Вимірювач інтервалів часу

1. Вимірювач інтервалів часу, який містить лічильник числа імпульсів, пристрій відображення і канал вимірювання, в який входять формувач точної шкали і пристрій формування, перший вхід якого з'єднаний з четвертим входом каналу вимірювання і є входом вимірювача інтервалів часу, а вихід - з другим входом формувача точної шкали, який відрізняється тим, що в нього введені генератор гармонійного сигналу, підсилювачобмежувач, 2-й, 3-й, ..., n-й канали вимірювання і обчислювач, перший вхід кожного з n каналів вимірювання з'єднаний з виходом лічильника, другий вхід - з виходом підсилювача-обмежувача і входом лічильника числа імпульсів, третій вхід - з виходом генератора гармонійних сигналів і входом підсилювача-обмежувача, п'ятий і шостий входи - кожен з окремою вхідною шиною вимірювача інтервалів часу, кожний вихід кожного з n каналів вимірювання з'єднаний з окремими входами обчислювача, вихід якого з'єднаний з входом пристрою відображення, при цьому в кожен із n каналів вимірювання введені перший і другий регістри точної шкали, коректор грубої шкали і регістр грубої шкали, перший і другий входи кожного з каналів вимірювання з'єднані відповідно з першим і другим входами коректора грубої шкали, третій, п'ятий і шостий входи - відповідно з першим, третім і четвертим входами формувача точної шкали, перший і другий виходи якого з'єднані з першими входами відповідно першого і другого регістрів точної шкали, а 2 (19) 1 3 80047 4 льсів і другим входом фіксатора логічного стану, четвертий і п'ятий входи - відповідно з другим і третім входами формувача адреси, перший і другий виходи якого з'єднані відповідно з четвертим і п'ятим входами мультиплексора, а перший вхід - з виходом фіксатора логічного стану, перший вхід якого з'єднаний з другим виходом формувача імпульсів і третіми входами регістрів. 4. Вимірювач інтервалів часу за п.1, який відрізняється тим, що коректор грубої шкали містить суматор-віднімач, формувач імпульсів, фіксатор логічного стану і пристрій керування суматором, перший вхід коректора грубої шкали з'єднаний з першим входом суматора-віднімача, другий вхід з другим входом формувача імпульсів і третім входом фіксатора логічного стану, третій вхід - з першим входом формувача імпульсів і другим входом фіксатора логічного стану, ви хід якого з'єднаний з першим входом пристрою керування суматором, четвертий і п'ятий входи - відповідно з другим і третім входами керувача суматором, перший і другий виходи якого з'єднані відповідно з другим і третім входами суматора-віднімача, вихід якого з'єднаний з першою вихідною шиною коректора грубої шкали, друга ви хідна шина з'єднана з першим виходом формувача імпульсів, другий вихід якого з'єднаний з першим входом фіксатора логічного стану. Винахід відноситься до електрорадіовимірювальної техніки, і може бути використаний для вимірювання моментів появи і закінчення, тривалості і часових інтервалів одноразових і періодичних відеоімпульсних сигналів в різних галузях науки і те хніки, наприклад в рознесених системах приймання радіоімпульсних сигналів в радіолокації для визначення різниці часу появи цих сигналів в п унктах прийому за їх огинаючою. Методи вимірювання інтервалів часу різноманітні. Серед них широке застосування знайшов метод дискретної лічби - перетворення інтервалів часу в цифровий код. Можливість методу в основному обмежена похибкою дискретності, що виникає в наслідок несинхронності сигналів, часові параметри яких потрібно вимірювати, і лічильних імпульсів та часовою нестабільністю останніх. Для зменшення похибки дискретності використовують різновидності методу дискретної лічби: метод перетворення масштабу, метод затриманих співпадінь, ноніусний метод і ін. Гранична точність цих методів обумовлена часовими флуктуаціями періоду лічильних імпульсів відносно його середнього значення. Спричиняються такі флуктуації амплітудними і фазовими шумами як внутрішнього, так і зовнішнього походжень. Основними джерелами їх походження є тепловий і дробовий шум, перехресні завади від сигналів перетворення, вплив дисперсії при розповсюдженні сигналів і ін. Значні часові флуктуації сигналів, які в зарубіжних джерелах інформації називають "джітером", спостерігаються при проектуванні цифрових пристроїв з використанням програмованих логічних інтегральних схем [1]. Відомий вимірювач інтервалів часу, який містить генератор лічильних імпульсів, канал стартових імпульсів і