ДВУХШКАЛЬНЫЙ НОНИУСНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ

ДВУХШКАЛЬНЫЙ НОНИУСНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ


RU (11) 2087025 (13) C1

(51) 6 G04F10/04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

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

(14) Дата публикации: 1997.08.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 94028954/28 
(22) Дата подачи заявки: 1994.08.03 
(45) Опубликовано: 1997.08.10 
(56) Аналоги изобретения: Гитис Э.И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств. - М.: Энергия, 1975, с. 206 - 234. 
(71) Имя заявителя: Роговой Василий Фомич 
(72) Имя изобретателя: Роговой Василий Фомич 
(73) Имя патентообладателя: Роговой Василий Фомич 

(54) ДВУХШКАЛЬНЫЙ НОНИУСНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ 

Изобретение относится к электронному приборостроению и может быть использовано в современной технике: радиолокации, прецизионных измерителях временных интервалов, фазометрах, цифровых вольтметрах и т.д. Цель изобретения - повышение точности измерения. В двухшкальном нониусном способе измерения временных интервалов временные отрезки tхн и tхк измеряют с помощью основной шкалы счета и двух нониусных шкал: при измерении временного отрезка tхн используются постоянная нониусная шкала с периодом следования импульсов Tн и нониусная шкала с периодом следования импульсов Tвн, а при измерении временного отрезка tхк - постоянная нониусная шкала и нониусная шкала с периодом следования импульсов Tвн. Временной отрезок tхн подсчитывается по формуле:



а временной отрезок tнк - по формуле:



В формулы 1) и 2) не входят величины периодов нониусных шкал Tвн и Tвк, имеющие большую временную и температурную нестабильность, а периоды импульсов To и Tн формируются из частоты высокостабильного генератора Fo. Точность измерения временных интервалов Tк определяется величиной T=Tн-To или T=To-Tн , которая может быть какой угодно малой величиной. 1 з. п. ф-лы, 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электронному приборостроению и может быть использовано в современной технике: радиолокации, измерителях временных интервалов, фазометрах, частотомерах, цифровых вольтметрах и т.п.

Известен верньерный способ измерения временных интервалов с помощью временной шкалы, формируемой из частоты образцового кварцевого генератора, и двух временных нониусных шкал, формируемых верньерными генераторами ударного возбуждения /1/. Запуск верньерных генераторов осуществляется с помощью входных сигналов, между которыми измеряется временной интервал Tх. Период входных импульсов генератора образцовой частоты To отличается от периодов выходных импульсов верньерных генераторов на относительно малую величину:



где: Tвн период выходных импульсов верньерного генератора начала измерения Tх;

Tвк период выходных импульсов верньерного генератора конца измерения Tх.

Измеряемый временной интервал Tх разбивается на три временных отрезка: отрезок tхн от первого входного стартового сигнала до следующего за ним импульса генератора образцовой частоты длительностью o отрезок Tхо от данного первого импульса o до последнего импульса генератора образцовой частоты o после которого следует второй входной стоповый сигнал, отрезок tхк от последнего импульса о до второго входного стопового сигнала /1/.

В известном способе измерения временной отрезок Tхо определяется методом прямого счета импульсов генератора образцовой частоты с периодом Tо и умножением полученного числа N на период Tо. Временные отрезки tнх и tхк определяются верньерным методом путем подсчета чисел импульсов вн и вк верньерных генераторов до их совпадения во времени с импульсами генератора образцовой частоты и умножением полученных чисел на величины Tн и Tк. Измеряемый временной интервал определяется по формуле:

Tx=tхн+Tхо+tхк=nвн<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/183.gif" ALIGN=ABSMIDDLE>Tн+NTo+nвкTк. (3)

Точность измерений верньерного способа ограничивается временной и температурной нестабильностью частот верньерных генераторов разных частот.

