SU1626248A1 - Устройство дл измерени повтор ющихс интервалов времени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к импульсной технике. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство введены формирователь 3 псевдослучайной последовательности, цифроаналоговый преобразователь 4, компаратор 5, генератор 6 коротких импульсов, умножитель 7 частоты , блок 11 усреднени , формирователь 12 пилообразного напр жени . Кроме того, устройство содержит задающий генератор 1, делитель 2 частоты, элемент И 9, счетчик 10 результата, первый триггер 13, счетчик 14 числа измерений, второй триггер 15. Приведен пример выполнени  блока 11 усреднени . 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

Description

(Л

С

Стоп

Выход

Os

ю о ю

Јь 00

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано дл  измерени  повтор ющихс  интервалов времени в радиолокации, радионавигации, автоматике.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени .

На фиг. 1 приведена структурна  схема устройства дл  измерени  повтор ющихс  интервалов времени; на фиг. 2 и 3 - времен- ные диаграммы, по сн ющие работу устройства .

Устройство дл  измерени  повтор ющихс  интервалов времени (фиг. 1) содержит задающий генератор 1, делитель 2 частоты, формирователь 3 псевдослучайной последовательности, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, компаратор 5, генератор 6 коротких импульсов, умножитель 7 частоты, формирователь 8 счетных им- пульсов, элемент И 9, счетчик 10 результата, блок 11 усреднени , формирователь 12 пилообразного напр жени , первый триггер 13, счетчик 14 числа измерений и второй триггер 15.

Выход задающего генератора 1 соединен с входом формировател  12 пилообразного напр жени  и входом делител  2 частоты, выход которого соединен с вторыми входами счетчика 10, блока 11, триггера 15, с входом счетчика 14 числа измерений и входом формировател  3 псевдослучайной последовательности, выход которого соединен с входом ЦАП 4, выход которого соединен с первым входом компаратора 5, второй вход которого соединен с выходом формировател  12, выход компаратора 5 через последовательно соединенные генератор 6 коротких импульсов, умножитель 7 частоты, формирователь 8 соединен с первым вхо- дом элемента И 9, второй вход которого соединен с выходом триггера 13 и первым входом триггера 15, выход которого соединен с третьим входом триггера 13, первый и второй входы которого соединены соответ- ственно с шинами Старт и Стоп устройства . Выход элемента И 9 соединен с первым входом счетчика 10, выход которого соединен с первым входом блока 11 усреднени , третий вход которого соединен с первым выходом счетчика 14, второй выход которого соединен с четвертым входом блока 11 усреднени , выход которого  вл етс  выходом устройства.

Блок 11 усреднени  (фиг. 1) содержит сумматор 16, первый регистр 17, коммутатор 18 и второй регистр 19.

Первый вход блока усреднени  соединен с первым входом сумматора 16, выход которого соединен с первым входом регистра 17, выход которого соединен с вторыми входами сумматора 16, коммутатора 18, первый вход коммутатора 18 соединен с третьим входом блока, четвертый вход которого соединен с вторыми входами регистров 17 и 19, второй вход блока соединен с третьим входом регистра 17, выход коммутатора 18 соединен с первым входом регистра 19, выход которого  вл етс  выходом блока.

Перед началом работы блоки 2,3,10,11 и 13 - 15 устанавливаютс  в исходное состо ние (цепи установки на фиг. 1 не показаны).

Устройство работает следующим образом .

Последовательность импульсов с частотой повторени  f с выхода задающего генератора 1 поступает на делитель 2 частоты, на выходе которого формируютс  пр моугольные импульсы с частотой f/n, где п - коэффициент делени  делител  2 частоты. Одновременно импульсы с выхода задающего генератора 1 поступают на формирователь 12 пилообразного напр жени , на выходе которого формируютс  импульсы с линейно нарастающей амплитудой с частотой следовани  (фиг. 2а).