канал столових імпульсів, два перетворювачі масштабу часу і два лічильники точного вимірювання відрізків часу в кожному з каналів стартового і стопового імпульсів, лічильник грубого вимірювання і схему керування [2]. Недоліком даного вимірювача є низька точність вимірювання часових інтервалів, зумовлена часовими флуктуаціями лічильних імпульсів на входа х лічильника грубого вимірювання і входах лічильників точних вимірювань відрізків часу. Найбільш близьким за сукупністю ознак до пристрою, що заявляється, є вимірювач інтервалів часу частотоміра Ч3-54, який містить основний лічильник числа імпульсів, послідовно з'єднаний з першим дешифратором і пристроєм відображення, і канал вимірювання, в який входять перший пристрій формування, перший вхід якого є першим входом вимірювача інтервалів часу, а вихід послідовно з'єднаний з генератором лічильних імпульсів, першим селекторним каскадом і входом основного лічильника, другий пристрій формування, перший вхід якого є другим входом вимірювача інтервалів часу, а вихід послідовно з'єднаний з формувачем точної шкали, який містить послідовно з'єднані генератор ноніусних імпульсів, др угий селекторний каскад, лічильник ноніусний і другий дешифратор, виходом з'єднаний з другим входом пристрою відображення, при цьому схема керування, в яку входять схема співпадінь, перший і другий тригери, першим виходом з'єднана з другими входами першого і другого пристроїв формування, другим і третім виходами - з другими входами відповідно першого і другого селекторних каскадів, першим і другим входами - з другими виходами відповідно першого і другого пристроїв формування, третім і четвертим входами - з другими виходами відповідно генератора лічильних імпульсів і генератора ноніусних імпульсів [3]. Недоліками даного вимірювача є низька точність вимірювання інтервалів часу і обмежені функціональні можливості. Низька точність вимірювання зумовлена флуктуаціями періодів повторення лічильних і ноніусних імпульсів та нестабільністю спрацювання селекторних каскадів, викликаних амплітудними і фазовими шумами внутрішнього і зовнішнього походжень, що приводить до похибки підрахунку числа імпульсів на ±1 5 80047 основним і ноніусним лічильниками. Крім цього, на точність вимірювання впливає нестабільність початкової фази генератора ноніусних імпульсів. Обмежені функціональні можливості зумовлені неможливістю одночасного вимірювання моментів появи і закінчення, тривалості і інтервалів часу двох і більше одноразових і періодичних відеоімпульсних сигналів. В основу винаходу доставлено задачу удосконалити вимірювач інтервалів часу шляхом введення в нього генератора гармонійного сигналу, підсилювача -обмежувача, 2-го, 3-го і n-го каналів вимірювання і обчислювача, а в кожен із n-каналів вимірювання - першого і другого регістрів точної шкали, коректора грубої шкали і регістра грубої шкали, що дозволить усун ути функціональну обмеженість, зумовлену відсутністю можливості одночасного вимірювання моментів появи і закінчення, тривалості і інтервалів часу дво х і більше сигналів та підвищити точність їх вимірювання шляхом усунення похибки підрахунку числа лічильних імпульсів. Поставлена задача досягається тим, що у вимірювач інтервалів часу, який містить лічильник числа імпульсів, пристрій відображення і канал вимірювання, в який входять формувач точної шкали і пристрій формування, перший вхід якого з'єднаний з четвертим входом каналу вимірювання і є входом вимірювача інтервалів часу, а вихід - з другим входом формувача точної шкали, згідно винаходу, додатково введені генератор гармонійного сигналу, підсилювач -обмежувач, 2-й, 3-й, ..., n-й канали вимірювання і обчислювач, перший вхід кожного з η - каналів вимірювання з'єднаний з виходом лічильника, другий вхід - з ви ходом підсилювача - обмежувача і входом лічильника числа імпульсів, третій вхід - з виходом генератора гармонійних сигналів і входом підсилювача обмежувача, п'ятий і шостий входи - кожен з окремою вхідною шиною вимірювача інтервалів часу, кожний вихід кожного з n-каналів вимірювання з'єднаний з окремими входами обчислювача, вихід якого з'єднаний з входом пристрою відображення, при цьому в кожен із n-каналів вимірювання введені перший і другий регістри точної шкали, коректор грубої шкали і регістр грубої шкали, перший і другий входи кожного з каналів вимірювання з'єднані відповідно з першим і другим входами коректора грубої шкали, третій, п'ятий і шостий входи