ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в приборах для цифрового измерения (преобразования) длительности коротких импульсов.
Известен рециркуляционный измеритель длительности импульсов /А.с. СССР №699486, кл. G 04 F 10/04, 1976/, содержащий логический элемент ИЛИ, элемент совпадения и счетчик, причем входной импульс, подается на один из входов элемента ИЛИ с входа через последовательно включенные элементы задержки на элемент совпадения, на выходе которого входной импульс короче входного на величину, задаваемую задержкой второго элемента задержки. Укороченный импульс элемента совпадения поступает на вход счетчика числа циркуляции и на второй вход элемента ИЛИ.
Наиболее близко к предлагаемому, устройство для дискретного измерения длительности импульсов /А.с. СССР №708293, кл. G 04 F 10/04, 1980/,содержащее элемент выполняющий функции формирователя и логического ИЛИ, выход которого подключен к первому входу элемента совпадения И, счетчик, два элемента задержки, причем вход первого из них подключен к выходу элемента совпадения И, а выход - к первому входу элемента ИЛИ. Входом устройства является второй вход элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу второго элемента задержки, а выход второго элемента задержки подключен ко второму входу элемента совпадения И.
Недостатками описанных выше устройств является большая погрешность, невозможность измерения длительности импульсов нестандартной амплитуды, малый диапазон длительностей измеряемых
импульсов и отсутствие плавной регулировки величин дискрета. Перечисленные недостатки обусловлены использованием логических элементов, которым для надежной работы требуются импульсы стандартного уровня. Низкая точность и быстродействие также обусловлено применением линии задержки на основе коаксиального кабеля.
Задачей полезной модели является разработка устройства, обеспечивающего улучшение быстродействия, т.е. возможность измерять импульсы пикосекундной длительности, улучшение точностных характеристик, обеспечение возможности плавной подстройки величины дискрета и возможности измерения длительности импульсов с амплитудой нестандартного уровня, расширение диапазона длительности измеряемых импульсов при сохранении простоты схемы.
Поставленная задача решается тем, что в рециркуляционный измеритель длительности импульсов, содержащий два элемента задержки и счетчик числа циркуляции, согласно полезной модели, дополнительно введены два компаратора, два элемента задержки, и два резистора, причем вход первого резистора соединен с входом второго резистора и входом первого элемента задержки, выход первого резистора соединен с входом второго элемента задержки, выход второго резистора соединен с выходом второго элемента задержки и вторым входом первого компаратора, выход первого элемента задержки соединен с первым входом первого компаратора, первый выход первого компаратора соединен с первым входом второго компаратора через третий элемент задержки, второй выход первого компаратора соединен с вторым входом второго компаратора, первый выход второго компаратора соединен с входом четвертого элемента задержки, выход четвертого элемента задержки соединен с входом первого элемента задержки, также с входом первого и второго резисторов, второй выход второго компаратора соединен с входом счетчика.
В известных устройствах измерения длительности импульсов, реализующих комбинацию способа последовательного счета и способа прогрессирующих совпадений, используется логический элемент ИЛИ, который одновременно осуществляет функцию формирования импульсов, прошедших через элемент задержки, и элемент совпадения, с помощью которого осуществляется укорочение рециркулирующих импульсов на дискретную величину, определяемую элементом задержки. Отличительным признаком является использование линии задержки на основе волоконно-оптических отрезков кабеля. Использование оптического волокна в качестве линии задержки позволяет формировать пикосекундные величины дискрета, что позволяет снизить погрешность измерений, а также дает возможность измерять импульсы пикосекундной длительности. Также отличительным признаком является использование двух компараторов. На первом компараторе с использованием двух резисторов и двух элементов задержки построен формирователь с привязкой к постоянной части фронтов импульсов, а на втором компараторе - элемент совпадения с учетом длительности фронтов импульсов. Реализация на компараторе элемента совпадения возможна лишь при наличии прямого и инверсного выходов первого компаратора, а наличие двух выходов второго компаратора позволяет исключить на входе логический элемент ИЛИ, заменив его монтажным ИЛИ. Одновременно осуществляется возможность плавной подстройки дискрета в пределах длительности фронтов импульса.
На фиг.1 представлена структурная схема измерителя, а на фиг.2 - диаграммы поясняющие работу измерителя.