Пр моугольные импульсы с выхода делител  2 частоты с частотой следовани  f/n поступают на формирователь 3 псевдослучайной последовательности, на выходе которого формируетс  периодическа  последовательность нулей и единиц длиной N 2т - 1, где т - число разр дов формирующего регистра сдвига. ЦАП 4 формирует из этой последовательности ступенчатое напр жение (фиг. 26), амплитуда которого мен етс  по псевдослучайному закону. В компараторе 5 происходит сравнение напр жений с выхода формировател  12 пилообразного напр жени  (второй вход) и с выхода ЦАП 4 (первый вход). При превышении амплитудой линейно нарастающего на- пр жени  амплитуды ступенчатого напр жени  на выходе компаратора 5 формируетс  положительный перепад напр жени  (фиг. 2в). Передний фронт этого перепада напр жени  запускает генератор 6 коротких импульсов, вырабатывающий импульсы посто нной длительности (фиг. 2г). Частота следовани  этих импульсов определ етс  частотой следовани  пилообразных импульсов и равна f, a начальна  фаза - моментом совпадени  уровней напр жений с выхода формировател  12 пилообразного напр жени  и ЦАП 4. Таким образом, на выходе генератора б коротких импульсов формируютс  пачки импульсов , начальна  фаза которых скачкообразно мен етс  по закону псевдослучайной последовательности (ПСП) с дискретом

Ду 2л/МК. В умножителе 7 частоты частота следовани  этих импульсов повышаетс  в К раз до величины, определ емой быстродействием первых каскадов счетчика 10 результата. Формирователь 8 счетных импульсов преобразует гармонический сигнал с выхода умножител  7 частоты в последовательность импульсов с частотой fC4 f К, котора  поступает на вход элемента И 9. Начальна  фаза этих импульсов скачкообразно измен етс  по закону ПСП с дискретом К Д. Дл  обеспечени  минимальной ошибки дискретности измерени  временных интервалов начальна  фаза импульсов на выходе формировател  8 счетных импульсов за один период ПСП должна скачкообразно мен тьс  в пределах от 0 до 2 п. Дл  обеспечени  этого услови  уровни напр жений на выходах формировател  12 пилообразного напр жени  и ЦАП 4 при регулировке подбираютс  так, что обеспечиваетс  скачкообразное изменение начальной фазы импульсов на выходе генератора 6 коротких импульсов за тот же период ПСП в пределах от 0 до 2   /К, где К - коэффициент умножени  умножител  7 частоты.

При этом минимальный дискрет скачкообразного изменени  начальной фазы пачек импульсов на выходе формировател  8 счетных импульсов должен составл ть 2 JT/N, а минимальный дискрет скачкообразного изменени  начальной фазы пачек ипульсов на выходе генератора 6 коротких импульсов должен составл ть соответственно 2 7T/NK.

В практически важных случа х стартова  и стопова  последовательности импульсов (фиг. 36 и в) формируютс  при достаточно высоком отношении сигнал - шум и основной вклад в погрешность измерени  временного интервала вносит ошибка дискретности. Поэтому достаточно, чтобы на каждом такте ПСП, формируемом делителем 2 частоты (фиг. За), измер лс  один временной интервал между стартовой и стоповой последовательност ми импульсов (фиг. Зг). Дл  обеспечени  такого режима измерений повтор ющихс  интервалов времени на второй вход второго триггера 15 поступают импульсы с выхода делител  2 частоты (фиг. За). По переднему фронту каждого такого импульса второй триггер 15 переводитс  в единичное состо ние и уровень логической единицы с его выхода поступает на третий вход первого триггера 13, разреша  перевод его в единичное состо ние стартовым импульсом. Поступающий на первый вход первого триггера 13 стартовый

импульс (фиг. 36) переводит его в единичное состо ние и уровень логической единицы поступает на второй вход элемента И 9. При этом импульсы с выхода формировател  8 счетных импульсов через элемент И 9 поступают на вход счетчика 10 результата (фиг. Зд). При поступлении на второй вход первого триггера 13 стопового импульса (фиг. Зв) он переводитс  в нулевое состо 0 ние. При этом на второй вход элемента И 9 поступает уровень логического нул  и запрещает поступление счетных импульсов на вход счетчика 10 результата.

Таким образом, счетчик 10 результата

5 фиксирует двоичный код, характеризующий измер емый интервал времени между стартовой и стоповой последовательност ми импульсов. Одновременно уровень логического нул  с выхода первого триггера 13

0 поступает на первый вход второго триггера 15 и переводит его в нулевое состо ние. При этом уровень логического нул  с выхода второго триггера 15 поступает на третий вход первого триггера 13 и запрещает перевод

5 его в единичное состо ние стартовым импульсом . При поступлении на второй вход второго триггера 15 следующего импульса с выхода делител  2 частоты (фиг. За) цикл измерени  повтор етс , однако начальна 

0 фаза этой пачки счетных импульсов имеет уже другую величину (фиг. Зд).