відповідно з першим, третім і четвертим входами формувача точної шкали, перший і другий виходи якого з'єднані з першими входамивідповідно першого і другого регістрів точної шкали, а третій вихід - з другими входами цих регістрів, перші виходи яких з'єднані відповідно з четвертим і п'ятим входами коректора грубої шкали, третій вхід якого з'єднаний з виходом пристрою формування і другим входом формувача точної шкали, а перший і другий ви ходи - відповідно з першим і другим входами регістра грубої шкали, ви ходом з'єднаним з першим виходом каналу вимірювання, другий і третій виходи якого з'єднані з другими виходами відповідно першого і другого регістрів точної шкали, четвертий вихід - з другим входом пристрою 6 формування і другим виходом коректора грубої шкали. Крім цього в кожен із формувачів точної шкали введені перший і другий аналого-цифрові перетворювачі, обертач фази і регулятор фази, перший і другий ви ходи якого є виходами формувача точної шкали, а перший і другий входи з'єднані відповідно з виходом першого і першим виходом другого аналого-цифрових перетворювачів, перший вхід першого аналого-цифрового перетворювача є першим входом формувача точної шкали і з'єднаний з входом обертача фази, вихід якого з'єднаний з першим входом другого аналогоцифрового перетворювача, другим виходом з'єднаним з третім виходом формувача точної шкали, другі входи обох аналого-цифрових перетворювачів з'єднані між собою і є другим входом формувача точної шкали, третій і четвертий входи якого є відповідно третім і четвертим входом регулятора фази. В кожен коректор грубої шкали введено перший, другий і третій регістри, мультиплексор, формувач імпульсів, фіксатор логічного стану і формувач адреси, перший вхід коректора грубої шкали з'єднаний з першим входом першого регістра, виходом з'єднаним з першим входом мультиплексора і першим входом другого регістра, ви хід якого з'єднаний з другим входом мультиплексора і першим входом третього регістра, виходом з'єднаним з третім входом мультиплексора, вихід якого з'єднаний з першим виходом коректора грубої шкали, другий вихід якого з'єднаний з першим виходом формувача імпульсів, другий вхід - з др угими входами регістрів, другим входом формувача імпульсів і третім входом фіксатора логічного стану, третій вхід - з першим входом формувача імпульсів і другим входом фіксатора логічного стану, четвертий і п'ятий входи - відповідно з другим і третім входами формувача адреси, перший і другий виходи якого з'єднані відповідно з четвертим і п'ятим входами мультиплексора, а перший вхід - з виходом фіксатора логічного стану, перший вхід якого з'єднаний з другим виходом формувача імпульсів і третіми входами регістрів. А також коректор грубої шкали містить суматор-віднімач, формувач імпульсів, фіксатор логічного стану і керувач суматором, перший вхід коректора грубої шкали з'єднаний з першим входом суматора-віднімача, другий вхід - з др угим входом формувача імпульсів і третім входом фіксатора логічного стану, третій вхід - з першим входом формувача імпульсів і другим входом фіксатора логічного стану, виходом з'єднаним з першим входом керувача суматором, четвертий і п'ятий входи відповідно з другим і третім входами керувача суматором, перший і другий виходи якого з'єднані відповідно з другим і третім входами суматоравіднімача, виходом з'єднаним з першою вихідною шиною коректора грубої шкали, друга ви хідна шина якого з'єднана з першим виходом формувача імпульсів, другим виходом з'єднаним з першим входом фіксатора логічного стану. Введення у вимірювач інтервалів часу додаткових функціональних блоків забезпечує підвищення точності вимірювання моментів появи і за 7 80047 кінчення, тривалості і інтервалів часу одноразових і періодичних сигналів та розширення функціональних можливостей. Введення коректорів грубої шкали усуває по хибку в підрахунку числа імпульсів лічильником числа імпульсів, зумовленої нестабільністю моменту спрацювання лічильника відносно початку точної шкали, а використання у формувачі точної шкали цифрових пристроїв для визначення тривалості дробової частини періоду гармонійного сигналу зменшує похибку дискретності. На Фіг.1 зображена структурна схема вимірювача інтервалів часу, на Фіг.2 - стр уктурна схема формувача точної шкали, на Фіг.3 і Фіг.4 - варіанти структурних схем коректора грубої шкали, на Фіг.5 - діаграми сигналів, які пояснюють роботу вимірювача інтервалів часу, на Фіг.6 і Фіг.7 - діаграми сигналів, які пояснюють роботу формувача точної шкали, на Фіг.8 - діаграми сигналів, які пояснюють роботу коректора грубої шкали, на Фіг.9, 10, 11, 12, 13 і 14 - можливі варіанти схем відповідно пристрою формування, регулятора фази, формувача імпульсів, фіксатора логічного стану, формувача адреси і керувача суматором. Вимірювач інтервалів часу містить (Фіг.1) лічильник 1 числа імпульсів, пристрій 2 відображення і канали 3-1 ... 