Цель изобретения повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в двухшкальном нониусном способе измерения временных интервалов формируют постоянную нониусную шкалу из частоты образцового кварцованного генератора, период следования импульсов которой отличается от периода следования импульсов основной шкалы счета на определенную малую величину, считают импульсы временной шкалы основного счета с момента прихода стартового импульса до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом постоянной нониусной шкалы, одновременно считают импульсы постоянной нониусной шкалы с момента прихода стартового импульса до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом основной шкалы счета, стартовым импульсом запускают верньерный генератор начала счета измеряемого временного интервала и считают импульсы верньерной шкалы начала счета до момента совпадения импульса этой шкалы с импульсом основной шкалы счета, одновременно считают импульсы основной шкалы счета с момента прихода стартового импульса до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом верньерной шкалы начала счета, далее считают импульсы верньерной шкалы начала счета до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом постоянной нониусной шкалы, одновременно считают импульсы постоянной нониусной шкалы с момента прихода стартового импульса до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом верньерной шкалы начала счета, стоповым импульсом запускают верньерный генератор конца счета измеряемого временного интервала и считают импульсы верньерной шкалы конца счета до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом основной шкалы счета, одновременно считают импульсы основной шкалы счета с момента прихода стопового импульса до момента совпадения импульса этой шкалы с импульсом верньерной шкалы конца счета, а также считают импульсы верньерной шкалы конца счета до момента совпадения импульса этой шкалы с импульсом постоянной нониусной шкалы, одновременно считают импульсы постоянной нониусной шкалы с момента прихода стопового импульса до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом верньерной шкалы конца счета, считают импульсы шкалы основного счета с момента прихода стопового импульса до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом постоянной нониусной шкалы, одновременно считают импульсы постоянной нониусной шкалы с момента прихода стопового импульса до момента совпадения во времени импульса этой шкалы с импульсом основной шкалы счета, после чего рассчитывают длительность Tх временного интервала Tx(tхн + Tхо -tхн), причем длительность временного отрезка tхн определяют по формуле:



а длительность временного отрезка tхк по формуле:



где: To период следования импульсов основной шкалы счета;

Tн период следования импульсов постоянной нониусной шкалы;

Nнн число импульсов постоянной нониусной шкалы начала счета при измерении временного отрезка tхн;

Nн число импульсов постоянной нониусной шкалы начала счета;

nнн число импульсов верньерной шкалы начала счета;

nон число импульсов верньерной шкалы начала счета;

Nон число импульсов шкалы основного счета начала счета;

N число импульсов шкалы основного счета при измерении временного отрезка Tхо;

Nнк число импульсов постоянной нониусной шкалы конца счета при измерении временного отрезка tхк;

nнк число импульсов верньерной шкалы конца счета;

nок число импульсов верньерной шкалы конца счета;

Nок число импульсов шкалы основного счета конца счета;

no число импульсов шкалы основного счета конца счета.

Двушкальный нониусный способ измерения временных интервалов отличается от прототипа тем, что формируют постоянную нониусную шкалу из частоты образцового кварцевого генератора, период Tн следования импульсов которого отличается от периода Tо следования импульсов основной шкалы счета на определенную как угодно малую величину T и одновременно считают импульсы основной шкалы счета o и импульсы постоянной нониусной шкалы н с момента прихода стартового или стопового импульса до момента совпадения импульсов o и н во времени, стартовым и стоповым импульсами запускают верньерные генераторы начала и конца счета соответственно и одновременно считают импульсы верньерного генератора начала счета вн и o и н с момента прихода стартового импульса до момента совпадения во времени импульса вн с импульсами o и н а также одновременно считают импульсы верньерной шкалы конца счета вк и импульсы o и н с момента прихода столового импульса до момента совпадения во времени импульса вк с импульсами o и н а далее измеряемый временной интервал Tх рассчитывается по приведенной выше формуле.

На фиг. 1 дана блок-схема устройства, реализующего способ измерения временных интервалов; на фиг. 2 временные диаграммы измеряемого временного интервала при соотношении периодов Tо < Tн < Tв; на фиг. 3 временные диаграммы измерения временного интервала при соотношении периодов Tо > Tн > Tв.

