RU2255366C1 - Device for measuring series of time intervals - Google Patents

Abstract

FIELD: electric engineering.

SUBSTANCE: device has support generator, forming means, distributor, main counter and three measuring channels. Each measuring channel includes OR circuit, nonius generator, nonius counter, main and additional buffer registers. Two channels operate simultaneously in device: one measures time intervals between input pulses, and on basis of measurements of second one calibration of this couple of channels is performed. During calibration signal concurrently is sent to inputs for launching and stopping nonius generator in channel, performing calibration, and from same signal nonius generator is launched in channel, performing working measurements.

EFFECT: higher precision.

2 dwg

Description

Устройство для измерения серий временных интервалов относится к области измерительной и вычислительной техники и может использоваться для измерения с повышенной точностью последовательности временных интервалов.A device for measuring a series of time intervals relates to the field of measurement and computer technology and can be used to measure with increased accuracy the sequence of time intervals.

Известно устройство для измерения серии временных интервалов [1], содержащее n нониусных преобразователей, входной блок, вычислительный блок, эталонный генератор, эталонный счетчик, первое и второе запоминающие устройства, многовходовый элемент ИЛИ. Однако данное устройство обладает невысокой скоростью и точностью измерения.A device for measuring a series of time intervals [1], containing n vernier converters, an input unit, a computing unit, a reference generator, a reference counter, the first and second storage devices, a multi-input OR element. However, this device has a low speed and accuracy.

Известно устройство для измерения серии временных интервалов [2], содержащее эталонный генератор, входной блок, два нониусных блока, два запоминающих блока, усилитель, блок считывания грубого кода, вычислительный блок, выходной блок и n-2 нониусных блока. Однако данное устройство также не обладает высокой точностью и быстродействием.A device for measuring a series of time intervals [2], containing a reference generator, an input unit, two nonius blocks, two storage blocks, an amplifier, a rough code reader, a computing unit, an output block and n-2 nonius blocks. However, this device also does not have high accuracy and speed.

Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения серии временных интервалов [3], содержащее опорный генератор, распределитель, формирователь, блок управления, основной и три нониусных счетчика, три нониусных генератора и три буферных запоминающих устройства (основных буферных регистра). Данное устройство обладает способностью измерения последовательности временных интервалов, поступающих в большом количестве и с высокой интенсивностью на длительном непрерывном отрезке времени. Недостатком является невозможность анализа низкочастотной составляющей в измеряемой последовательности временных интервалов из-за наличия собственных низкочастотных шумов. Это обусловлено тем, что в известном устройстве режим калибровки, в котором происходит оценка собственной погрешности, и режим измерения разделены во времени и не могут выполняться одновременно.Of the known closest in technical essence is a device for measuring a series of time intervals [3], containing a reference generator, distributor, driver, control unit, the main and three vernier counters, three vernier generators and three buffer memory devices (main buffer register). This device has the ability to measure the sequence of time intervals arriving in large quantities and with high intensity for a long continuous period of time. The disadvantage is the inability to analyze the low-frequency component in the measured sequence of time intervals due to the presence of intrinsic low-frequency noise. This is due to the fact that in the known device, the calibration mode in which the own error is estimated and the measurement mode are separated in time and cannot be performed simultaneously.

Предлагаемое изобретение направлено на расширение функциональных возможностей и повышение точности за счет выполнения одновременно с рабочими измерениями серии калибровочных измерений.The present invention is aimed at expanding the functionality and increasing accuracy by performing a series of calibration measurements simultaneously with the working measurements.