3-n вимірювання, в кожен з яких входять формувач 4 точної шкали і пристрій 5 формування, перший вхід якого з'єднаний з четвертим входом каналу 3-1 вимірювання і є входом вимірювача інтервалів часу, а ви хід - з др угим входом формувача 4 точної шкали, генератор 6 гармонійного сигналу, підсилювач - обмежувач 7 і обчислювач 8, перший вхід кожного з n-каналів 3 вимірювання з'єднаний з виходом лічильника 1, другий вхід - з виходом підсилювача - обмежувача 7 і входом лічильника 1 числа імпульсів, третій вхід з виходом генератора 6 гармонійних сигналів і входом підсилювача-обмежувача 7, п'ятий і шостий входи - кожен з окремою вхідною шиною вимірювача інтервалів часу, кожний вихід кожного з nканалів 3 вимірювання з'єднаний з окремими входами обчислювача 8, вихід якого з'єднаний з входом пристрою 2 відображення, при цьому в кожен із n-каналів 3 вимірювання введені перший 9 і другий 10 регістри точної шкали, коректор 11 грубої шкали і регістр 12 грубої шкали, перший і другий входи кожного з каналів 3 вимірювання з'єднані відповідно з першим і другим входами коректора 11 грубої шкали, третій, п'ятий і шостий входи відповідно з першим, третім і четвертим входами формувача 4 точної шкали, перший і другий ви ходи якого з'єднані з першими входами відповідно першого 9 і другого 10 регістрів точної шкали, а третій вихід - з другими входами цих регістрів 9 і 10, перші виходи яких з'єднані відповідно з четвертим і п'ятим входами коректора 11 грубої шкали, третій вхід якого з'єднаний з виходом пристрою 5 формування і другим входом формувача 4 точної шкали, а перший і другий ви ходи - відповідно з першим і другим входами регістра 12 грубої шкали, ви ходом з'єднаним з першим виходом каналу 3 вимірювання, другий і третій виходи якого з'єднані з другими виходами відповідно першого 9 і другого 10 регістрів точної шкали, четвертий вихід - з дру 8 гим входом пристрою 5 формування і другим виходом коректора 11 грубої шкали, при цьому формувач 4 точної шкали (Фіг.2) містить перший 13,і другий 14 аналого-цифрові перетворювачі, обертач 15 фази і регулятор 16 фази, перший і другий виходи якого є виходами формувача 4 точної шкали, а перший і другий входи з'єднані відповідно з виходами першого 13 і першим виходом другого 14 аналого-цифрових перетворювачів, перший вхід першого 13 аналого-цифрового перетворювача є першим входом формувача 4 точної шкали і з'єднаний з входом обертача 15 фази, вихід якого з'єднаний з першим входом другого 14 аналогоцифрового перетворювача, другим виходом з'єднаним з третім виходом формувача 4 точної шкали, другі входи обох 13 і 14 аналого-цифрових перетворювачів з'єднані між собою і є другим входом формувача 4 точної шкали, третій і четвертий входи якого є відповідно третім і четвертим входом регулятора 16 фази, при цьому коректор 11 грубої шкали (Фіг.3) містить перший 17, другий 18 і третій 19 регістри, мультиплексор 20, формувач 21 імпульсів, фіксатор 22 логічного стану і формувач 23 адреси, перший вхід коректора 11 грубої шкали з'єднаний з першим входом першого 17 регістра, виходом з'єднаним з першим входом мультиплексора 20 і першим входом другого 18 регістра, ви хід якого з'єднаний з другим входом мультиплексора 20 і першим входом третього 19 регістра, виходом з'єднаним з третім входом мультиплексора 20, вихід якого з'єднаний з першим виходом коректора 11 грубої шкали, другий вихід якого з'єднаний з першим виходом формувача 21 імпульсів, другий вхід - з другими входами регістрів 17, 18, 19, другим входом формувача 21 імпульсів і третім входом фіксатора 22 логічного стану, третій вхід - з першим входом формувача 21 імпульсів і другим входом фіксатора 22 логічного стану, четвертий і п'ятий входи - відповідно з другім і третім входами формувача 23 адреси, перший і другий ви ходи якого з'єднані відповідно з четвертим і п'ятим входами мультиплексора 20, а перший вхід - з виходом фіксатора 22 логічного стану, перший вхід якого з'єднаний з другим виходом формувача 21 імпульсів і третіми входами регістрів 