Устройство содержит генератор 1 образцовой частоты Fо для формирования шкалы основного счета с периодом следования импульсов Tо, для формирования постоянной нониусной шкалы с периодом следования импульсов Tн и обеспечения работы схем измерения tхн и tхк, схему 2 измерения Tхо, формирователь 3 входных сигналов: Tхн стартовый импульс и Tхк стоповый импульс, между которыми измеряется временной интервал Tх, формирователь 4 постоянной нониусной шкалы с периодом следования импульсов Tн, формирователь 5 нониусной шкалы Tвн, схему 6 измерения tхн временного отрезка tхн, формирователь 7 нониусной шкалы Tвк, схему 8 измерения временного отрезка tхк и вычислительный блок 9.

Способ измерения временных интервалов реализуется следующим образом.

Для измерения временного отрезка tхн подсчитывают число импульсной основной шкалы счета Nо и постоянной нониусной шкалы Nн с момента прихода стартового импульса хн до момента совпадения во времени этих импульсов (фиг. 20, в), стартовым импульсом хн запускается верньерный генератор начала счета и одновременно считают число импульсов основной шкалы счета Nон и верньерной шкалы начала счета nон до момента совпадения во времени импульсов o и вн (фиг. 2б, г), а также одновременно считают число импульсов постоянной нониусной шкалы Nнн и верньерной шкалы начала счета nнн во времени импульсов н и вн (фиг. 2в, г).

По временной диаграмме на фиг. 2 составляется система уравнений:



где: tхн временной отрезок между стартовым импульсом хн и первым импульсом o пришедшим после стартового импульса,

tвн временной отрезок между первым импульсом вн и первым импульсом н пришедшим после стартового импульса хн

tнн временной отрезок между импульсами o и н пришедшими первыми сразу после импульса хн,

Tо период следования импульсов o

Nо число импульсов o с момента прихода импульсов хн до последнего импульса o перед совпадением импульсов o и н

Tн период следования импульсов постоянной нониусной шкалы,

Nн число импульсов н с момента прихода импульсов хн до последнего импульса н перед совпадением импульсов o и н

Tвн период следования импульсов верньерной шкалы начала счета,

nон число импульсов вн с момента запуска верньерного генератора начала счета до последнего импульса вн перед совпадением импульсов вн и o

Nон число импульсов o с момента прихода импульса хн до последнего импульса o перед совпадением импульсов вн и o

nнн число импульсов вн с момента запуска верньерного генератора начала счета до последнего импульса вн после которого импульсы вн и н совпадают во времени,

Nнн число импульсов н с момента прихода импульса хн до последнего импульса н после которого импульсы вн и н совпадают во времени.

Решая уравнение (6), получим:



Работа схемы измерения tхн устройства (фиг. 1) происходит следующим образом.

На вход схемы постоянно поступают импульсы o и н с момента поступления с формирователя входных сигналов на вход схемы стартового импульса tхн начинается подсчет импульсов o и импульсов н в момент их совпадения счет импульсов прекращается и первый счетчик фиксирует число Nо, а второй счетчик число Nн, импульс хн запускает верньерный генератор начала счета и начинается подсчет импульсов o и вн в момент совпадения которых счет импульсов прекращается и третий счетчик фиксирует число Nон, а четвертый счетчик число nон, а также начинается подсчет импульсов н и вн в момент совпадения которых счет импульсов прекращается и пятый счетчик фиксирует число Nнн, а шестой счетчик число nнн. После окончания подсчета импульсов схемой измерения tхн из импульсов хн, o, н и вн и он формируется импульс он который поступает на вход формирователя нониусной шкалы начала счета и прекращает работу верньерного генератора, одновременно импульс o поступает на вход вычислительного блока 9 и по заданной программе вычисляется длительность временного отрезка tхн.