Волоконно-оптический рециркуляционный измеритель длительности импульсов состоит из компаратора 1, элемента задержки 2 и 3, резистора 4 и 5, элемента задержки 6, компаратора 7, элемента задержки 8 и счетчика 9. В полезной модели первый вход компаратора 1 соединен с выходом элемента задержки 2. Второй вход компаратора 1 соединен выходом резистора 5 и
выходом элемента задержки 3. Первый выход первого компаратора 1 соединен с первым входом второго компаратора 7 через элемент задержки 6. Второй выход компаратора 1 соединен с вторым входом компаратора 7. Вход элемента задержки 2 соединен с входом резистора 4, входом резистора 5, входом элемента задержки 8. Выход резистора 4 соединен с входом элемента задержки 3. Первый выход второго компаратора 7 соединен с входом элемента задержки 8. Выход элемента задержки 8 соединен с входом элемента задержки 2 и также с входом резистора 4 и резистора 5. Второй выход компаратора 7 соединен с входом счетчика 9.
Работает измеритель следующим образом.
Импульс tx (фиг 2, а), длительность которого подлежит измерению, на входе устройства (фиг.1) разветвляется и через элемент задержки 2 поступает на первый вход компаратора 1 (фиг 2, б) с задержкой tзад1 (длительность задержки соответствует длительности фронтов пришедших импульсов), на второй вход компаратора 1 сигнал подается ослабленным через резистор 5 и параллельно ослабленным и задержанным через резистор 4 и элемент задержки 3 (фиг 2, в). Выходной импульс компаратора 1 появляется через время задержки самого компаратора в момент равенства мгновенных амплитуд на первом и втором входах. Этому моменту соответствует определенная точка на переднем фронте измеряемого входного импульса, уровень которой не зависит от его амплитуды /Карпов Н.Р. Рециркуляционный измерительный преобразователь коротких временных интервалов в код // Приборы и техника эксперимента, 1980, №2 с.101-103./. Регулировку уровня привязки переднего фронта производится изменением потенциала на втором входе компаратора 1.
Точка привязки к постоянной части заднего фронта измеряемого входного импульса определяется величиной резистора 4 и длительностью задержки (tзад2) элемента задержки, величина tзад2=2tзад1. Сформированные на выходах компаратора 1 импульсы подаются на входы
компаратора 7 (фиг.2, г). На первый вход компаратора 7 импульс подается через элемент задержки 6 с первого выхода компаратора 1 (фиг.2, г сплошная линия), а на второй вход компаратора 7 с инверсного второго выхода компаратора 1 - непосредственно (фиг.2, г пунктирная линия). Величину задержки ΔT, создаваемой элементом задержки 6, выбирают исходя из требуемой величины дискрета, которая может подстраиваться на величину длительности фронтов импульсов путем изменения потенциала, на втором входе компаратора 7.
В момент равенства мгновенных амплитуд на первом (фиг 2, д пунктирная линия) и втором (фиг 2, г пунктирная линия) входах компаратора 7, на его первом и втором выходе формируется импульс, временной интервал которого tx-ΔT (фиг 2, е). Со второго выхода импульс фиксируется счетчиком, а с первого выхода поступает на вход устройства с задержкой Т, создаваемой элементом задержки 8 (фиг.2, ж). Длительность задержки выбирают не меньше максимально возможного измеряемого интервала.
Далее процесс циркуляции импульса происходит аналогично, причем его длительность в каждом цикле обращения уменьшается на величину ΔТ. Когда длительность импульса обращения становится меньше величины ΔT, определяющей дискретность преобразования, происходит срыв процесса циркуляции. В счетчик будет записано N=tx/ΔТ.
Предлагаемый волоконно-оптический рециркуляционный измеритель длительности импульсов позволяет улучшить разрешающую способность, т.е. применяя волоконно-оптическую линию задержки, появляется возможность создать дискрет пикосекундной длительности, что в свою очередь позволяет измерять импульсы пикосекундной длительности.
Также улучшаются точностные характеристики, поскольку осуществляется формирование рециркулирующих импульсов. Обеспечивается возможность плавной подстройки величины дискрета и
возможность измерения длительности импульсов с амплитудой нестандартного уровня, расширение длительности измеряемых импульсов при сохранении простоты схемы.