17, 18 і 19, в тому числі коректор 11 грубої шкали містить (Фіг.4) суматор-віднімач 24, формувач 25 імпульсів, фіксатор 26 логічного стану і керувач 27 суматором, перший вхід коректора 11 грубої шкали з'єднаний з першим входом суматора-віднімача 24, другий вхід - з другим входом формувача 25 імпульсів і третім входом фіксатора 26 логічного стану, третій вхід - з першим входом формувача 25 імпульсів і другим входом фіксатора 26 логічного стану, виходом з'єднаним з першим входом керувача 27 суматором, четвертий і п'ятий входи - відповідно з другим і третім входами керувача 27 суматором, перший і другий виходи якого з'єднані відповідно з другим і третім входами суматора-віднімача 24, виходом з'єднаним з першою вихідною шиною коректора 11 грубої шкали, друга ви хідна шина якого з'єднана з першим виходом формувача 25 імпульсів, другим виходом з'єднаним з першим входом фіксатора 26 логічного стану. 9 80047 Вимірювач інтервалів часу працює наступним чином. Формуються груба і точна шкали часу. За допомогою грубої шкали часу визначається ціле число періодів опорного (еталонного) гармонійного сигналу, а за допомогою точної шкали - дробова частина періоду цього сигналу, які вкладаються в інтервал часу, що вимірюється. На виході генератора 6 відбувається зміна опорного сигналу в часі за законом синусоїдної функції (Фіг.6а): (1) X(t)=Sinwt=Sin 2pft де f - часто та опорного сигналу, p=3,14... З генератора 6 опорний сигнал (1) поступає на перший вхід формувача 4 з деяким запізненням в часі (Фіг.5а, Фіг.6б), тобто зі зсувом фази на j1: (2) X(t)=Sin(wt-j1) Зсув фази j1 обумовлений електричною довжиною шляху проходження опорного сигналу від генератора 6 до формувача 4. На Фіг.5б зображені ідеалізовані імпульси Ζт прямокутної форми, період повторення яких рівний періоду повторення сигналу (2), а на Фіг.5в двійкові коди на виході лічильника 1, які відповідають числу імпульсів Ζт. Під впливом амплітудних і фазових шумів внутрішнього і зовнішнього походжень відбуваються часові флуктуації моментів переходу через нуль сигналів (1) і (2) в підсилювачі-обмежувачі 7, моментів зростання і спаду імпульсів на вході лічильника 1 числа імпульсів. Вплив всіх ци х часових флуктуацій зображено у вигляді імпульсів Ζт+ і Ζт-, зміщених в часі (Фіг.5г,е) відносно імпульсів Ζт і відповідні цим зміщеним імпульсам двійкові коди на виході лічильника 1 на Фіг.5д,є. Нехай в деякий момент часу t1 на четвертий вхід одного з каналів 3 вимірювання, наприклад Першого каналу 3-1, поступає сигнал Za (Фіг.5ж), моменти появи і закінчення якого потрібно зафіксува ти і визначити інтервал часу між цими моментами. Характерні точки на сигналі Za, які відповідають моментам його появи і закінчення, виробляє пристрій 5 формування. Цим точкам відповідають моменти t2 і t7 зростання імпульсного сигналу Zв (Фіг.5з) на виході пристрою 5 формування. Поряд з наявним синусоїдним сигналом (2) (Фіг.5а і 6б) у формувачі 4 утворюється косинусоїдний сигнал (Фіг.5и): (3) X(t)=Cos(wt-j1) В момент t2 зростання сигналу Zв на другому вході формувача 4, він здійснює вибірки миттєвих значень сигналів (2) і (3) і перетворення їх у двійкові коди, значення яких рівні (Фіг.5і, Фіг.5ї): (4) Sin(wt2-j1)=as1 і Cos(wt2-j1)=ac1 Крім того, в формувачі 4 відбувається корекція значень двійкових кодів (4). Така корекція потрібна, щоб усун ути розбіжності моментів переходу через нуль в напрямку зростання сигналу (2) на першому вході формувача 4 з моментами зростання імпульсів на вході лічильника 1. Іншими словами потрібно сумістити початок точної шкали (перехід сигналу (2) через нуль в напрямку зростання) з "поділкою" грубої шкали (моментом зростання імпульсів на вході лічильника 1). Вище згадані розбіжності часових моментів зумовлені різними електричними довжинами шляхів проходження сигналів від генератора 6 до лічильника 1 і 10 від генератора 6 до формувача 4 точної шкали. Приймемо, що в першому випадку шлях проходження сигналів приводить до зсуву фази на j2 (Фіг.6в), а в др угому випадку, як зазначалось раніше, - на j1 (Фіг.6б). Корекція кодів, що відповідають значенням (4), здійснюється наступним чином. На третій і четвертий входи формувача 4 точної шкали подаються двійкові коди (Фіг.5й, к), які відповідають значенням: (5) Sin(j1-j2)=bs і Cos (j1-j2)=bc В результаті перетворень (перемножень і алгебраїчного сумування) двійкових кодів (4) і (5) згідно нижче наведених виразів: (6) Sin(wt2-j1)Cos(j1-j2)+Cos(wt2-j1)Sin(j1-j 