Это достигается тем, что в трехканальный нониусный измеритель временных интервалов, содержащий три измерительных канала, каждый из которых содержит нониусный генератор, нониусный счетчик и основной буферный регистр, причем первый выход нониусного генератора подключен ко входу нониусного счетчика, а второй выход - к управляющему входу основного буферного регистра, а также выход нониусного счетчика подключен ко входу основного буферного регистра и выходы основных буферных регистров являются выходами измерителя; опорный генератор, выход которого подключен к первому входу основного счетчика и к первым входам нониусных генераторов каждого канала; формирователь, вход которого является информационным входом измерителя, а выход подключен к первому входу распределителя; второй вход распределителя, являющийся управляющим входом измерителя, подключен ко второму входу основного счетчика; основной счетчик, выход которого подключен ко входам основного буферного регистра в каждом канале, введены в каждый канал измерителя дополнительный буферный регистр, выходы которого являются выходами измерителя и схема “ИЛИ”, причем первый выход распределителя подключен ко входу схемы “ИЛИ” первого канала, к первому разряду дополнительного буферного регистра второго канала и ко входу схемы “ИЛИ” второго канала; второй выход распределителя подключен ко входу схемы “ИЛИ” второго канала, ко второму разряду дополнительного буферного регистра третьего канала и ко входу схемы “ИЛИ” третьего канала, а третий выход распределителя подключен ко входу схемы “ИЛИ” третьего канала, к третьему разряду дополнительного буферного регистра первого канала и ко входу схемы “ИЛИ” первого канала; кроме того, выход схемы “ИЛИ” первого канала подключен к первому разряду дополнительного буферного регистра первого канала и ко второму входу нониусного генератора первого канала, выход схемы “ИЛИ” второго канала подключен ко второму разряду дополнительного буферного регистра второго канала и ко второму входу нониусного генератора второго канала, а выход схемы “ИЛИ” третьего канала подключен к третьему разряду дополнительного буферного регистра третьего канала и ко второму входу нониусного генератора третьего канала. Также вторые выходы нониусных генераторов в каждом канале подключены к четвертым входам соответствующих дополнительных буферных регистров. На неиспользуемые входы дополнительных буферных регистров каждого канала подается потенциал логического нуля.This is achieved by the fact that in a three-channel vernier time interval meter containing three measuring channels, each of which contains a vernier generator, a vernier counter and the main buffer register, the first output of the vernier generator connected to the input of the vernier counter, and the second output to the control input of the main the buffer register, as well as the output of the nonius counter, is connected to the input of the main buffer register and the outputs of the main buffer registers are the outputs of the meter; a reference generator, the output of which is connected to the first input of the main counter and to the first inputs of the vernier generators of each channel; a shaper whose input is the information input of the meter, and the output is connected to the first input of the distributor; the second input of the distributor, which is the control input of the meter, is connected to the second input of the main counter; the main counter, the output of which is connected to the inputs of the main buffer register in each channel, has an additional buffer register introduced into each channel of the meter, the outputs of which are the outputs of the meter and the OR circuit, and the first output of the distributor is connected to the input of the OR circuit of the first channel, the first bit of the additional buffer register of the second channel and to the input of the OR circuit of the second channel; the second output of the distributor is connected to the input of the OR circuit of the second channel, to the second category of the additional buffer register of the third channel and to the input of the OR circuit of the third channel, and the third output of the distributor is connected to the input of the OR circuit of the third channel, to the third category of the additional buffer register of the first channel and to the input of the OR circuit of the first channel; in addition, the output of the OR circuit of the first channel is connected to the first bit of the additional buffer register of the first channel and to the second input of the vernier generator of the first channel, the output of the OR circuit of the second channel is connected to the second bit of the additional buffer register of the second channel and to the second input of the vernier generator the second channel, and the output of the OR circuit of the third channel is connected to the third category of the additional buffer register of the third channel and to the second input of the vernier generator of the third channel. Also, the second outputs of the vernier generators in each channel are connected to the fourth inputs of the corresponding additional buffer registers. The unused inputs of the additional buffer registers of each channel are supplied with a potential of logical zero.

Введение новых элементов и связей между ними обеспечивает решение поставленной задачи.The introduction of new elements and the relationships between them provides a solution to the problem.

На фиг.1 приведена схема заявляемого измерителя, на фиг.2 - временная диаграмма работы измерителя.Figure 1 shows a diagram of the inventive meter, figure 2 is a timing diagram of the operation of the meter.

Измеритель (см. фиг.1) содержит:The meter (see figure 1) contains:

1 - опорный генератор;1 - reference generator;

2 - формирователь;2 - shaper;

3 - распределитель;3 - distributor;

4 - схема “ИЛИ”;4 - scheme “OR”;

5 - нониусный генератор;5 - vernier generator;

6 - дополнительный буферный регистр;6 - additional buffer register;

7 - основной счетчик;7 - main counter;

8 - нониусный счетчик;8 - vernier counter;

9 - основной буферный регистр;9 - main buffer register;

10...12 - выходы распределителя;10 ... 12 - outputs of the distributor;

