интегрирующий измеритель отношения двух временных интервалов

Формула изобретения

ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ОТНОШЕНИЯ ДВУХ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержащий источник опорного напряжения, первый и второй электронные ключи, интегратор, первый и второй электронные ключи, интегратор, при этом выходы ключей соединены с входом интегратора, выход источника опорного напряжения с входом первого электронного ключа, отличающийся тем, что в него дополнительно введены инвертирующий усилитель, компаратор, дифференцирующая цепь, первый и второй RS-триггеры, первый, второй и третий элементы И, элементы ИЛИ, счетчик импульсов, при этом выход источника опорного напряжения через инвертирующий усилитель соединен с входом второго электронного ключа, выход интегратора через последовательно соединенные компаратор и дифференцирующую цепочку соединен с R-входом второго RS-триггера, прямой и инвертирующий выходы первого RS-триггера, а также прямой выход второго RS-триггера соединены соответственно с первым входом второго элемента И, первым и вторым входами первого элемента И, выход последнего с первым входом второго элемента И, выходы второго и третьего элементов И с входами элемента ИЛИ, а также с управляющими входами соответственно первого и второго электронных ключей, выход элемента ИЛИ соединен с C-входом счетчика импульсов, выход переполнения с R-входом первого RS-триггерауправляющий вход "Пуск" соединен с S-входами RS-триггеров и R-входом счетчика импульсов, а первый и второй сигнальные входы

соответственно с вторыми входами второго и третьего элементов И.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрорадиоизмерительной технике и может быть использовано при построении цифровых измерителей отношений временных интервалов.

Известен измеритель временных интервалов,содержащий генератор постоянного тока, зарядный ключ, усилитель постоянного тока, накопительный конденсатор, разрядный ключ и разрядный резистор, причем незаземленный полюс генератора постоянного тока соединен со средним контактом зарядного ключа, первый контакт которого соединен с входом усилителя постоянного тока, одной обкладкой накопительного конденсатора и одним выводом разрядного резистора, вторая обкладка накопительного конденсатора соединена с выходом усилителя постоянного тока и одним из контактов разрядного ключа, второй контакт которого соединен с другим выводом разрядного резистора, а входы управления разрядного и зарядного ключей являются входами устройства [1]

Недостатками измерителя являются невысокая точность, поскольку выходное напряжение содержит пульсации, вызванные неодновременным действием зарядной и разрядной цепей, отсутствие отображения результата измерения в цифровом виде.

Наиболее близким к предлагаемому относится измеритель отношения двух временных интервалов [2] содержащий генератор постоянного тока, конденсатор, зарядный, разрядный и дополнительный ключи, одновибратор, интегратор, преобразователь напряжение^_ток.

К недостатку прототипа следует отнести отсутствие возможности отображения результата измерения в цифровом виде.

На фиг. 1 приведена структурная схема интегрирующего измерителя двух временных интервалов; на фиг. 2 диаграммы напряжений, поясняющие функционирование измерителя.

Измеритель содержит источник 1 опорного напряжения, интегратор 2 на базе операционного усилителя 3 с элементами 4 и 5, компаратор 6, дифференцирующую цепочку 7, инвертирующий усилитель 8, электронные ключи 9 и 10, RS-триггеры 11 и 12, элементы И 13-15, элемент ИЛИ 16, счетчик 17 импульсов.

Выход источника 1 опорного напряжения соединен с входами ключа 9 и усилителя 8, выход последнего соединен с входом ключа 10. Вход интегратора 2 объединяет выходы ключей 9 и 10, а выход интегратора 2 соединен с входом компаратора 6, причем выход последнего через дифференцирующую цепочку 7 подключен к R-входу триггера 12. Устройство имеет вход "ПУСК", объединяющий S-входы триггеров и R-вход счетчика 17, сигнальные входы В_х1 и В_х2, соединенные соответственно с вторыми входами элементов И 14 и 15, выходы которых соответственно соединены с входами управления ключей 9 и 10 и входами элемента ИЛИ 16, чей выход соединен со счетным входом счетчика 17, выход переполнения N последнего соединен с входом R-счетчика 11. Неинвертирующий, инвертирующий выходы триггера 11 и выход триггера 12 соединены соответственно с первым входом элемента И 14, первым входом элемента И 13, выход последнего соединен с первым входом элемента И 15. Выходная шина счетчика 17 является выходом измерительной информации устройства.

Интегрирующий измеритель двух временных интервалов работает следующим образом.

На вход В_х1 подана последовательность импульсов длительностью t₁, а на вход В_х2 длительностью t₂.

С приходом сигнала "ПУСК" (фиг. 2) счетчик 17 обнуляется, триггеры 11 и 12 устанавливаются в единичное состояние (фиг. 2, U₁₁, U₁₂), разрешая тем самым прохождение импульсов с входа В_х1 на вход счетчика 17. В течение интервала времени t₁ замыкается электронный ключ Q и на вход интегратора 2 подается напряжение V₀ с выхода источника 1. Выходное напряжение интегратора 2 изменяется по закону

U= U_odt

(1) где U_инт1 выходное напряжение интегратора после воздействия импульса длительностью t₁;

R, C значения элементов интегратора.

С учетом, что U₀ < 0, примем K₁

U_инт1 К₁ ^. t₁ (2)

По мере поступления импульсов на вход счетчика 17 (фиг. 2, U₁₄) напряжение на выходе интегратора будет увеличиваться (фиг. 2, U₂) и в момент, когда счетчик 17 переполнится (т.е. после прихода n-го импульса), на R-вход триггера 11 поступит импульс, переключающий триггер 11 в нулевое состояние (фиг. 2, U₁₁). К этому времени на выходе интегратора 2 напряжение U_инт1п будет соответствовать интегральному значению длительности импульсов

U= U= K₁ t₁

(3)

Переключение триггера 11 в нулевое состояние приводит к тому, что на выходе элемента И 13 вырабатывается сигнал (фиг. 2, U₁₃), разрешающий прохождение импульсов с длительностью t₂ на вход счетчика 17. На вход интегратора поступает напряжение с выхода инвертирующего усилителя 8 и напряжение на выходе интегратора 2 изменяется по закону

U= U U_oK₂dt U- K₂t₂K₁

(4) где К₂ коэффициент передачи инвертирующего усилителя 8.

В процессе поступления импульсов на вход счетчика 17 (фиг. 2, U₁₅) напряжение на выходе интегратора уменьшается (фиг. 2, U₂) и в момент, когда оно станет равно 0 (после прохождения импульсов) (фиг. 2, U₁₅), компаратор 6 переключается и на выходе дифференцирующей цепочки 7 появляется короткий импульс, переключающий триггер 12 в нулевое состояние (фиг. 2, U_в), что приводит к запрещению прохождения импульсов на вход счетчика. К этому времени счетчик 17 зафиксирует число m, которое может быть определено из уравнения

U- U K₁ t₁- K₁K₂ t₂

(5) откуда

m n N_x (6)

Таким образом, значение N_х, регистрируемое счетчиком, будет пропорционально отношению интегральных (усредненных) значений интервалов t₁ и t₂, что позволяет проводить измерение отношения двух временных интервалов с отображением результата в цифровом виде.