способ измерения временного интервала между двумя апериодическими импульсами сложной формы

Формула изобретения

Способ измерения временного интервала между двумя апериодическими импульсами сложной формы, заключающийся в определении интервала между фиксированными моментами времени, принадлежащими интервалам существования импульсов, отличающийся тем, что фиксируемые моменты времени определяют как координаты центров масс изображений данных импульсов, а значение временного интервала определяют по формуле:



где t=t_i+1-t_i=const

_i=0,5(t_i+t_i+1)

- временной интервал, который необходимо измерить;

t_i, t_i+1 моменты времени соответственно начала и окончания i-го временных интервалов, принадлежащих временному отрезку от момента прихода фронта первого импульса до момента окончания фронта второго импульса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области приборостроения, где требуется высокая точность измерений, может быть использовано в различной аппаратуре, требующей измерения интервалов времени между импульсами в широком диапазоне, например, в импульсной рефлектометрии, эхо- и радиолокации.

Известен аналогичный способ определения середины импульсов периодической импульсной последовательности (патент № 2045768, МПК G04F 10/04, опубликован 10.10.1995), заключающийся в том, что на выходе устройства формируется последовательность импульсов, однозначно определяющих середины импульсов входной последовательности, импульсы выходной последовательности сдвинуты во времени относительно середин импульсов входной последовательности на фиксированную величину.

Недостатками этого способа являются ограниченные функциональные возможности, выраженные в способности определения середины только таких импульсов, которые имеют определенный период повторения, что в свою очередь сужает область применения.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения временных интервалов в дальномерах (патент № 2101747, МПК G04F 10/04, опубликован 10.01.1998), заключающийся в измерении временного интервала между однократными апериодическими импульсами. В основу работы прототипа положен метод прямого счета: измеритель временных интервалов фиксирует время между импульсом «ЗАПУСК» и импульсом «ОСТАНОВА», поступающими по одной шине.

Недостатком прототипа является недостаточная точность получаемых значений временных интервалов, связанная с недостаточно точной выборкой фиксируемых моментов времени, принадлежащих интервалам существования импульсов, между которыми производится измерение.

Поставлена задача: повысить точность измерения временного интервала между апериодическими импульсами сложной формы, расширение функциональных возможностей прототипа.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе измерения временного интервала между двумя апериодическими импульсами сложной формы, заключающемся в определении интервала между фиксированными моментами времени, принадлежащими интервалам существования импульса, фиксируемые моменты времени определяют как координаты центров масс изображений данных импульсов, а значение временного интервала определяют по формуле:

где

t=t_i+1-t_i=const;

_i=0,5(t_i+t_i+1);

- временной интервал, который необходимо измерить;

t_i, t_i+1 - моменты времени соответственно начала и окончания i-го временных интервалов, принадлежащих временному отрезку от момента прихода фронта первого импульса до момента окончания фронта второго импульса.

На фиг.1 представлена схема устройства, реализующего предложенный способ, содержащая устройство приемно-усилительное 1, аналого-цифровой преобразователь 2, блок счета времени 3, блоки формирования массивов первый 4 и 5, логический элемент «И» 6, вычислительное устройство 7, блок вычисления разности 8. Вход аналогово-цифрового преобразователя 2 соединен с выходом устройства приемно-усилительного 1, первый выход соединен со входом блока счета времени 3, а второй выход соединен параллельно со вторыми входами блоков формирования массивов 4 и 5. Первые входы блоков формирования массивов 4 и 5 соединены параллельно с выходом блока счета времени 3. Первые два выхода блока формирования массивов 4 соединены с первым и вторым входами вычислительного устройства 7. Первые два выхода блока формирования массивов 5 соединены с четвертым и пятым выходами вычислительного устройства 7. Первый и второй входы логического элемента «И» 6 соединены с третьими выходами блоков формирования массивов 4 и 5 соответственно. Третий вход вычислительного устройства 7 соединен с выходом логического элемента «И» 6. Первый и второй входы блока вычисления разности 8 соединены с первым и вторым выходами вычислительного устройства 7 соответственно.

Принимаемый по средствам УПУ сигнал усиливается, а затем оцифровывается в АЦП.

Блок счета времени формирует временные метки в соответствии с определенным алгоритмом на основании поступающего в него сигнала, а также непрерывно выдает значения текущего времени, прошедшего от начала сброса счетчика времени. Алгоритм формирования временных меток таков:

1) по приходу фронта первого импульса фиксируется конец зоны молчания, переменной t_a присваивается нулевое значение;

2) в момент окончания фронта первого импульса переменной t_b присваивается значение текущего времени со счетчика времени;

3) в момент прихода следующего фронта импульса переменной t_c присваивается значение текущего времени со счетчика времени;

4) в момент окончания второго фронта импульса переменной t _d присваивается значение текущего времени, а блок начинает ожидание момента прихода следующей пары импульсов, в который счетчик времени обнулится, и алгоритм начнет следующую итерацию, начиная с первого пункта.

БФМ1 служит для формирования двумерного массива u₁[t_a t_b, 0 1], задающего фронт первого импульса, а также одномерного массива ₁[t_a t_b], являющегося фрагментом массива [t_a..t_d], значения которого лежат во временном диапазоне существования этого импульса.

БФМ2 служит для формирования двумерного массива u₂ [t_c t_d, 0 1], задающего фронт второго импульса, а также одномерного массива ₂[t_c t_d], являющегося фрагментом массива [t_a t_d], значения которого лежат во временном диапазоне существования этого импульса.

Каждый блок формирования массивов выдает сигнал готовности на логический элемент «И», который в свою очередь выдаст сигнал готовности на ВУ в случае одновременной готовности БФМ1 и БФМ2.

По получении сигнала готовности вычислительное устройство исчисляет значения временных координат t₁ и t₂, поступающих на вход схемы, и выдает эти значения в БВР, ожидая следующий сигнал готовности.

Блок вычисления разности исчисляет величину разности между текущими значниями t₁ и t ₂, выдавая на выход схемы искомое значение .

Для пояснения работы варианта реализации рассмотрим фиг.2.

На фиг.2 изображена временная развертка апериодической последовательности двух импульсов сложной формы, где - интервал времени между импульсами, который необходимо измерить, равный разности t₁ и t₂ - координат центров масс второго и первого импульсов u₂(t) и u ₁(t) соответственно по оси абсцисс, если рассматривать их как плоские фигуры в системе координат «амплитуда сигнала - время».

Известны формулы координат центра масс плоской однородной фигуры. Применив формулу нахождения координаты по оси абсцисс к системе координат u(t), запишем формулы определения t₁ и t₂.

где u₁(t) и u₂(t) - функции, описывающие форму импульсов во времени.

Разбив отрезок [t_a, t_d] на n временных интервалов t=const, составив интегральные суммы для подынтегральных функций в соответствующих пределах интегрирования, т.е. на отрезках [t_a, t_b] и [t_c, t_d ], и опираясь на определение определенного интеграла, получим формулы:

Предложенное изобретение позволяет повысить точность измерения временного интервала между импульсами сложной формы, что очень важно, например, при создании приборов и устройств, входящих в состав систем коммерческого учета уровня и расхода жидких энергоносителей.