При этом выход опорного генератора 1 подключен к первому входу основного счетчика 7 и к первым входам нониусных генераторов 5 в каждом канале; вход формирователя 2 является информационным входом измерителя, выход формирователя 2 подключен к первому входу распределителя 3; второй вход распределителя 3, являющийся управляющим входом измерителя, подключен ко второму входу основного счетчика 7; выход основного счетчика 7 подключен ко входам основных буферных регистров 9 в трех каналах; выход 10 распределителя 3 подключен к схемам “ИЛИ” 4 в первом и во втором каналах, а также к первому разряду дополнительного буферного регистра 6 в первом канале; выход 11 распределителя 3 подключен к схемам “ИЛИ” 4 второго и третьего каналов и ко второму разряду дополнительного буферного регистра 6 второго канала; выход 12 распределителя 3 подключен к схемам “ИЛИ” 4 первого и третьего каналов и к третьему разряду дополнительного буферного регистра 6 третьего канала; выход схемы “ИЛИ” 4 первого канала подключен к первому разряду дополнительного буферного регистра 6 первого канала и ко второму входу нониусного генератора 5 первого канала; выход схемы “ИЛИ” 4 второго канала подключен ко второму разряду дополнительного буферного регистра 6 второго канала и ко второму входу нониусного генератора 5 второго канала; выход схемы “ИЛИ” 4 третьего канала подключен к третьему разряду дополнительного буферного регистра 6 третьего канала и ко второму входу нониусного генератора 5 третьего канала; первые выходы нониусных генераторов 5 подключены к нониусным счетчикам 8 в соответствующих каналах, вторые выходы нониусных генераторов 5 подключены к управляющим входам основного буферного регистра 9 и к четвертым разрядам дополнительного буферного регистра 6 в соответствующем канале, выход нониусного счетчика 8 подключен ко входам основного буферного регистра 9; выходы основного и дополнительного буферных регистров являются выходами измерителя. Кроме того, на неиспользуемые разряды дополнительных буферных регистров подается потенциал логического нуля.The output of the reference generator 1 is connected to the first input of the main counter 7 and to the first inputs of the vernier generators 5 in each channel; the input of the shaper 2 is the information input of the meter, the output of the shaper 2 is connected to the first input of the distributor 3; the second input of the distributor 3, which is the control input of the meter, is connected to the second input of the main counter 7; the output of the main counter 7 is connected to the inputs of the main buffer registers 9 in three channels; the output 10 of the distributor 3 is connected to the circuits “OR” 4 in the first and second channels, as well as to the first category of the additional buffer register 6 in the first channel; the output 11 of the distributor 3 is connected to the circuits “OR” 4 of the second and third channels and to the second category of the additional buffer register 6 of the second channel; the output 12 of the distributor 3 is connected to the circuits “OR” 4 of the first and third channels and to the third category of the additional buffer register 6 of the third channel; the output of the OR circuit 4 of the first channel is connected to the first discharge of the additional buffer register 6 of the first channel and to the second input of the vernier generator 5 of the first channel; the output of the OR circuit 4 of the second channel is connected to the second bit of the additional buffer register 6 of the second channel and to the second input of the vernier generator 5 of the second channel; the output of the OR circuit 4 of the third channel is connected to the third category of the additional buffer register 6 of the third channel and to the second input of the vernier generator 5 of the third channel; the first outputs of the vernier generators 5 are connected to the vernier counters 8 in the corresponding channels, the second outputs of the vernier generators 5 are connected to the control inputs of the main buffer register 9 and to the fourth bits of the additional buffer register 6 in the corresponding channel, the output of the vernier counter 8 is connected to the inputs of the main buffer register 9 ; the outputs of the main and additional buffer registers are the outputs of the meter. In addition, the potential of logical zero is applied to unused bits of additional buffer registers.

Устройство для измерения серий временных интервалов работает следующим образом. Начало цикла преобразования задается внешним сигналом ″ЗАПУСК″, который подается на вход формирователя, по нему распределитель выделяет серию временных интервалов, и который разрешает работу счетчика 7. Входные импульсы, передние фронты которых отмечают границы временных интервалов, последовательно распределяются по каналам. Каждый импульс поступает на схему “ИЛИ” в два канала, по выходному сигналу которых запускаются нониусные генераторы и устанавливаются значения дополнительных буферных регистров. Для одного канала устанавливается код измерения (значение 1000, 0100, 0010 для 1, 2 и 3 канала соответственно), а для второго - коды калибровки (значение 1010, 1100 и 0110 для 1, 2 и 3 канала соответственно). Нониусный счетчик 8 начинает считать импульсы нониусного генератора 5, после окончания работы которого код числа импульсов заносится в основной буферный регистр 9 по сигналу со второго выхода нониусного генератора для первого, второго и третьего канала соответственно, а также в четвертый разряд дополнительного буферного регистра записывается логическая единица - признак окончания работы нониусного генератора. В первый канал поступают импульсы 1, 3, 4, 6, во второй канал - 1, 2, 4, 5, в третий - 2, 3, 5, 6. В моменты совпадения передних фронтов опорного 1 и нониусного 12 сигналов импульсом со второго выхода нониусного генератора в буферный регистр 9 записываются состояния основного 7 и нониусного 8 счетчиков – N_oi и N_i соответственно, где i - номер канала (i=1, 2, 3). Емкость основного буферного регистра 9 составляет m+р разрядов, где m - разрядность основного 7, а р - нониусного 8 счетчиков. После окончания цикла измерения данные из основного буферного регистра 9 поступают во внешний обработчик кодов сигналов, например в ЭВМ, после чего основной и дополнительный буферные регистры обнуляются. Для вычисления кодов временных интервалов вводится условное время t, за нулевую точку которого принимается начало такта, в котором разрешается работа СТ с нулевого значения. При этом считается, что границы временных интервалов приходят в моменты времени