Параллельный код с выхода счетчика 10 результата по окончании каждого измер емого интервала времени поступает на пер5 вый вход сумматора 16, где суммируетс  с параллельным кодом, поступающим на его вход с выхода первого регистра 17. Одновременно импульс с выхода делител  2 частоты поступает на вторые входы счетчика

0 10 результата и первого регистра 17. Счетчик результата при этом обнул етс , а результат суммировани  записываетс  в первый регистр 17. Таким образом в сумматоре 16 происходит операци  суммирова5 ни  предыдущего кода Второй вход с последующим Первый вход, т.е. происходит операци  суммировани  с накоплением. При этом в сумматоре 16 происходит операци  усреднени  в двоичном коде. Результат

0 усреднени  с выхода первого регистра 17 поступает на второй вход коммутатора 18, который в зависимости от времени усреднени  определ ет с каких разр дов первого регистра 17 снимать усредненное значение

5 кода, характеризующего длительность временного интервала, которое затем переписываетс  во второй регистр 19. Происходит это в момент переполнени  счетчика 14 числа измерений по импульсу переполнени  (фиг. За), который поступает на третий вход

первого регистра 17 и на второй вход второго регистра 19. После такой перезаписи первый регистр 17 обнул етс . Врем  усреднени  Т задаетс  емкостью счетчика 14 числа измерений. Дл  достижени  мини- мальной величины ошибки дискретности при измерении повтор ющихс  временных интервалов врем  усреднени  Т должно быть кратно периоду псевдослучайной последовательности . Дл  обеспечени  этого услови  на вход счетчика 14 числа измерений подаютс  импульсы с выхода делител  2 частоты. Врем  усреднени  при этом определ етс  выражением

п N С

где п - коэффициент делени  делител  2 частоты;

N - число элементов ПСП;

f - частота задающего генератора 1;

С - число периодов ПСП, за которое проводитс  усреднение.

Число N-1 записываетс  в счетчик 14 числа измерений при его конструировании путем подачи на установочные входы перво- го каскада соответствующей комбинации логических нулей и единиц. Первый каскад счетчика 14 числа измерений переполн етс  после N импульсов, поступающих с выхода делител  2 частоты. Импульс переполнени  поступает на вход второго каскада счетчика и устанавливает его первый каскад в исходное состо ние (фиг, 2а). Число С - 1, определ ющее с каких разр дов первого регистра 17 снимать усреднен- ное значение кода, записываетс  в счетчик 14 числа измерений перед началом измерений и не мен етс  в процессе работы. Эта запись производитс  путем подачи на уста- довочные входы второго каскада соответст- вующей комбинации логических нулей и единиц. При этом второй каскад счетчика 14 числа измерений переполн етс  после С импульсов, поступающих с выхода его первого каскада. Импульс переполнени  (фиг. Зв) обнул ет первый регистр 17 после записи его результатов во второй регистр 19 и устанавливает в исходное состо ние второй каскад счетчика 14 числа измерений. Двоичный код, соотвеъствующий числу С-1, поступает на второй вход коммутатора 18.

В известном устройстве фаза счетной сетки мен етс  по линейному закону. Поэтому при измерении повтор ющихс  интер- валов времени стоповые импульсы, характеризующие концы измер емых временных интервалов, могут быть когерентными с импульсами счетной сетки. Ошибка дискретности измерени  временных интервалов при этом резко возрастает и определ етс  выражением

,

f- Тсч

где fen - частота следовани  счетных импульсов .

В предлагаемом устройстве фаза счетной сетки измен етс  по псевдослучайному закону, поэтому когерентность начала и конца измер емого временного интервала с импульсами мерной сетки исключаетс . За врем  усреднени  Т ошибка дискретности измерени  повтор ющихс  интервалов времени определ етс  выражением

/A I - J k i i

2 Тсч N где N - число элементов ПСП.

Следовательно, ошибка дискретности при измерении повтор ющихс  интервалов времени с медленно мен ющейс  длительностью в предлагаемом устройстве в N раз меньше, чем в известном при той же частоте следовани  счетных импульсов.

Технико-экономическим преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известным  вл етс  изменение момента по влени  счетных импульсов по псевдослучайному закону, что позвол ет существенно повысить точность при использовании этого устройства в измерител х дальности до удал ющегос  объекта. Формула изобретени  1. Устройство дл  измерени  повтор ющихс  интервалов времени, содержащее задающий генератор, делитель частоты, элемент И, счетчик результата, два тригера, счетчик числа измерений, формирователь счетных импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, первый вход которого соединен с шиной, Стоп, выход элемента И соединен с входом счетчика результата, отличающеес  тем, что. с целью повышени  точности измерени , в него введены формирователь пилообразного напр жени , формирователь псевдослучайной последовательности , цифроаналоговый преобразователь , компаратор, генератор коротких импульсов, умножитель частоты, блок ус-, реднени , при этом выход задающего генератора соединен с входами формировател  пилообразного напр жени  и делител  частоты , выход которого соединен с вторым входом второго триггера, вторым входом счетчика результата, входом счетчика числа измерений, с вторым входом блока усреднени  и через последовательно соединенные

формирователь псевдослучайной последо- вательности и цифроаналоговый преобразователь с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом формировател  пилообразного напр жени , выход компаратора через последовательно соединенные генератор коротких импульсов и умножитель частоты соединен с входом формировател  счетных импульсов , шина Старт соединена с вторым входом первого триггера, выход которого соединен с первым входом второго триггера , выход которого соединен с третьим входом первого триггера, выход счетчика результата соединен с первым входом блока усреднени , третий вход которого соединен с первым выходом счетчика числа измерений, второй выход которого соединен с четвертым входом блока усреднени .

ft. 2

0

5

0

выход которого  вл етс  выходом устройства .

2. Устройство по п. 1, отличающее- с   тем, что блок усреднени  содержит сумматор , два регистра, коммутатор, первый вход которого соединен с третьим входом блока, четвертый вход которого соединен с вторыми входами первого и второго регистров , первый вход блока усреднени  соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом первого регистра, выход которого соединен с вторыми входами сумматора и коммутатора, выход которого соединен с первым входом второго регистра, второй вход которого соединен с четвертым входом блока, второй вход которого соединен с третьим входом первого регистра, выход второго регистра  вл етс  выходом блока усреднени .

:

см

ts -Ч

;

-I ii

: i::

i j

1 i 1

о

S

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Устройство для измерения повторяющихся интервалов времени, содержащее задающий генератор, делитель частоты, элемент И, счетчик результата, два тригера, счетчик числа измерений, формирователь счетных импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, первый вход которого соединен с шиной. Стоп, выход элемента И соединен с входом счетчика результата, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены формирователь пилообразного напряжения, формирователь псевдослучайной последовательности, цифроаналоговый преобразователь, компаратор, генератор коротких импульсов, умножитель частоты, блок ус-, реднения, при этом выход задающего генератора соединен с входами формирователя пилообразного напряжения и делителя частоты, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, вторым входом счетчика результата, входом счетчика числа измерений, с вторым входом блока усреднения и через последовательно'соединенные формирователь псевдослучайной последовательности и цифроаналоговый преобразователь с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом формирователя пилообразного напряжения, выход компаратора через последовательно соединенные генератор коротких импульсов и умножитель частоты соединен с входом формирователя счетных импульсов, шина Старт соединена с вторым входом первого триггера, выход которого соединен с первым входом второго триггера, выход которого соединен с третьим входом первого триггера, выход счетчика результата соединен с первым входом блока усреднения, третий вход которого соединен с первым выходом счетчика числа измерений, второй выход которого соединен с четвертым входом блока усреднения.

   выход которого является выходом устройства.
2. 2. Устройство поп. 1, отличающее· с я тем, что блок усреднения содержит сумматор, два регистра, коммутатор, первый вход которого соединен с третьим входом блока, четвертый вход которого соединен с вторыми входами первого и второго регистров, первый вход блока усреднения соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом первого регистра, выход которого соединен с вторыми входами сумматора и коммутатора, выход которого соединен с первым входом второго регистра, второй вход которого соединен с четвертым входом блока, второй вход которого соединен с третьим входом первого регистра, выход второго регистра является выходом блока усреднения.

   I I I й ι 1 1 1 1 Ц 1 1 1 1 | 1 1 1 1 I I I I I 2 -1 1 1 1 1 ) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

   Риг. 2

   Редактор И.Дербак. Составитель А.Котов Техред М.Моргентал Корректор В.Гирняк Заказ 279 Тираж 270* Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

   113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

   Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101