5.1.3 Цифровой метод измерения интервалов времени

Решение многих радиотехнических задач связано с измерением интервалов времени. Обычно приходится измерять как очень малые (единицы пикосекунд) так и очень большие (сотни секунд) интервалы времени. Интервалы времени могут также быть не только повторяющимися, но и однократными. Различают два основных способа измерения интервалов времени: осциллографический и цифровой.

Измерение интервалов времени с помощью осциллографа проводится по осциллограмме исследуемого напряжения с использованием «линейной» развертки. Из-за нелинейности развертки, а также больших погрешностей отсчета начала и конца интервала общая погрешность измерения составляет единицы процентов. В последние годы интервалы времени в основном измеряются цифровыми методами.

Принцип измерения периода гармонического сигнала с помощью цифрового частотомера поясняет рис. 5.2, где приведены структурная схема устройства и соответствующие его работе временные диаграммы. Измерение интервала времени Т_х цифровым методом основано на заполнении его импульсами, следующими с образцовым периодом Т_о, и подсчете числа М_х этих импульсов за время измерения Т_х.

Рисунок 5.2 Цифровой частотомер в режиме измерения периода синусоиды: а - структурная схема; б - временные диаграммы

Основные элементы устройства и их действие были проанализированы в предыдущем разделе.

В данном случае гармонический сигнал, период Т_х которого требуется измерить, после прохождения входного устройства ВУ (u₁ - выходной сигнал ВУ) и формирователя импульсов ФИ преобразуется в последовательность коротких импульсов u₂ с измеряемым периодом.

В устройстве формирования и управления из них формируется строб-импульс u₃ прямоугольной формы и длительностью Т_х, поступающий на один из входов временного селектора ВС. На второй вход этого селектора подаются короткие импульсы и₄ с образцовым периодом следования Т_о, сформированные декадным делителем частоты ДДЧ из колебаний кварцевого генератора КГ. Временной селектор пропускает на счетчик СЧ число М_х счетных импульсов u₅ в течение интервала времени Т_x, равном длительности строб-импульса u_3..

Из рисунка 5.2,б следует, что измеряемый период:

Т_Х = М_ХТ_О-Δt_Д, (5.5)

где Δt_Д = Δt_Н- Δt_К - общая погрешность дискретизации (дискретности); Δt_Н и Δt_К - погрешности дискретизации начала и конца периода Т_х.

Без учета в формуле (5.5) погрешности Δt_Д число импульсов, поступившее на счетчик, М_х = Т_Х /Т_О, а измеряемый период пропорционален М_х.

Т_х = М_ХТ_О, (5.6)

Выходной код счетчика, поступающий на цифровое отсчетное устройство, соответствует числу подсчитанных им счетных импульсов М_х, а показания ЦОУ - периоду Т_х, поскольку период следования счетных импульсов u₅ необходимо выбирать из соотношения Т_о = 10^-n (n-целое число). В частности, при n = 6, ЦОУ отображает число М_х соответствующее периоду Т_х выраженному в микросекундах.