Код

момента поступления m-й границы определяется по формулеA device for measuring a series of time intervals works as follows. The start of the conversion cycle is set by the external signal ″ START ″, which is fed to the input of the shaper, according to which the distributor selects a series of time intervals, and which enables the counter 7. The input pulses, the leading edges of which mark the boundaries of time intervals, are sequentially distributed over the channels. Each pulse arrives at the “OR” circuit in two channels, on the output of which the vernier generators are started and the values of additional buffer registers are set. For one channel, a measurement code is set (a value of 1000, 0100, 0010 for channels 1, 2 and 3, respectively), and for the second, calibration codes (a value of 1010, 1100 and 0110 for channels 1, 2 and 3, respectively). Vernier counter 8 starts counting the pulses of the Vernier generator 5, after which the code of the number of pulses is entered in the main buffer register 9 according to the signal from the second output of the Vernier generator for the first, second and third channels, respectively, as well as a logical unit is written in the fourth digit of the additional buffer register - A sign of the termination of the vernier generator. The first channel receives pulses 1, 3, 4, 6, the second channel - 1, 2, 4, 5, the third - 2, 3, 5, 6. At the moments of coincidence of the leading edges of the reference 1 and vernier 12 signals from the second the output of the vernier generator in the buffer register 9 states the main 7 and vernier 8 counters - N _oi and N _i, respectively, where i is the channel number (i = 1, 2, 3). The capacity of the main buffer register 9 is m + p bits, where m is the capacity of the main 7, and p is the vernier 8 counters. After the end of the measurement cycle, data from the main buffer register 9 enters an external processor of signal codes, for example, into a computer, after which the main and additional buffer registers are reset. To calculate the codes of time intervals, a conditional time t is introduced, the zero point of which is taken to be the start of a clock in which the operation of the CT from zero is allowed. It is believed that the boundaries of time intervals come at time points

The code

the moment of arrival of the mth boundary is determined by the formula

где К - коэффициент интерполяции (целое число). К оценивается из соотношенияwhere K is the interpolation coefficient (integer). K is estimated from the ratio

где Т_н - период нониусного, а Т_о - период опорного генераторов.where T _n is the vernier period, and T _o is the period of the reference generators.

В измерителе одновременно работают два канала: один измеряет интервалы между входящими импульсами, а по измерениям второго производится калибровка этой пары каналов. При калибровке сигнал одновременно поступает на входы запуска и остановки нониусного генератора в канале, производящем калибровку, и от этого же импульса запускается нониусный генератор в канале, производящем рабочие измерения. Таким образом, измерение нулевого интервала времени позволяет получить в основном буферном регистре код калибровочного измерения очередного канала, а в дополнительном буферном регистре запишется информация о том, что измерение этого канала являлось калибровочным и какие каналы участвовали в калибровке при данном измерении. В регистрирующем устройстве (ЭВМ) запоминается последовательность кодов отсчетов временных интервалов и соответствующая им последовательность кодов калибровочных импульсов, содержащая информацию о низкочастотных собственных шумах. Калибровочные отсчеты в ЭВМ подвергаются фильтрации (сглаживанию), а сглаженные значения вычитаются из соответствующих значений серии рабочих измерений. Таким образом, в заявляемом устройстве по сравнению с известными значительно повышается точность измерений за счет компенсации низкочастотной погрешности во время обработки результатов измерения.Two channels simultaneously operate in the meter: one measures the intervals between incoming pulses, and the second pair is calibrated by measuring the second. During calibration, the signal simultaneously enters the start and stop inputs of the vernier generator in the channel that performs calibration, and from the same pulse, the vernier generator in the channel that performs working measurements is started. Thus, the measurement of the zero time interval makes it possible to obtain the calibration measurement code of the next channel in the main buffer register, and information that the measurement of this channel was calibration and which channels were involved in the calibration in this measurement is recorded in the additional buffer register. In the recording device (computer) is stored a sequence of codes of samples of time intervals and the corresponding sequence of codes of calibration pulses containing information about low-frequency intrinsic noise. Calibration readings in a computer are filtered (smoothed), and smoothed values are subtracted from the corresponding values in a series of working measurements. Thus, in the inventive device in comparison with the known significantly increases the accuracy of the measurements by compensating for the low-frequency error during processing of the measurement results.

