78. Измерение интервалов времени методом прямого преобразования.

При измерении реализуются две модификации метода пря­мого преобразования: метод осциллографических разверток и ме­тод преобразования в цифровой код. Метод преобразования в цифровой код уже рассмотрен в п. 4.3 как один из режимов ра­боты ЦЧ. Одним из основных ограничений, препятствующих прямо­му применению ЦЧ в качестве ИИВ, является погрешность дискрет­ности, требующая для своей минимизации, согласно (4.8), выполне­ния соотношения . При повторяющихся интервалах это можно обеспечить за счет увеличения времени счета в раз и последующего усреднения результатов измерений. В случае же однократных интервалов этот путь неприемлем. Поэтому в ИИВ реализуются дополнительные методы расширения диапазона изме­ряемых в сторону малых значений. Основными из них являют­ся стробоскопический и нониусный. Стробоскопический метод обеспечивает временное разрешение порядка пикосекунд. Нониусный метод заимствован из техники из­мерения линейных размеров и основан на сравнении абсолютных значений двух монотонных функций времени, скорости изменения которых отличаются на небольшую величину. Рассмотрим в качест­ве примера структурную схему ИИВ, показанную на рисунке 4.7, кото­рая дополнена по сравнению с базовой схемой рисунка 4.3 генератором нониусных импульсов (ГНИ), вторым селектором и нониусным счетчиком.

Рисунок 4.7 – Структурная схема ИИВ с нониусным счетчиком

Опорный импульс , сформированный ФУ1, запускает ГСчИ и открывает через триггер Т1 селектор 1. Начинается счет импульсов ГСчИ, следующих с периодом Т₀. Интервальный импульс , сформированный ФУ2, возвращает Т1 в исходное положение. Селектор 1 закрывается, и основной счетчик фиксирует число равное целому числу периодов Т₀. Кроме того, интервальный импульс запускает ГНИ и через Т2 открывает селектор 2. Начинается счет нониусных импульсов, которые, кроме того, вместе со счетными импульсами поступают на входы СС. Если период следования нониусных импульсов Т_н выбрать равным , где , то с течением времени интервал между соседними импульсами счётной и нониусной последовательностей уменьшается и наступает момент совпадения их на входах СС. Схема срабатывает, ее выходной импульс возвращает Т2 в исходное состояние. Селектор 2 закрывается, и нониусный счетчик фиксирует число . Благодаря связи ОУ с обоими счетчиками значение фиксируется в старших разрядах ОУ, а n – в младших.Описанный процесс наглядно поясняется временными диаграммами, приведенными на рисунке.

Рисунок 4.8 – Временные диаграммы, характеризующие работу ИИВ с нониусным счетчиком

Видно, что погрешность дискретности в данном примере равна 0,8*Т₀, и для ее устранения (определения дробной части Δt_x) потребовалось 9 нониусных импульсов, следующих с периодом Т_н=0,9*Т₀. Этому соответствует цена деления нониуса С_н=(1-0,9)Т₀=0,1*Т₀. Таким образом, в общем случае

Δt_x=N*T₀+(n-1)*C_н (4.13)

где(n-1)– число интервалов между нониусными импульсами, определяемое дробной частью Δt_x; а. С_н=(1-α)Т₀

Для десятичной системы счисления , где – число дополнительных десятичных разрядов, получаемых с помощью нониуса. Поэтому соотношение (4.13) может быть записано окончательно как

(4.14)

Из (4.14) видно, что к параметрам импульсов ГНИ и ГСчИ должны предъявляться весьма жесткие требования. Если, например, k = 2, то

С_н=0,01*Т₀ и = 0,99. Нестабильность Т₀ может привести при большом числе к появлению ложных совпадений. Ложные совпадения могут появиться и при длительности импульсов ГНИ и ГСчИ больше .