Временной отрезок Tхо измеряется методом прямого счета (фиг. 2б) и вычисляется по формуле:

Tхо Tо N, (8)

где N число импульсов основной шкалы счета o

Работа схемы измерения Tхо устройства (фиг. 1) происходит следующим образом.

На вход схемы постоянно поступают импульсы хн o С поступлением на вход схемы 2 с выхода формирователя 3 входных сигналов стартового импульса хн счетчик схемы 2 начинает подсчитывать целые периоды следования импульсов шкалы основного счета Tо, начиная с второго импульса o после стартового импульса хк и до первого импульса после поступления на вход схемы стопового импульса хк счетчик схемы 2 фиксирует число N (фиг. 2а). Данные со счетчика поступают в вычислительный блок и по заданной программе вычисляется временной отрезок Tхо.

Для измерения временного отрезка tхк подсчитывают число импульсов основной шкалы счета nо и постоянной нониусной шкалы Nх с момента прихода стопового импульса хк до момента совпадения этих импульсов (фиг. 2б, в), стоповым импульсом запускают верньерный генератор конца счета и одновременно считают число импульсов основной шкалы счета Nок и верньерной шкалы конца счета nок до момента совпадения импульсов o и вк (фиг. 2б, г), а также одновременно считают число импульсов постоянной нониусной шкалы Nнк и верньерной шкалы конца счета nнк до момента совпадения импульсов н и вк (фиг. 2в, д).

По временной диаграмме на фиг. 2 составляют систему уравнений:



где: tхк временной отрезок между стоповым импульсом хк и первым импульсом o пришедшим после стопового импульса хк

tвк временной отрезок между импульсами вк и н первыми пришедшими после стопового импульса нк

tнк временной отрезок между импульсами o и н пришедшими первыми после импульса хк

Tо период следования импульсов o

nо число импульсов o с момента прихода импульса хк до последнего импульса o после которого импульсы o и н совпадают во времени,

Tн период следования импульсов н

Nн число импульсов н с момента прихода импульса хк до последнего импульса н после которого импульсы o и н совпадают во времени,

Tвк период следования импульсов верньерной шкалы конца счета вк

nок число импульсов вк с момента запуска верньерного генератора конца счета до последнего импульса вк после которого импульсы вк и o совпадают во времени,

Nок число импульсов o с момента прихода импульса хк до последнего импульса o после которого импульсы вк и o совпадают во времени,

nнк число импульсов вк с момента запуска верньерного генератора конца счета до последнего импульса вк после которого импульсы вк и н совпадают во времени,

Nнк число импульсов н с момента прихода импульса хк до последнего импульса н после которого импульсы вк и н совпадают во времени.

Решая систему уравнений (9), получим:



Работа схемы измерения tхк устройства (фиг. 1) происходит следующим образом.

На вход схемы постоянно поступают импульсы o и н С момента поступления с формирователя входных сигналов на вход схемы стопового импульса хк начинается подсчет импульсов o и н в момент их совпадения счет импульсов прекращается и первый счетчик фиксирует число nо, а второй счетчик число Nк. Импульсом хк запускается верньерный генератор конца счета и начинается подсчет импульсов o и вк в момент совпадения этих импульсов их счет прекращается и третий счетчик фиксирует число Nок, а четвертый счетчик число nок, а также начинается подсчет импульсов н и вк в момент совпадения этих импульсов счет импульсов прекращается и пятый счетчик фиксирует число Nнк, а шестой счетчик число nнк. После окончания подсчета импульсов схемой измерения tхк из импульсов хк, o, н и вк формируется импульс ок который поступает на вход формирователя нониусной шкалы Tвк и прекращает работу верньерного генератора конца счета, одновременно импульс ок поступает на вход формирователя входных сигналов и подготавливает устройство к следующему циклу измерения, импульс ок также поступает на вход вычислительного блока 9 и по заданной программе вычисляется временной отрезок tхк.

Измеряемый временной интервал Tх определяется по формуле:



В формулу (11) не входят величины периодов верньерных генераторов Tвн и Tвк, что повышает точность измерения временного интервала Tx.