2) (7) Cos(wt2-j1)Cos(j1-j2)-Sin(wt2-j 1)Sin(j1-j 2) на першому і другому ви ходах формувача 4 утворюються двійкові коди (Фіг.5л,м), значення яких відповідають цим виразам і рівні: (8) Sin(wt2-j2)=а*s1 (9) Соs(wt2-j2)=а*c1 Сигнал Sin(wt-j2) і його миттєве значення в момент t2, Sin(wt2-j 2)=а*s1, зображені на Фіг.6в. Зазначимо, що отримане значення двійкового коду (8) не відповідає миттєвому значенню сигналу Sin(wt-j1) в момент t2, який фактично є на першому вході формувача 4, а відповідає миттєвому значенню сигналу Sin(wt-j2) (Фіг.6в), який мав би бути на цьому вході. Тобто, відповідає сигналу, моменти переходу через нуль якого збігаються з моментами зростання імпульсів на вході лічильника 1. На Фіг.5а, и, Фіг.6б, в і Фіг.7а,б точками as1, as2 і ас1, ас2 відображені значення a*s1, a*c1 і a*s2, а*с2 для випадку j1-j 2, точками a's1, a's2 і а'с1,а'с2 для випадку j1j2. На третьому виході формувача 4 точної шкали в момент t3 з'являється сигнал Zd (Фіг.5н), який сигналізує про усталення кодів на його першому і другому ви ходах. За допомогою цього сигналу здійснюється записування двійкових кодів в перший 9 і другий 10 регістри точної шкали (Фіг.5о, п), з виходів яких вони поступають в обчислювач 8. Обчислювач 8 визначає інтервал часу Δt1 між моментом переходу сигналу Sin(wt-j2) через нуль в напрямку зростання і моментом t2 появи сигналу Zb (Фіг.6). Згідно Фіг.6 Інтервал часу Dt1 і фаза wt2 зв'язані співвідношенням (10) wt2=wDt1+j2 Підставляючи в (8) і (9) замість wt2 праву частину (10), отримаємо рівняння (11) SinwDt1=a*s1 і CoswDt1=а*с1 з яких знаходимо інтервал часу Dt1: a* arctg s1 (12) a *c1 Dt1 = w З перших ви ходів регістрів 9 і 10 точної шкали на четвертий і п'ятий входи коректора 11 грубої шкали поступають сигнали Zs (Фіг.5р) і Zc (Фіг.5с). Ці сигнали являють собою імпульсні сигнали відповідних старших розрядів двійкових кодів, які присутні на други х ви ходах цих регістрів. Коректор 11 80047 11 грубої шкали проводить аналіз логічних станів сигналів Zs, Zc і флуктуючи х в часі імпульсів Ζт (Ζт+, Ζт-), які поступають на четвертий, п'ятий і другий входи коректора 11. В результаті цього аналізу коректор 11 здійснює уточнення двійкових кодів, які поступили в моменти t2 на його перший вхід. Уточнення кодів полягає в наступному: якщо число флуктуючих в часі імпульсів Ζт+ чи Ζт- відповідає числу імпульсів Ζт, то коректор 11 передає код з входу на вихід без зміни; якщо число флуктуючих в часі імпульсів Ζт+ чи Ζт- більше або менше за число імпульсів Ζт, то коректор 11 змінює вхідний код в бік зменшення або збільшення на одну одиницю. В результаті на першому виході коректора 11 з моменту t 4 відбувається встановлення і фіксація істинного коду (Фіг.5т) з лічильника 1, тобто коду, який був би на ви ході лічильника 1 (Фіг.5в) в момент t2 при відсутності часових флуктуацій імпульсів Ζт+ і Ζт-. Після усталення коду на першому виході коректора 11 грубої шкали на його другому виході в момент t5 зростання імпульсу Ζт+ чи Ζт- з'являється імпульс Zr (Фіг.5у). Цей імпульс забезпечує записування коду з коректора 11 в регістр 12 грубої шкали (Фіг.5ф) і повернення пристрою 5 формування у вихідний стан (Фіг.5з). Закінчення імпульсу Zr відбувається в момент t6 чергового зростання імпульсу Ζт+ чи Ζт-, а з наступних моментів зростання цих імпульсів коди на виході коректора 11 знову починають змінюватися. Момент t2 появи сигналу Zв обчислюється за формулою: a* arctg s1 / w (13) a *c1 t2= Ν1t 0+Dt 1= Ν1t 0+ де Ν1 - число імпульсів, що відповідають коду на виході регістра 12 в момент t2; t 0 - період повторення опорного сигналу Sin wt. В момент t7 спадання сигналу Za на виході пристрою 5 формування з'являється знову сигнал Zв (Фіг.5з і Фіг.6д момент t7) і канал вимірювання починає нове перетворення сигналів згідно вище описаного алгоритму. Кінцевим результатом перетворень сигналів є отримання кодів на виходах регістрів 9 і 10 точної і регістра 12 грубої шкал і передача їх в обчислювач 8. Обчислювач 8 за отриманими даними знаходить момент t7 закінчення сигналу Za: a* arctg s2 / w (14) a *c2 t7=Ν2t 0+Dt 2=Ν2t 0+ де Ν2 - число імпульсів, що відповідають коду на виході регістра 12 в момент t7; Dt2 - інтервал часу між моментом переходу сигналу Sin(wt-j2) через нуль в напрямку зростання і моментом t7 чергової появи сигналу Zв (Фіг.6). За відомими моментами появи (13) і закінчення (14) сигналу Za обчислювач знаходить його тривалість Dt: arctg (a*s2 /a*c2) - arctg (a* sl /a*cl) Dt=t7-t2=t0(Ν2-Ν1)+ arctg (a * s2 / a * c 2 ) - arctg(a * s1 / a *c 1) (15) w + Введення додаткових каналів вимірювання дозволяє одночасно знаходити моменти появи і закінчення, тривалість і інтервали часу n-сигналів 12 Za, які поступають на входи цих каналів. Наявність в каналах 3 вимірювання коректора 11 грубої шкали, який усуває вплив часових флуктуацій імпульсів Ζт+ і Ζт- на вході лічильника 1 і часових флуктуацій сигналів безпосередньо в лічильнику 1, а також корекцію кодів у формувачі 4 точної шкали, забезпечують високу точність одночасного вимірювання моментів появи і закінчення, тривалості і часових інтервалів одного чи більше одноразових і періодичних відеоімпульсних сигналів. Формувач 4 точної шкали (Фіг.2) працює наступним чином. На перший вхід першого 13 аналого-цифрового перетворювача (АЦП) і вхід обертача 15 фази поступає сигнал Sin(wt-j1) (Фіг.7а). На виході обертача 15 фаза цього сигналу зсунута на 90° (Фіг.76). В результаті на перші входи першого 13 і другого 14 АЦП поступають гармонійні сигнали, які змінюються в часі відповідно за законами синуса Sin(wt-j1) і косинуса Cos(wt-j1). В момент t1 появи на других входа х АЦП сигналу Ζв (Фіг.7в) відбуваються вибірки миттєви х значень as1=Sin(wt1-j1) і ас1=Cos(wt1-j1) сигналів Sin(wt-j 1) і Cos(wt-j1) і перетворення їх у двійкові коди (Фіг.7г, д). Ці двійкові коди з виходів АЦП поступають на перший і другий входи регулятора фази 16. На третій і четвертий входи регулятора 16 фази поступають двійкові коди Sin(j1-j2)=bs і Соs(j1-j2)=bс (Фіг.7е, є). В регуляторі 16 фази відбувається перетворення вхідних кодів згідно виразів (6) і (7). В результаті цих перетворень на першому і другому виходах регулятора 16 фази двійкові коди (Фіг.7ж, з) відповідають зміщеним на j2 миттєвим значенням a*s1=Sin(wt1-j2) і а*с1=Cos(wt1-j2), де a*s1=as1 чи a's1 чи a"s1 і а*с1=ас1 чи а'с1 чи а"с1 і залежить від співвідношення між j1 і j2. На третій вихід формувача 4 точної шкали з другого ви ходу другого 14 АЦП поступає сигнал Zd (Фіг.7и, момент t2), призначений для записування двійкових кодів в регістри 9 і 10. В момент t3 спаду сигналу Ζв стан формувача 4 точної шкали не змінюється. В момент t4 чергового зростання сигналу Ζв АЦП здійснюють нові вибірки a*s2 і а*с2 миттєвих значень сигналів і перетворюють їх у двійкові коди, які коректуються в регуляторі 16 фази. Цикли вибірок миттєви х значень сигналів і їх перетворень відбуваються при кожному зростанні сигналу Ζв. На Фіг.3 зображена структурна схема коректора 11 грубої шкали, а на Фіг.8 часові діаграми сигналів, які пояснюють його роботу. На Фіг.8а і Фіг.8б зображені відповідно сигнали Sin(wt-j2) і Cos(wtj2), на Фіг.8в і Фіг.8г - ідеалізований сигнал Ζт і відповідний йому двійковий код K1 на виході лічильника 1, а на Фіг.8д і Фіг.8е - сигнал Ζт+ зміщений у часі відносно сигналу Ζт і відповідний йому двійковий код на виході лічильника 1. Коректор 11 грубої шкали працює наступний: чином. На перший вхід регістра 17 поступають сигнали двійкових кодів (Фіг.8е), які змінюються з частотою імпульсів Ζт+ (Фіг.8д). В моменти зростання імпульсів Ζт+ відбувається переписування кодів з перших входів регістрів 17, 18 і 19 на їх виходи. В результаті, на виході регістра 17 з'являється поточний код (Фіг.8є), а на виходах регістрів 18 і 19 - два попередні коди (Фіг.8ж,з). Код на вході регістра 17 і 13 80047 вихідні коди регістрів 17, 18 і 19 зсунуті в часі відносно зростання імпульсів Ζт+ на тривалість затримки розповсюдження сигналів. В момент t1 на перший вхід формувача 21 імпульсів поступає сигнал Zв (Фіг.8и), а на другий і третій входи формувача 23 адреси - сигнали Zs і Zc (Фіг.8і,ї. Сигнали Zs і Zc с (Фіг.8і,ї) є сигналами старших розрядів двійкових кодів, утворених із вибірок миттєвих значень синусоїдного Sin(wt-j2) (Фіг.8а) і косинусоїдного Cos(wt-j2) (Фіг.8б) сигналів у формувачі точної шкали. При цьому, логічні нулі сигналів Zs і Zc відповідають додатнім, а логічні одиниці - від'ємним півперіодам сигналів Sin(wt-j2) і Cos(wt-j2). Можливі комбінації логічних станів сигналів Zs і Zc в будь-який з моментів появи сигналу Zв представлено в другому і третьому стовпцях таблиці 1. В першому стовпці таблиці 1 відображені логічні стани сигналу Zn на виході фіксатора 22 логічного стану, в четвертому і п'ятому стовпцях - відповідно стани сигналів у1 і у2 на першому і другому виходах формувача 23 адреси. В шостому стовпці таблиці 1 