Реферат: Измерение интервалов времени - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Измерение интервалов времени

Банк рефератов / Физика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 454 kb, скачать бесплатно
Обойти Антиплагиат
Повысьте уникальность файла до 80-100% здесь.
Промокод referatbank - cкидка 20%!

Узнайте стоимость написания уникальной работы



ДОКЛАД






ПО ПРЕДМЕТУ «Вычислительные средства»


НА ТЕМУ «Измерение интервалов времени»



































ВВЕДЕНИЕ


Решение многих научных и технических проблем связано с измерением интервалов времени, разделяющих два характерных момента какого-либо процесса.

Измерения интервалов времени необходимы при разработке и испытании всевозможных схем задержки и синхронизации, при исследовании цифровых систем, многоканальных систем с временным разделением каналов, применяемых в технике связи и радиотелеметрии, устройств телеуправления и автоматической коммутации, аппаратуры, используемой в ядерной физике, вычислительной технике и т. д. Подобные измерения особенно нужны в приборостроении, поскольку во многих случаях используемые в ней преобразования аналоговых величин в цифровой код осуществляются в результате промежуточного преобразования измеряемой физической величины в интервал времени.

Методы измерения интервалов времени разнообразны. К числу наиболее известных относятся методы дискретного счета (преобразования интервала времени в цифровой код), временных разверток, нулевой и совпадения.



















ИЗМЕРЕНИЕ ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ


Процесс измерения интервалов времени можно осуществить многими методами.

Рассмотрим некоторые из них.

1) Метод последовательного счета [1]. Измерение заключается в сравнении измеряемого интервала времени ?tx с дискретным интервалом, воспроизводящим единицу времени. Для этого измеряемый интервал ?tx заполняется импульсами с известным образцовым периодом следования Tобр<<tx, т. е. интервал преобразуется в отрезок периодической последовательности импульсов, число m которых, пропорциональное ?tx, подсчитывается. Импульсы, заполняющие интервал ?tx, принято называть счетными и обозначать период их следования Tсч. Таким образом, ?tx = m ·Tсч.

Для аппаратурного осуществления описанного метода необходимы генератор счетных импульсов и счетчик, между которыми должна быть включена схема, открывающая счетчик на время ?tx. Эту функцию выполняет временной селектор, представляющий собой логический элемент И (рисунок 1).

Счетные импульсы, непрерывно поступающие на вход 1 временного селектора, могут проходить в счетчик только тогда, когда на входе 2 селектора действует стробирующий импульс. Он формируется из исследуемого сигнала устройством, содержащимся в блоке формирования и управления. За время действия стробирующего импульса, длительность которого равна измеряемому интервалу ?tx, счетчик считает импульсы генератора. Число импульсов, зафиксированное счетчиком и наблюдаемое с помощью цифрового отображающего устройства – дисплея, однозначно соответствует измеряемому интервалу ?tx.

В измерительной технике импульс, вырезающий участок импульсной последовательности или задающий продолжительность счета, принято называть временными воротами.

Если период следования счетных импульсов генератора Tсч (частота следования Fсч), то за интервал ?tx через временные ворота пройдет

m = ?tx / Tсч = ?tx · Fсч

импульсов и, следовательно, измеряемый интервал

?tx = m · Tсч = m / Fсч

Измерения оказываются косвенными. Для получения прямого показания в приборах, построенных по схеме с жесткой логикой (без микропроцессора), частота следования импульсов выбрана равной Fсч = 10k Гц, где k = 1; 2; 3… Тогда ?tx = m · 10 -k с.

Таким же способом можно измерить и длительность прямоугольного импульса ?и. В этом случае исследуемый импульс подается непосредственно на вход 2 селектора. Временные ворота получаются равными длительности ?и.

Интервал времени можно преобразовать в пропорциональное число импульсов и с помощью генератора ударного возбуждения. Для этого на вход последнего нужно подать стробирующий импульс, длительность которого равна измеряемому интервалу времени, т. е. ?стр = ?tx. За время действия стробирующего импульса ?стр генератор вырабатывает пакет импульсов, число p которых – однозначная функция частоты генерируемого сигнала и длительности стробирующего импульса: p = ?стр · F.

Следовательно, ?tx = p / F.

.

