СКАЧАТЬ:  na-konkurs.zip [74,09 Kb] (cкачиваний: 20)

Измерения являются неотъемлемой частью процессов автоматического и автоматизированного управления технологическими процессами, поэтому вопросы обеспечения точности измерения технологических параметров остаются актуальными всегда. Особое место занимает измерение времени, так как его измерение позволяет оценить многие важные технологические параметры, такие как уровень (ультразвуковые и радарные уровнемеры), расход (ультразвуковые расходомеры) и т.д.

Простейшим и вместе с тем самым надежным методом измерения времени является численно-импульсный метод (рис. 1).

Рис. 1. Структурная схема реализации счётно-импульсного метода

Некоторый схемный узел, например кварцевый генератор, формирует непрерывную череду импульсов, период которых известен. Если в момент начала процесса измерения открыть цепь прохождения импульсов к счётчику, а в момент его завершения закрыть цепь, то на счётчике появится результат представленный числом импульсов. Остается только умножить это число на длительность одного периода тактового сигнала и готов результат, выраженный в секундах, микросекундах или наносекундах. В принципе всё понятно и просто, но вот только современные счётчики, выполненные на интегральных микросхемах малой и средней степени интеграции, не умеют работать на частотах свыше 100 МГц. Да и на этой частоте, которая позволяет получить точность в десять наносекунд работать совсем не просто. Если применять синхронные счётчики, которые удобны в работе, но достичь 100 МГц не удается, так как время формирования импульса переноса в многоразрядном счетчике может превышать период тактовой частоты. Следовательно, к началу очередного тактового импульса, процесс счёта ещё не будет завершён и будут возможны ошибки счёта. Асинхронные схемы всегда работают быстрее, но здесь возникает проблема: когда и как переписать состояние счётчика времени в память, если процесс переноса импульса переполнения через все триггеры счетчика длится больше периода тактовой частоты?

В рассматриваемом нами численно-импульсном методе основных проблем два. Во-первых, как учесть несовпадение начала измеряемого интервала с началом периода заполняющей тактовой последовательности импульсов, и, во-вторых, как учесть несовпадение окончания измеряемого интервала с окончанием очередного периода заполняющей частоты.

Известен приём, позволяющий обойтись без сложных и дорогих аналоговых схем и достичь при этом удовлетворительной точности в единицы и даже в доли наносекунды, то есть перейти через ограничение точности в период частоты генератора (рис. 2).

Рис. 2. Структурная схема интерполятора

В дополнение к основному счётчику времени вводится так называемый интерполятор – устройство, позволяющее уточнить результат измерения времени. Импульсы тактовой частоты поступают на вход данных регистра. Эти же сигналы пропускаются через цепочку элементов задержки, с выходов которых они попадают на другие входы того же регистра. Таким образом, на них устанавливаются сдвинутые во времени импульсы тактовой частоты, которой тактируется основной счётчик времени. Появление стопового импульса занесёт данные в регистр. При этом на некоторых его выходах будут присутствовать логические единицы, а на других – нули. С выходов регистра сигналы поступают на приоритетный шифратор, на выходе которого получается нормальный двоичный код, несущий уточняющую информацию о моменте прихода стопового импульса.