вказані номера регістрів, коди яких передаються на вихід мультиплексора 20, в сьомому стовпці - порядковий номер коду, який з'являється на виході мультиплексора 20 в один з моментів появи сигналу Zв. Таблиця 1 1 2 3 4 5 Zn Zs Zc у1 у2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 6 7 № регі- результуючий стра код 18 Ν 18 Ν 19 N-1 18 Ν 17 Ν+1 18 Ν 18 Ν 18 Ν Після появи сигналу Ζв (Фіг.8и) і в момент t2 зростання чергового імпульсу Ζт+ на другому виході формувача 21 імпульсів утворюються сигнал Zk (Фіг.8й). Цей сигнал забезпечує фіксування наявних в регістрах двійкових кодів, забороняючи записування нових кодів. Після появи сигналу Zk і в момент t3 спаду чергового імпульсу Ζт+ фіксатор 22 логічного стану запам'ятовує логічний стан сигналу Zk (Фіг.8й). При цьому, на виході фіксатора 22 утворюється сигнал Zn (Фіг.8к, момент t3), який поступає на перший вхід формувача 23 адреси, на другий і третій входи якого поступають сигнали Zs і Zc. Формувач 23 в залежності від логічних станів сигналів на його входах видає на першому і другому вихода х відповідно сигнали y1 (Фіг.8л) і у2 (Фіг.8м). Ці сигнали, в залежності від їх логічних станів (дивись таблицю 1), забезпечують проходження двійкових кодів одного з регістрів 17, 18 чи 19 на вихід мультиплексора 20 (Фіг.8н). Після появи сигналу Ζκ (Фіг.8й, момент t2) і в момент t4 чергового зростання сигналу Ζт+ на першому виході формувача 21 імпульсів утворюється сигнал Zr (Фіг.8о). Цей сигнал забезпечує записування коду з 14 виходу мультиплексора 20 в регістр 12 (Фіг.8п) вимірювача інтервалів часу і повернення сигналу Ζв у стан логічного нуля (Фіг.8и). Після спаду сигналу Ζв і в момент t5 чергового зростання імпульсу Ζт+ формувач 21 імпульсів повертається у вихідний стан (Фіг.8й,о). При цьому знімається заборона записування двійкових кодів з лічильника 1 числа імпульсів в регістри 17, 18, 19. Після спаду сигналу Ζκ і в момент чергового спаду імпульсу Ζт+ фіксатор 23 логічного стану також повертається у вихідний стан, тобто сигнал Zn приймає стан логічного "0" (Фіг.8к, момент t6). Починаючи з моменту t5, коли сигнал Ζκ зняв заборону записування двійкових кодів в регістри 17, 18 і 19, в них відбувається оновлення кодів, яке завершується через три такти сигналу Ζт+ в момент t7. З моменту t7, коли в регістрах починається поточна зміна двійкових кодів, коректор 11 грубої шкали в момент t8 появи сигналу Zd готовий до наступного циклу перетворень. Крім цього, інший варіант коректора 11 грубої шкали (Фіг.4) працює наступним чином. На перший вхід суматора-віднімача 24 поступають двійкові коди з виходу лічильника 1 числа імпульсів, на другий і третій входи - сигнали логічного нуля чи логічної одиниці. Формувач 25 імпульсів і фіксатор 26 логічного стану працюють таким же чином, як формувач 21 і фіксатор 22 у вище описаному коректорі 11. Керувач 27 суматором, в залежності від логічних станів сигналів Zn, Zs і Zc (таблиця 2) на його входах, виробляє на своїх ви ходах сигнали логічного "0" чи "1". Таблиця 2 1 2 3 4 5 Zn Zs Zc у1 у2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1' 0 0 1 0 1 0 0 0 * * 0 * 1 * * * 6 результуючий код N N N-1 N N+1 N N N * - означає будь-який зі станів "0" чи "1". Логічний сигнал з першого виходу коректора 27 алгебраїчно сумується з двійковим кодом, що поступає на перший вхід суматора-віднімача 24. Логічний сигнал з другого ви ходу керувача 27 визначає яку алгебраїчну дію: додавання чи віднімання повинен здійснювати суматор-віднімач 24. Залежності між логічними станами сигналів на вході керувача 27 суматором і його виходах, а також результуючий код на виході суматоравіднімача 24 наведені в таблиці 2. В стовпці 6 таблиці 2 вказано порядковий номер двійкового коду на виході суматора -віднімача 24 в залежності від логічних станів сигналів Zn, Zs і Zc, і, отже, станів сигналів у1 і у2 . Перетворення в коректорі 11 здійснюються протягом одного такту. Тривалість цього 15 80047 такту може бути як меншою, так і більшою за період імпульсів Ζт. Література. 1 Spartan - II 2,5 ν FPGA Family: DC and Switching Characterictics. DS 001 -3(v 2. 4) August 28, 2001. 16 2 Авторське свідоцтво №551600, 25.03.77. Бюл. №11. 3 Винокуров В.И., Каплин С.И., Петелин И.Г. Электро радиоизмерения / Под ред. В.И. Винокурова. - М: Высш. шк., 1986, с.159. 17 80047 18 19 Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 80047 Підписне 20 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601