2) Измерение методом сравнения временных интервалов

Измеритель временных интервалов (ИВИ) предназначен для измерения временных интервалов периодических процессов микросекундного диапазона длительностей. В основу работы прибора положен компенсационный метод измерения временных интервалов. Измеряемый интервал сравнивается с известным; при этом известный временной интервал задается источником временных сдвигов (ИВС), а момент компенсации измеряемого временного интервала образцовым фиксируется с помощью осциллографического индикатора. Процесс измерения временных интервалов сводится к следующему: начало измеряемого интервала, подаваемого на вход системы вертикального отклонения индикатора, совмещают с визирной отметкой на экране ЭЛТ. Затем изменением задержки задержанного импульса ИВС, запускающего развертку индикатора, конец временного интервала совмещают с той же отметкой. Измеряемый интервал равен значению изменения задержки. Источник временных сдвигов позволяет получить два импульса с регулируемым временным сдвигом между ними: запускающий импульс – для запуска исследуемого устройства; задержанный импульс – для запуска ждущей развертки электронно-лучевого индикатора ИВИ. Принцип действия поясняется структурной схемой (рисунок 3).

Кварцевый генератор предназначен для создания опорной импульсной последовательности. Делитель частоты вырабатывает импульсы, определяющие период следования выходных импульсов. С помощью блоков переменной задержки ? и ?? осуществляется задержка дискретно через 100 нс запускающего и задержанного импульсов в диапазонах соответственно 0 – 900 нс и 0 – 999900 нс путем выбора нужных импульсов опорной последовательности 10 МГц. Переменная задержка предназначена для перекрытия диапазона временных сдвигов 0-100 нс задержанного импульса. Причем дискретные сдвиги по 10 нс создаются с помощью кабельной линии задержки, а сдвиги дискретно через 1 нс и плавно с помощью электронной схемы задержки. Селекторы предназначены для исключения нестабильности работы блоков переменной задержки ? и ??. Блоки взаимодействуют следующим образом. Период следования выходных импульсов после делителя определяет период следования выходных импульсов ИВС (запускающего и опорного). Этим импульсы открывают входы блоков задержки ? и ?? в каналах запускающего и задержанного импульсов, на которые подаются опорные импульсы. Блоки отсчитывают нужное количество импульсов, соответствующее установленной задержке, и открывают селекторы. Происходит выбор нужных опорных импульсов, которые в канале запускающего импульса поступают непосредственно на выходной формирователь, а в канале задержанного импульса – предварительно на электронную схему задержки (задержка ???). Описанный метод измерения временных интервалов реализован в измерителе И2-26, который обеспечивает измерение задержки между одинаковыми сигналами на одном уровне в диапазоне от 10·10-9 до 10·10-3 с.

3) Нониусный метод. Для измерения временных интервалов с субнаносекундным разрешением широко применяются нониусные измерители. Наиболее распространены комбинированные измерители, в которых временной интервал «грубо кодируется» импульсами опорного генератора, а интерполяция отрезков между границами интервала и фронтами импульсов опорного генератора производится нониусным методом. Для таких измерителей актуальна задача обеспечения точной стыковки основной и интерполирующей шкал, решаемая довольно сложными техническими приемами.

Эта проблема отсутствует при использовании «модифицированного» нониусного метода, в котором подсчет импульсов опорного генератора производится между моментами совпадения фаз опорного и нониусного сигналов. Его основное преимущество – значительное снижение погрешности ?2..

Использование «модифицированного» нониусного метода существенного улучшает дифференциальную линейность, а также позволяет снизить требования к точности запуска нониусных генераторов, поскольку на точность измерения влияет разность задержек запуска, которая определяется при калибровке и учитывается при измерении.

На рисунке 3 показана структура быстродействующего нониусного измерителя, построенного на основе «модифицированного» метода. В состав прибора входят опорный генератор ОГ с частотой fо, два нониусных генератора НГ1 и НГ2 с коэффициентом K и частотами fн1 и fн2, нониусные счетчики НС1 и НС2, основной счетчик С0, входное устройство ВУ, блок управления БУ, блок вычисления кодов БВК, регистр Р, буферное запоминающее устройство БЗУ, управляет измерителем персональная э. в. м.

Преобразователь работает в двух режимах – калибровки и измерения.

Входные сигналы Вх1 и Вх2, фронты которых отмечают границы временных интервалов, проходя через входное устройство, запускают нониусные генераторы НГ1 и НГ2. На выходах последних вырабатываются нониусные импульсы НИ1 и НИ2, которые подсчитываются нониусными счетчиками НС1 и НС2. В моменты совпадения фронтов опорного и нониусных сигналов в НГ1 и НГ2 вырабатываются сигналы С1 и С2 и прекращается выработка НИ1 и НИ2. Между моментами совпадения на выходе блока управления БУ вырабатываются импульсы НИ0 с частотой fо, которые подсчитываются счетчиком С0.

По окончании преобразования в обоих нониусных генераторах по фронту сигнала ЗПРГ данные с выходов счетчиков записываются в Р, после чего производится вычисление в БВК.

После вычисления код результата L фиксируется на выходе БВК по фронту сигнала готовности результата Готов. Одновременно с вычислением производится сброс всех счетчиков и установка нониусных генераторов в исходное положение по сигналу Сброс, после чего прибор готов к следующему измерению. По сигналу ЗПЗУ код с выхода БВК фиксируется в БЗУ, которое может работать в двух режимах – инкрементном и режиме фиксации. В первом режиме осуществляется формирование гистограммы временных интервалов, во втором – регистрация до 4096 мгновенных значений временных интервалов.

В режиме калибровки, в котором определяются разности задержек нониусных генераторов, преобразователь работает аналогично. Отличие состоит в том, что оба нониусных генератора запускаются от одного входного импульса. Результаты калибровки запоминаются, а затем учитываются при вычислении временных интервалов.


Нониусный генератор (рисунок 4) обеспечивает выработку нониусных импульсов НИi от момента запуска до момента совпадения передних фронтов опорного (ОГ) и нониусного сигналов, а также выработку сигналов совпадения Сi в момент окончания преобразования.

При отсутствии запускающих сигналов подстраиваемый генератор вырабатывает сигнал с частотой fн в соответствии с формулой (2). Частота fн стабилизируется с помощью системы автоподстройки частоты (ф. а. п. ч.) по известным методам. Совпадение фронтов опорного и нониусного сигналов фиксируется в смесителе.

В этот момент на выходе смесителя сигнал переходит из нулевого состояния в единичное, в результате чего триггер совпадения переходит в нулевое состояние, и на выходе Сi вырабатывается сигнал, свидетельствующий об окончании преобразования. На выходе НИi вырабатываются нониусные импульсы от момента запуска до момента совпадения фронтов опорного и нониусного сигналов.

Основные отличия этих схем состоят в следующем:

- смеситель построен на двух D – триггерах, что позволяет использовать серийно выпускаемые микросхемы;

- в начальный момент смеситель (M4-1 и M4-2) и триггер совпадения (элемент M5-1) устанавливаются в единичное состояние, что позволяет несколько упростить схему;

- используется фазовый детектор с релейной характеристикой, что позволяет реализовать его на D - триггере.

Использование фазового детектора с релейной характеристикой несколько сужает полосу захвата системы ф. а. п. ч., поэтому в схеме генератора предусмотрен режим поиска, который осуществляется следующим образом.

Опорное напряжение выбирается из соотношения:

(U1U0)/2 < Uоп< U1,

где U1 и U0 - напряжения логической единицы и логического нуля. Если частота fн находится вне полосы захвата, то напряжение на выходе фильтра медленно уменьшается. При начальном включении сигналом Поиск устанавливается максимальное напряжение, по окончании сигнала вследствие медленного уменьшения напряжения частота fн стремится к номинальному значению. При попадании fн в полосу захвата уменьшение прекращается и система ф. а. п. ч. переходит в режим удержания.


Цифровые микросхемы эмиттерно-связной логики (ЭСЛ) имеют наибольшее быстродействие, достигшие в настоящее время субнаносекундного диапазона. Особенность ЭСЛ в том, что схема логического элемента строится на основе интегрального дифференциального усилителя (ДУ), транзисторы которого могут переключать ток и при этом никогда не попадают в режим насыщения.

Быстродействующий нониусный измеритель временных интервалов выполнен на цифровых логических элементах, за исключением операционных усилителей, и не требует тщательной настройки. Входное устройство, нониусные генераторы выполнены на элементах серии К500. Пятиразрядные счетчики на микросхемах серии К561ИЕ19. В качестве счетчика на восемь разрядов используем 14-разрядный двоичный счетчик-делитель с последовательным переносом, выполненный на микросхеме 564ИЕ16 (имеет два входа: счетный Т и установки нулей R и 12 выходов). Блок управления выполнен на микросхеме К500ЛП129, регистр Р – на элементах серии К1500ИР141, БВК – на элементах серии К1500, БЗУ на элементах серии К1500ЛП122, представляющие собой буферные вентили.

В состав нониусного генератора (рисунок 4) входят подстраиваемый генератор на микросхеме M2, смеситель, содержащий два двухступенчатых D - триггера M4-1 и M4-2 , триггер совпадения M5-1, схема запуска M3-1 и M1, фазовый детектор M5-2, четырехразрядный счетчик M6, логическая схема M7, фильтр M8. При этом М1 – К500ЛМ102, М2 – К500ЛМ101, М3, М5 – К500ТМ131, М4 – К500ТМ231, М6 – К500ЕИ136, М7 – К500ЛМ105, М8 – К140УД7; Д1 – КВ104В, Д2 – КД510А.


В реальной схеме измерения [1] непосредственно фиксируется число попавших во временные ворота счетных импульсов, а не число периодов их следования и поэтому, вообще говоря, округление может производиться в сторону как большего, так и меньшего значения. Максимальное значение абсолютной погрешности дискретности (при правильно выбранной схеме стробирования) составляет плюс-минус один период следования счетных импульсов Tсч. Это иллюстрирует рисунок 2, на котором отражены две экстремальные ситуации.

а) б)

Если равенство (1) выполняется точно, то это означает, что измеряемый интервал ?tx точно «вырезает» m периодов следования счетных импульсов (для данного примера m = 5). В случае, показанном на рисунке 6,а, когда ?tx? ? ?tx, но ?tx? чуть больше ?tx, т. е. интервал ?tx? практически равен m периодам Tсч, счетчик сосчитает m? = m + 1 = 6 импульсов. При этом значение ?tx? измеряемого интервала времени определится из соотношения ?tx? = m? · Tсч и показание прибора будет Ап? = (m + 1) · Tсч. Если принять ?tx = m · Tсч за действительное значение, то абсолютная погрешность дискретности составит

Ап? – ?tx = (m + 1) · Tсчm · Tсч = + Tсч .

Аналогично рассуждая для ситуации, показанной на рисунке 6,б, когда ?tx?? ? ?tx, но ?tx?? чуть меньше ?tx, получаем, что хотя интервал ?tx?? практически равен mTсч, счетчик сосчитает m? = m - 1 = 4 импульса. Тогда интервал ?tx??= mTсч, показание прибора будет Ап?? = (m - 1) · Tсч и абсолютная погрешность дискретности составит

Ап?? – ?tx = (m - 1) · Tсчm · Tсч = - Tсч .

Таким образом, максимальное значение абсолютной погрешности дискретности при измерении интервалов времени

?Д = ± Tсч.

Абсолютная погрешность дискретности не зависит от значения измеряемого интервала времени: она определяется единицей дискретизации, т. е. Tсч. Наибольшая относительная погрешность дискретизации составляет:

?Д = ±(Tсч / ?tx) = ± 1/ m

и, конечно, зависит от значения ?tx.

Максимальная абсолютная погрешность дискретности ?Д=Tсч определяет разрешающую способность цифрового измерителя интервалов времени.

Предел абсолютной допускаемой основной погрешности цифрового измерителя интервалов времени:

?пред = ± [?кв ·?tx + ?зап · ?tx + Tсч] = ± [?кв ·?tx + ?зап · ?tx +1/ Fсч],

где ?кв – относительная нестабильность частоты напряжения кварцевого генератора; ?tx – измеряемый интервал; Tсч – период следования счетных импульсов; ?зап – среднеквадратическая относительная погрешность запуска.

Соответственно, предел допускаемой основной относительной погрешности, выраженной в процентах от измеряемого значения ?tx:

?пред = ± 100(?кв + ?зап +1/m),

где m – число счетных импульсов, заполняющих интервал времени ?tx.

Из приведенных формул следует, что измерения малых интервалов времени могут сопровождаться значительными погрешностями дискретности. Ее можно уменьшить несколькими способами. Наиболее распространённый способ, называемый интерполяцией, состоит в том, что помимо целого числа периодов счетных импульсов, заполняющих измеряемый интервал времени, учитываются и дробные части периода, заключенные между опорным импульсом и первым счетным импульсом, а также между последним счетным импульсом и интервальным. Принцип осуществления этого способа иллюстрирует рисунок 7.

На рисунке показаны опорный и интервальный импульсы, задающие измеряемый интервал ?tx, на рисунке 3,б – счетные импульсы, следующие с периодом Tсч (частотой Fсч). Эти импульсы заполняют временные ворота ?tx. Число импульсов mo. Первый счетный импульс, попавший в ворота, запаздывает относительно их фронта на время ?t1, а срез ворот и очередной счетный импульс, появляющийся после среза, разделяет интервал ?t2. Следовательно, измеряемый интервал времени определяется соотношением

?tx = mо · Tсч + ?t1 – ?t2.

Поэтому если бы удалось точно учесть отрезки ?t1 и ?t2, то погрешность дискретности была бы исключена. Задача измерения интервалов ?t1 и ?t2 решается следующим образом.

За время ?t1 линейно заряжается конденсатор, который затем разряжается в 1000 раз медленнее, т. е. время разряда составляет 1000 ?t1. Этот интервал заполняется теми же счетными импульсами (период следования Тсч), и подсчитывается их число m1. Аналогичным образом «растягивается» отрезок ?t2. Полученный интервал 1000?t2 также заполняется счетными импульсами, число которых составляет m1. Так как m1 = 1000 ?t1/ Тсч и m2 = 1000 ?t2/ Тсч, то подстановка значений ?t1 = m1 Тсч /1000 и ?t2 = m2 Тсч /1000 в (7) дает:

?tх = Тсч (1000· mо + m1m2) / 1000 = (1000· mо + m1m2) / 1000 ·Fсч.

Обозначим 1000· mо - m1 + m2 = m и 1000 ·Fсч = Fсч? .

Тогда ?tх = m /Fсч?.

Из полученного выражения видно, что интервал времени ?tх измеряется с абсолютной погрешностью дискретности Тсч? =Тсч/1000, что равносильно заполнению его счетными импульсами с частотой, в 1000 раз большей Fсч. Теперь уже интервал времени ?tх = 0,5 мкс при Fсч = 10 МГц будет измеряться с относительной погрешностью дискретности ? = 0,0002, т. е. 0,02%, а не 20%. Для получения такой точности при прямом способе измерения понадобились бы счетные импульсы с частотой следования 10 ГГц и счетчик с еще более высоким быстродействием.



---------------------------------------------------------------


  • Мирский Г. Я. Электронные измерения: 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1986. – 440 с.: ил.

  • А. С. № 97115273/28 RU 2127445 C1 кл. G04F10/04 / РФ Быстродействующий нониусный измеритель временных интервалов / Гурин Е. И., Дятлов Л. Е., Конов Н. Н., Назаров В. М. – опубликовано 10.03.1999

  • А. С. № 97115273/28 RU 97115273 А кл. G04F10/04 / РФ Быстродействующий нониусный измеритель временных интервалов / Гурин Е. И., Дятлов Л. Е., Конов Н. Н., Назаров В. М. – опубликовано 20.04.1999






1Авиация и космонавтика
2Архитектура и строительство
3Астрономия
 
4Безопасность жизнедеятельности
5Биология
 
6Военная кафедра, гражданская оборона
 
7География, экономическая география
8Геология и геодезия
9Государственное регулирование и налоги
 
10Естествознание
 
11Журналистика
 
12Законодательство и право
13Адвокатура
14Административное право
15Арбитражное процессуальное право
16Банковское право
17Государство и право
18Гражданское право и процесс
19Жилищное право
20Законодательство зарубежных стран
21Земельное право
22Конституционное право
23Конституционное право зарубежных стран
24Международное право
25Муниципальное право
26Налоговое право
27Римское право
28Семейное право
29Таможенное право
30Трудовое право
31Уголовное право и процесс
32Финансовое право
33Хозяйственное право
34Экологическое право
35Юриспруденция
36Иностранные языки
37Информатика, информационные технологии
38Базы данных
39Компьютерные сети
40Программирование
41Искусство и культура
42Краеведение
43Культурология
44Музыка
45История
46Биографии
47Историческая личность
 
48Литература
 
49Маркетинг и реклама
50Математика
51Медицина и здоровье
52Менеджмент
53Антикризисное управление
54Делопроизводство и документооборот
55Логистика
 
56Педагогика
57Политология
58Правоохранительные органы
59Криминалистика и криминология
60Прочее
61Психология
62Юридическая психология
 
63Радиоэлектроника
64Религия
 
65Сельское хозяйство и землепользование
66Социология
67Страхование
 
68Технологии
69Материаловедение
70Машиностроение
71Металлургия
72Транспорт
73Туризм
 
74Физика
75Физкультура и спорт
76Философия
 
77Химия
 
78Экология, охрана природы
79Экономика и финансы
80Анализ хозяйственной деятельности
81Банковское дело и кредитование
82Биржевое дело
83Бухгалтерский учет и аудит
84История экономических учений
85Международные отношения
86Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
87Финансы
88Ценные бумаги и фондовый рынок
89Экономика предприятия
90Экономико-математическое моделирование
91Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Одетого еврея можно спутать с христианином, а раздетого - с
мусульманином.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по физике "Измерение интервалов времени", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2017
Рейтинг@Mail.ru