Источники информацииSources of information

1. Авторское свидетельство СССР № 930213, кл. G 04 F 10/00.1. USSR author's certificate No. 930213, cl. G 04 F 10/00.

2. Авторское свидетельство СССР № 935869, кл. G 04 F 10/04.2. USSR author's certificate No. 935869, cl. G 04 F 10/04.

3. Е.И.Гурин ″Трехканальный нониусный преобразователь время-код″, Приборы и техника эксперимента, 1997 г, № 7, с.386.3. EI Gurin ″ Three-channel vernier time-code converter ″, Instruments and experimental equipment, 1997, No. 7, p. 386.

Claims (1)

Устройство для измерения серий временных интервалов, состоящее из трех измерительных каналов, включающих нониусный генератор, нониусный счетчик, основной буферный регистр, причем первый выход нониусного генератора подключен ко входу нониусного счетчика, а второй выход - к управляющему входу основного буферного регистра и выходы основных буферных регистров являются выходами измерителя; опорного генератора, выход которого подключен к первому входу основного счетчика и ко входам нониусных генераторов; формирователя, вход которого является информационным входом измерителя, а выход подключен к первому входу распределителя; вход распределителя является управляющим входом измерителя и подключен ко второму входу основного счетчика, выход которого подключен к основному буферному регистру в каждом канале, отличающееся тем, что в каждый канал измерителя введен дополнительный буферный регистр и схема ИЛИ, причем первый выход распределителя подключен ко входу схемы ИЛИ первого канала, к первому разряду дополнительного буферного регистра второго канала и ко входу схемы ИЛИ второго канала; второй выход распределителя подключен ко входу схемы ИЛИ второго канала, ко второму разряду дополнительного буферного регистра третьего канала и ко входу схемы ИЛИ третьего канала; третий выход распределителя подключен ко входу схемы ИЛИ третьего канала, к третьему разряду дополнительного буферного регистра первого канала и ко входу схемы ИЛИ первого канала, а также выход схемы ИЛИ первого канала подключен к первому разряду дополнительного буферного регистра первого канала и к входу нониусного генератора первого канала, выход схемы ИЛИ второго канала подключен ко второму разряду дополнительного буферного регистра второго канала и ко входу нониусного генератора второго канала, выход схемы ИЛИ третьего канала подключен к третьему разряду дополнительного буферного регистра третьего канала и ко входу нониусного генератора третьего канала; также в каждом канале вторые выходы нониусных генераторов подключены к четвертым разрядам дополнительного буферного регистра, выходы которого также являются выходами измерителя.A device for measuring a series of time intervals, consisting of three measuring channels, including a vernier generator, a vernier counter, the main buffer register, the first output of the vernier generator connected to the input of the vernier counter, and the second output to the control input of the main buffer register and the outputs of the main buffer registers are meter outputs; a reference generator, the output of which is connected to the first input of the main counter and to the inputs of the vernier generators; shaper, the input of which is the information input of the meter, and the output is connected to the first input of the distributor; the distributor input is the control input of the meter and connected to the second input of the main counter, the output of which is connected to the main buffer register in each channel, characterized in that an additional buffer register and OR circuit are introduced into each meter channel, and the first distributor output is connected to the input of the OR circuit the first channel, to the first bit of the additional buffer register of the second channel and to the input of the OR circuit of the second channel; the second output of the distributor is connected to the input of the OR circuit of the second channel, to the second bit of the additional buffer register of the third channel and to the input of the OR circuit of the third channel; the third output of the distributor is connected to the input of the OR circuit of the third channel, to the third bit of the additional buffer register of the first channel and to the input of the OR circuit of the first channel, and also the output of the OR circuit of the first channel is connected to the first bit of the additional buffer register of the first channel and to the input of the vernier generator of the first channel , the output of the OR circuit of the second channel is connected to the second category of the additional buffer register of the second channel and to the input of the vernier generator of the second channel, the output of the OR circuit of the third channel under it is switched on to the third category of the additional buffer register of the third channel and to the input of the vernier generator of the third channel; also in each channel, the second outputs of the vernier generators are connected to the fourth bits of the additional buffer register, the outputs of which are also the outputs of the meter.

Images