов или
Figure 00000040
разных сигналов. С другой стороны, если изменчивость матрицы обеспечивается только изменчивостью входного преобразуемого интервала, то достаточно, видимо, одной пары образцовых сигналов для одного момента времени.If the variability is provided only by changing the reference signals (their difference), then this will actually be the calibration mode and at least
Figure 00000038
different differences
Figure 00000039
reference signals or
Figure 00000040
different signals. On the other hand, if the variability of the matrix is provided only by the variability of the input transformable interval, then, apparently, one pair of model signals for one moment in time is sufficient.

Изменение образцовых сигналов может выполняться фазовым сдвигом на дискретное число интервалов τ0 первых импульсов сигналов Τ1 и Т2, причем сдвиг влево уменьшает mi1, а сдвиг вправо увеличивает mi1. При этом опережающее эту операцию определение mi0 позволяет установить верхнюю границу сдвига влево до mi0=0, она равнаThe change of model signals can be performed by a phase shift by a discrete number of intervals τ 0 of the first pulses of the signals Τ 1 and T 2 , and a shift to the left decreases m i1 , and a shift to the right increases m i1 . In this case, the determination of m i0 that is ahead of this operation allows you to set the upper boundary of the shift to the left to m i0 = 0, it is equal to

Figure 00000041
Figure 00000041

Граница сдвига вправо ограничивается максимально допустимой длительностью первого такта интегратора, т.е.The right shift boundary is limited by the maximum allowable duration of the first integrator clock cycle, i.e.

Figure 00000042
Figure 00000042

Операцию разрядного кодирования можно выполнить с помощью одного разрядного преобразователя, замкнув выход стопового сигнала на вход стартового. При этом вес j-ro разряда будет равен р-j и время преобразования всех n разрядов составит до (p+1)n τ1. Только через такой период времени можно подавать на вход стартовый сигнал следующего измеряемого интервала.The bit coding operation can be performed using a single bit converter, closing the stop signal output to the start input. The weight of the j-ro discharge will be equal to p -j and the conversion time of all n bits will be up to (p + 1) n τ 1 . Only after such a period of time can the start signal of the next measured interval be applied to the input.

Для повышения быстродействия можно использовать n разрядных преобразователей, включенных последовательно в цепочку, причем первый преобразователь будет формировать код первого разряда, второй - второго и j-й - j-ro. При этом вес j-ro разряда будет равен

Figure 00000043
а период времени, через который можно подавать на вход стартовый сигнал следующего измеряемого интервала, сократится до 2(p+1) τ1.To improve performance, you can use n bit converters that are connected in series in the chain, with the first converter generating the code for the first bit, the second for the second, and the jth for j-ro. The weight of the j-ro discharge will be equal to
Figure 00000043
and the period of time after which the start signal of the next measured interval can be applied to the input will be reduced to 2 (p + 1) τ 1 .

В состав заявленного устройства (фиг. 3) входят первый 1 и второй 2 каналы поразрядного кодирования (соответственно КПК1, КПК2), блок 3 опорных частот - генератор (ГОЧ), вычислитель 4 (В), узел 5 блокировки входа устройства (УБВ). Каналы поразрядного кодирования 1 и 2 образованы последовательным соединением разрядных преобразователей

Figure 00000044
причем коэффициенты расширения в разрядах p1j в первом 1 и p2j во втором 2 каналах должны быть разными
Figure 00000045
Коэффициенты расширения в разрядах p1j одного канала могут быть одинаковыми, но таковыми никогда не будут из-за технологических погрешностей, ухода от влияющих факторов и старения. Поскольку коэффициенты расширения p1j задают веса разрядов
Figure 00000046
или основание позиционной системы счисления, в которой кодируется измеряемый потенциал, то при выборе их номинальных значений могут быть приняты известные соображения простоты реализации (р=2) или максимального быстродействия (p=4) [прототип]. Если принято для номинальных значений
Figure 00000047
и
Figure 00000048
для всех j, то число разрядов (и разрядных преобразователей) в первом n1 и втором n2 каналах может быть установлено из соотношения
Figure 00000049
которое обеспечивает примерное равенство разрешающей способности каналов.The composition of the claimed device (Fig. 3) includes the first 1 and second 2 channels of bitwise coding (KPK1, KPK2, respectively), a block of 3 reference frequencies — a generator (GOCH), a computer 4 (B), a device input blocking unit 5 (BWM). Bitwise coding channels 1 and 2 are formed by a serial connection of bit converters
Figure 00000044
moreover, the expansion coefficients in the discharges p 1j in the first 1 and p 2j in the second 2 channels must be different
Figure 00000045
The expansion coefficients in the discharges p 1j of one channel can be the same, but they will never be due to technological errors, avoidance of influencing factors and aging. Since the expansion coefficients p 1j determine the weight of the digits
Figure 00000046
or the base of a positional number system in which the measured potential is encoded, when choosing their nominal values, well-known considerations of ease of implementation (p = 2) or maximum speed (p = 4) can be adopted [prototype]. If accepted for nominal values
Figure 00000047
and
Figure 00000048
for all j, then the number of bits (and bit converters) in the first n 1 and second n 2 channels can be established from the relation
Figure 00000049
which provides an approximate equality of the resolution of the channels.

Генератор 3 опорных частот (ГОЧ) служит для выработки последовательностей импульсов Т0, T1, Т2, период которых связан соотношениями для Τ1 -

Figure 00000050
для
Figure 00000051
The reference frequency generator (GOC) 3 is used to generate pulse sequences T 0 , T 1 , T 2 , the period of which is connected by the relations for Τ 1 -
Figure 00000050
for
Figure 00000051

Все последовательности синхронизированы последовательностью Т0, последовательность Т2 сдвинута по фазе на 0,5 mτ0 относительно последовательности Τ1 (фиг.2).All sequences are synchronized by the sequence T 0 , the sequence T 2 is phase shifted by 0.5 mτ 0 relative to the sequence Τ 1 (figure 2).

Значение m должно удовлетворять, с одной стороны, динамическому диапазону значений измеряемого временного интервала

Figure 00000052
с другой стороны - должно быть достаточным для формирования необходимого числа разных образцовых интервалов при идентификации
Figure 00000053
весовых коэффициентов разрядов в режиме градуировки, т.е.
Figure 00000054
The value of m must satisfy, on the one hand, the dynamic range of values of the measured time interval
Figure 00000052
on the other hand, it should be sufficient to form the required number of different model intervals for identification
Figure 00000053
weight coefficients of discharges in the calibration mode, i.e.
Figure 00000054

В рабочем режиме, когда изменчивость преобразуемого интервала обеспечивается последовательностью разных измеряемых интервалов, значение m может быть минимальным (m=2). Выход опорной последовательности Т0 подан на все блоки устройства, выход Т1 подан на разрядные преобразователи первого канала 1, Т2 - второго канала 2. Вычислитель 4 (В) предназначен для накопления кодов

Figure 00000055
и
Figure 00000056
отсчетов последовательности преобразуемых интервалов τx(t),
Figure 00000057
решения системы линейных алгебраических уравнений (3) и восстановления цифровых значений τx(t) измеряемых интервалов по выражениям (1) и (2). По общей шине вход вычислителя 4 связан с выходами кодов всех разрядных преобразователей устройства. Узел 5 блокировки входа (УБВ) предназначен для отключения входов 1-го и 2-го каналов от стартового сигнала до окончания преобразования предыдущего сигнала в первых двух разрядах каждого из каналов в тех случаях, когда время его поступления не может быть синхронизовано с работой устройства. В аналого-цифровых преобразователях с промежуточным преобразованием в интервал времени такая синхронизация возможна и необходима и может выполняться этим узлом. Внешний вход устройства является входом узла 5 УБВ, а выход последнего подан на входы каналов 1,2.In the operating mode, when the variability of the converted interval is ensured by a sequence of different measured intervals, the value of m can be minimal (m = 2). The output of the reference sequence T 0 is applied to all the units of the device, the output T 1 is supplied to the bit converters of the first channel 1, T 2 - of the second channel 2. The computer 4 (B) is designed to accumulate codes
Figure 00000055
and
Figure 00000056
samples of the sequence of converted intervals τ x (t),
Figure 00000057
solving a system of linear algebraic equations (3) and reconstructing the digital values τ x (t) of the measured intervals from expressions (1) and (2). On a common bus, the input of the calculator 4 is connected with the outputs of the codes of all bit converters of the device. Node 5 of the input blocking (BWM) is designed to disconnect the inputs of the 1st and 2nd channels from the start signal until the conversion of the previous signal in the first two bits of each channel is completed in those cases when its arrival time cannot be synchronized with the operation of the device. In analog-to-digital converters with intermediate conversion to a time interval, such synchronization is possible and necessary and can be performed by this node. The external input of the device is the input of the node 5 UBV, and the output of the latter is fed to the inputs of channels 1.2.

Устройство, согласно эпюрам сигналов (фиг. 2), работает следующим образом. Стартовый сигнал t0 поступает на вход узла 5 УБВ и, если он открыт, проходит на входы первых разрядных преобразователей первого 1 и второго 2 каналов, соответственно РП11 и ΡΠ21. В разрядных преобразователях происходит накопление заряда и подсчет m1 и m2 образцовых интервалов τ0 в первом такте интегратора от стартового сигнала до первого импульса Т1 в первом 1 и Т2 во втором 2 каналах. Это будут интервалы времени

Figure 00000058
и
Figure 00000059
The device, according to the diagrams of the signals (Fig. 2), works as follows. The start signal t 0 is fed to the input of the BSS node 5 and, if it is open, passes to the inputs of the first bit converters of the first 1 and second 2 channels, respectively, RP 11 and ΡΠ 21 . In the discharge converters, the charge is accumulated and m 1 and m 2 are counted for reference intervals τ 0 in the first integrator cycle from the start signal to the first pulse T 1 in the first 1 and T 2 in the second 2 channels. These will be time intervals
Figure 00000058
and
Figure 00000059

Во втором такте интегратора выполняется расширение интервалов τ11 в р11 раз в первом канале 1 и интервала τ21 в р21 раз во втором канале 2 с одновременным кодированием в целых числах интервала mτ0 х11 в первом канале и х21 во втором канале.In the second integrator cycle, the intervals τ 11 are expanded by p 11 times in the first channel 1 and the interval τ 21 by p 21 times in the second channel 2 with simultaneous coding in integer numbers of the interval mτ 0 x 11 in the first channel and x 21 in the second channel.

Коды m11 и m21 формируются только в первых разрядах. Далее коды m11, m21, х11 х21 поступают в вычислитель 4. Аналогично формируются коды

Figure 00000060
других разрядов в обоих каналах, поступают в вычислитель 4 и накапливаются. Причем каждый j-й разряд кодов отсчета интервалов τ11(t)и τ21(t) формируется j-м разрядным преобразователем РПj.Codes m 11 and m 21 are formed only in the first digits. Further, the codes m 11 , m 21 , x 11 x 21 enter the calculator 4. Similarly, codes are generated
Figure 00000060
other discharges in both channels, enter the calculator 4 and accumulate. Moreover, each j-th digit of the reference codes of the intervals τ 11 (t) and τ 21 (t) is formed by the j-th bit converter RP j .

После того, как освободятся первые два разрядных преобразователя в обоих каналах, что фиксируется вычислителем 4, узел 5 блокировки входа открывает вход для поступления стартового сигнала следующего измеряемого интервала τx(t+1).After the first two bit converters in both channels are released, which is fixed by the calculator 4, the input blocking unit 5 opens the input for the start signal of the next measured interval τ x (t + 1).

В вычислителе 4 накапливается (n1+n2) или более пар отсчетов

Figure 00000061
и
Figure 00000062
последовательности измеряемых интервалов
Figure 00000063
In the calculator 4 accumulates (n1 + n 2 ) or more pairs of samples
Figure 00000061
and
Figure 00000062
sequence of measured intervals
Figure 00000063

Далее решается СПАУ, по выражению (3) определяются веса разрядов

Figure 00000064
по выражениям (2) определяются цифровые значения неизвестных частот
Figure 00000065
и
Figure 00000066
измеряемого интервала в первом и втором каналах и их среднее значение
Figure 00000067
по выражению (1).Next, the SPA is solved, according to expression (3), the weight of the discharges is determined
Figure 00000064
according to expressions (2), digital values of unknown frequencies are determined
Figure 00000065
and
Figure 00000066
the measured interval in the first and second channels and their average value
Figure 00000067
by expression (1).

Claims (2)

1. Способ измерения временных интервалов, основанный на аналоговом n кратном преобразовании измеряемых первых временных интервалов между стартовыми сигналами и (m1+1)-ми сигналами опорной частоты в p раз большие вторые временные интервалы до сформированных стоповых сигналов и кодировании вторых временных интервалов в целых m1 периодах τ0 опорной частоты, отличающийся тем, что используют два параллельных канала преобразования суммы измеряемого временного интервала с разными значениями числа m11 образцовых интервалов в первом и m21 во втором каналах, с разными коэффициентами расширения в разрядных преобразователях
Figure 00000068
в первом и
Figure 00000069
во втором каналах, подают стартовый сигнал t-го измеряемого временного интервала, динамический диапазон значений которого составляет m периодов опорной частоты, на входе обоих каналов одновременно, преобразуют суммарные временные интервалы в коды отсчетов
Figure 00000070
содержащие n1, разрядов для первого канала и n2 разрядов для второго канала, фиксируют коды отсчетов, подают на входы каналов (n1+n2) или более входных сигналов временных интервалов
Figure 00000071
аналогичным образом преобразуют эти временные интервалы и фиксируют коды отсчетов
Figure 00000072
определяют весовые коэффициенты разрядов кодов отсчетов
Figure 00000073
для первого и
Figure 00000074
для второго каналов решением системы (n1+n2) или более линейных алгебраических уравнений вида
Figure 00000075

и определяют цифровые значения измеренных временных интервалов
Figure 00000076
по формуле
Figure 00000077

Figure 00000078
1. A method of measuring time intervals, based on analog n-fold conversion of the measured first time intervals between the start signals and the (m 1 +1) -th signals of the reference frequency p times large second time intervals to the generated stop signals and encoding the second time intervals in whole 1 m periods τ 0 reference frequency, characterized in that the two parallel channels for converting the sum of the measured time interval with different values of the number m of intervals model 11 in the first and in 21 m sec m channels with different coefficients of expansion bit converters
Figure 00000068
in the first and
Figure 00000069
in the second channels, the start signal of the t-th measured time interval is fed, the dynamic range of which is m periods of the reference frequency, at the input of both channels simultaneously, the total time intervals are converted into reference codes
Figure 00000070
containing n 1 bits for the first channel and n 2 bits for the second channel, fix the codes of samples, apply to the inputs of the channels (n 1 + n 2 ) or more input signals of time intervals
Figure 00000071
similarly convert these time intervals and fix the code codes
Figure 00000072
determine the weighting coefficients of the digits of the codes of samples
Figure 00000073
for the first and
Figure 00000074
for the second channel by solving the system (n 1 + n 2 ) or more linear algebraic equations of the form
Figure 00000075

and determine the digital values of the measured time intervals
Figure 00000076
according to the formula
Figure 00000077

Figure 00000078
2. Устройство для измерения временных интервалов, содержащее блок опорной частоты и разрядный преобразователь временных интервалов в код с интерполятором, выход которого связан с управляющим входом узла блокировки входа устройства, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит вычислитель и два параллельных канала поразрядного кодирования, в которых разрядные преобразователи с разными коэффициентами расширения включены последовательно по стартовым входам и стоповым выходам, при этом блок опорных частот имеет три выхода, выход начальной опорной частоты блока опорных частот подключен к первым управляющим входам всех разрядных преобразователей, выход первой опорной частоты блока опорных частот, в m раз меньшей начальной опорной частоты, подключен к вторым управляющим входам разрядных преобразователей первого канала, выход второй опорной частоты блока опорных частот, сдвинутой по фазе на половину периода относительно первой опорной частоты, подключен ко вторым управляющим входам разрядных преобразователей второго канала, выходы стоповых сигналов конечных разрядных преобразователей в первом и втором каналах подключены соответственно к первому и второму входам вычислителя, управляющий выход которого соединен с управляющим входом узла блокировки входа устройства, вход стартового сигнала измеряемого временного интервала через узел блокировки входа подключен к входам первых разрядных преобразователей в обоих каналах, кодовые выходы всех разрядных преобразователей подключены к информационным входам вычислителя, выход которого является выходом устройства. 2. A device for measuring time intervals, containing a reference frequency unit and a bit converter of time intervals into a code with an interpolator, the output of which is connected to the control input of the device input blocking unit, characterized in that it additionally contains a computer and two parallel bit-coding channels, in which bit converters with different expansion coefficients are connected in series at the start inputs and stop outputs, while the block of reference frequencies has three outputs, the output of of the total reference frequency of the block of reference frequencies is connected to the first control inputs of all bit converters, the output of the first reference frequency of the block of reference frequencies, m times less than the initial reference frequency, is connected to the second control inputs of the discharge converters of the first channel, the output of the second reference frequency of the block of reference frequencies, shifted in phase for half the period relative to the first reference frequency, connected to the second control inputs of the discharge converters of the second channel, the outputs of the stop signals of the final discharge transducers in the first and second channels are connected respectively to the first and second inputs of the computer, the control output of which is connected to the control input of the input blocking unit of the device, the input of the start signal of the measured time interval through the input blocking input is connected to the inputs of the first bit converters in both channels, code outputs all bit converters are connected to the information inputs of the computer, the output of which is the output of the device.
RU2014151908/93A 2014-12-18 2014-12-18 Method to measure time intervals and device for its realisation RU2549248C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014151908/93A RU2549248C1 (en) 2014-12-18 2014-12-18 Method to measure time intervals and device for its realisation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014151908/93A RU2549248C1 (en) 2014-12-18 2014-12-18 Method to measure time intervals and device for its realisation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2549248C1 true RU2549248C1 (en) 2015-04-20

Family

ID=53289631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014151908/93A RU2549248C1 (en) 2014-12-18 2014-12-18 Method to measure time intervals and device for its realisation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2549248C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3298014A (en) Analog to digital converter
RU2549248C1 (en) Method to measure time intervals and device for its realisation
EP2667511B1 (en) Physical quantity measuring apparatus and physical quantity measuring method
JP4851922B2 (en) Distance measuring device
RU58825U1 (en) ANALOG-DIGITAL CONVERTER
JP2012124774A (en) Ad conversion device and da conversion device
RU2725678C2 (en) Integrating analogue-to-digital voltage converter
RU2229157C2 (en) Correlation time displacements measuring device
EP3569986B1 (en) Position sensing device
RU2561999C1 (en) Interpolating converter of time interval into digital code
CN104950168A (en) Quadratic average based high-accuracy frequency measurement method for sinusoidal signal low in signal to noise ratio
RU2391773C2 (en) Method for generation of time markers and device for its implementation
RU2591742C1 (en) Method of measuring frequency of harmonic signal and device therefor
SU602952A1 (en) Adaptive correlometer
RU2246133C2 (en) Correlation time delay discriminator
RU2494430C1 (en) Method for recirculating-vernier time-code conversion
RU2393492C2 (en) Two-channel correlation frequency distortion measuring device
RU2464612C1 (en) Method for recirculation-nonius time-to-digital conversion
SU957166A1 (en) Time interval to code converter
SU1702528A1 (en) Frequency analog-to-digital converter
RU2380752C2 (en) Neuron-network number-to-frequency converter
JPS5921222B2 (en) Analog to digital converter
SU1728857A2 (en) Multichannel measuring device
SU875328A1 (en) Two-scale time interval meter
SU633026A1 (en) Adaptive multichannel correlometer

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190105