При соотношении периодов Tо > Tн > Tв (фиг. 3) измеряемый временной интервал Tx рассчитывается также по формуле (11).

Использование двушкального нониусного способа измерения временных интервалов обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества:

формирование постоянной нониусной шкалы из частоты образцового кварцевого генератора позволяет уменьшить дискретность счета T=Tн-To(T=To-Tн) до сколь угодно малой наперед заданной величины и повысить точность измерения временных отрезков tхн и tхк, следовательно, и временного интервала Tx;

в формулу (11) входят величины периодов постоянной нониусной шкалы Tн и шкалы основного счета Tо, сформированные из частоты Fо, что приводит к уменьшению погрешности измерения за счет температурной нестабильности частоты. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Двухшкальный нониусный способ измерения временных интервалов, заключающийся в формировании основной шкалы счета из частоты образцового кварцованного генератора и двух временных нониусных шкал при запуске соответствующих верньерных генераторов стартовым и стоповым импульсами, в подсчете импульсов шкал и вычислении измеряемого временного интервала на основе длительностей трех разделяющих его временных отрезков с использованием полученных результатов счета, отличающийся тем, что из частоты образцового кварцованного генератора формируют постоянную нониусную шкалу, период следования импульсов которой отличается от периода следования импульсов основной шкалы счета на заданную малую величину, и одновременно производят подсчет импульсов основной шкалы счета и постоянной нониусной шкалы с момента прихода стартового или стопового импульса до момента совпадения импульсов основной шкалы счета и постоянной нониусной шкалы, при запуске верньерных генераторов начала и конца счета соответственно стартовым и стоповым импульсами одновременно подсчитывают импульсы верньерной шкалы начала счета, основной шкалы счета и постоянной нониусной шкалы с момента прихода стартового импульса до момента совпадения импульса верньерной шкалы начала счета с импульсами основной шкалы и постоянной нониусной шкалы, а также одновременно подсчитывают импульсы верньерной шкалы конца счета, основной шкалы счета и постоянной нониусной шкалы с момента прихода стопового импульса до момента совпадения импульса верньерной шкалы конца счета с импульсами основной шкалы счета и постоянно нониусной шкалы, при этом с момента прихода стопового импульса импульсы основной шкалы счета подсчитывают до момента совпадения импульса этой шкалы с импульсом постоянной нониусной шкалы, импульсы которой одновременно подсчитывают до момента совпадения импульса этой шкалы с импульсом основной шкалы счета, после чего измеряемый временной интервал вычисляют на основе полученных значений счета импульсов шкал.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подсчет периодов N основной шкалы счета для длительности временного отрезка Txo N Tо производят с второго импульса после прихода стартового импульса до первого импульса после прихода стопового импульса, а значения длительностей txн и txк в составе трех временных отрезков Txo, txн и txк, разделяющих измеряемый временной интервал, и значение этого интервала Tx вычисляют по формулам

Tx txн + Txo txк;



а длительность временного отрезка txк по формуле



где Tx измеряемый временной интервал;

To период следования импульсов основной шкалы счета;

Tн период следования импульсов постоянной нониусной шкалы;

Nнн число импульсов постоянной нониусной шкалы начала счета при измерении временного отрезка tхн;

Nн число импульсов постоянной нониусной шкалы начала счета;

nнн число импульсов верньерной шкалы начала счета;

nон число импульсов верньерной шкалы начала счета;

Nон число импульсов шкалы основного счета начала счета;

Nо число импульсов шкалы основного счета начала счета;

N число импульсов шкалы основного счета при измерении временного отрезка Тхо;

Nнк число импульсов постоянной нониусной шкалы конца счета при измерении временного отрезка txк;

Nк число импульсов постоянной нониусной шкалы конца счета;

nнк число верньерной шкалы конца счета;

nок число импульсов верньерной шкалы конца счета;

Nок число импульсов шкалы основного счета конца счета;

nо число импульсов шкалы основного счета конца счета.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru