Измерение интервалов времени

Интервал времени (Δtx) – это время между моментами двух последовательных событий. На практике приходится измерять как очень малые так и очень большие интервалы времени (единицы пикосекунд – сотни секунд). Кроме того, интервалы времени могут быть и однократными.

Измерение интервалов времени может производиться с помощью цифровых частотомеров, которые обеспечивают их измерение в пределах от 10^-7 до 10^-5 с. Принцип измерения интервалов времени можно пояснить с помощью схемы, изображенной на рис.7.10.

Рис. 7.10. Схема измерения интервалов времени

Работает такая схема следующим образом. Напряжение Ux, интервал времени между определенными точками которого необходимо измерить, подается на вход 1 и с него на входное устройство 1 и 2. Входные устройства вместе с формирующими устройствами вырабатывают опорный (старт) и интервальный (стоп) импульсы, которые фиксируют начало и конец измеряемого интервала времени Δtx. Выбор характерных точек на исследуемом напряжении осуществляется изменением уровней напряжений, подаваемых на формирующие устройства. В свою очередь, импульсы, воздействуя на устройство управления, определяют время счета Тс кратковременных импульсов, формируемых из напряжения образцового генератора. Возможности применения цифровых частотомеров ограничены погрешностью дискретности. Высокая точность измерения имеет место лишь при условии Δtx» То,

где То – период импульсов образцового генератора.

Погрешность может быть снижена путем увеличения времени счета, что нельзя делать до бесконечности. В случае измерения параметров однократных импульсов этот путь неприменим. Поэтому в измерителях интервалов времени применяют дополнительные способы расширения рабочего диапазона в сторону малых значений. Основным из них является нониусный. Этот способ позволяет снизить погрешность дискретности, которая становится недопустимо большой при измерении коротких (десятки наносекунд) интервалов времени. Структурная схема, реализующая нониусный метод измерения временных интервалов, и временные диаграммы изображены на рис. 7.11.

Входные сигналы u1 и u2подаются на формирующие устройства, которые при этом вырабатывают два импульса (опорный и интервальный), соответствующие началу и концу интервала измерения Тх. Опорный импульс запускает основной генератор счетных импульсов (с периодам То) и одновременно через триггер запускает селекторный каскад 1. С этого момента начинается счет импульсов основного генератора. После прихода интервального импульса триггер закрывает селекторный каскад 1. Счетчик фиксирует при этом целое число импульсов Nx, пропорциональных временному интервалу Тх. Очевидно, что значение измеряемого интервала можно представить в виде

Тх = Nx То + Δt, (7.19)

где Δt – погрешность дискретности.

Для исключения дискретности интервальный импульс одновременно с закрытием временного селектора 1 запускает генератор нониусных импульсов и открывает селекторный каскад 2. В результате начинается счет нониусных импульсов. которые вместе с основными счетными импульсами поступаю на схему совпадений

Рис. 7.11. Нониусный способ измерения интервалов времени

Так как период следования нониусных импульсов выбран из условия

Тн = To, то спустя некоторое время произойдет совпадение импульсов нониусного и основного генераторов. При этом сработает схема совпадений, и ее импульс сброса зафиксирует число импульсов nx, поступивших на нониусный счетчик и вернет всю схему в исходное состояние. Зная число nx, погрешность дискретизации определим из следующего соотношения

Δt = nx To – nx Тн = nx To – nx To = (7.20)

Следовательно, результат измерения интервала времени

Тх = (Nx +)То (7.21)

Показания счетчиков объединяются в отсчетном устройстве. При этом Nx фиксируют в старших разрядах, а nx – в младших.

Дата добавления: 2014-01-03