Измерение временных интервалов

Для реализации аналоговых методов измерения временных интервалов применяют осциллографы с различными видами разверток: линейной, круговой, спиральной.

Для повышения точности измерения с линейной разверткой необходимо предъявлять повышенные требования к линейности развертки. Для повышения динамического диапазона измерения временных интервалов используют круговую или спиральную развертки.

Поясним, почему круговая и в большей степени спиральная развертка, обеспечивают больший динамический диапазон измерений.

Рис.7.15

На рисунке 7.15 показаны три импульса. Необходимо измерить временной интервал между 1, 2 и 3 импульсами. Если взять длительность линейной развертки Т2, то на экране будут видны все три импульса, но расстояние между импульсами будет измерено грубо (с малым разрешением) из-за крупного масштаб по оси Х осциллографа, если же взять развертку Т1, то расстояние от 1-го до 2-го можно измерить с хорошим разрешением, но 3-го импульса на экране не будет – т.е. до него расстояния с этой разверткой измерить нельзя, как это показано на рис 7.16.

Интуитивно ясно, что если бы длину развертки увеличить, то «поместился» бы и 3-ий импульс. Таким образом, для увеличения динамического диапазона нужно «удлинить» развертку, что и получим, если применить круговую развертку. Действительно, при длине экрана Lx и линейной развертке её длина будет Lx, а при круговой π Lx. При спиральной будет ещё больше – порядка nπ Lx, где n – число витков спирали.

Цифровые методы измерения временных интервалов реализуются подобно тому, как измерялся период в цифровом частотомере. Для уменьшения погрешности измерения (основной составляющей - погрешности дискретности) используют аппаратные способы уменьшения погрешности дискретности. Ниже рассмотрен метод «трансформации» временного масштаба.

	τ 1

Рис.7.17

На рис.7.17 изображено:

а) – импульсы, временной интервал между которыми Тх и его нужно измерить;

б) – счетные импульсы, следующие с периодом Тсч;

в) – строб длительности измеряемого интервала Тх;

г) – «пачка» счетных импульсов, подсчитанных за измеряемый интервал Тх;

д) – стробы, длительность которых τ 1 и τ 2, определяемая погрешностью дискретности;

е) – временные интервалы в К раз большие погрешностей дискретности, т.е. Кτ 1 и Кτ 2 (последний на рисунке указан не полностью);

ж) – стробы равные Кτ 1 и Кτ 2 (второй показан не полностью);

в) – «пачка» счетных импульсов, попавших в расширенный в К раз интервал τ 1.

Рассмотрим принцип данного метода. Как видно из рисунка результат измерения и измеряемый интервал Тх связаны соотношением:

Тх = Ти +τ 1 – (Тсч -τ 2)= (N+1)Tсч+ τ 1- τ 2 = Ти +[ τ 1 + (Тсч - τ 2)] (7.6)

т. е. измеренное значение (Ти) отличается от измеряемого (Ти) на величину в квадратных скобках, которая и составляет погрешность измерения. Для уменьшения погрешности нужно измерить τ 1 и τ 2, величина каждой меньше Тсч. Для того, чтобы измерить интервалы, меньшие Тсч, в данном методе происходит изменение временного масштаба – вместо строба длительностью τ i формируется строб в К раз длиннее. Технически это можно, например, получить заряжая конденсатор малой ёмкости напряжением строба длительностью τ i, а разряжать с постоянной времени в К раз большей, чем постоянная времени заряда, а после этого подсчитывать счетные импульсы, попавшие в расширенный строб. Тогда число импульсов, попавших в расширенные стробы, будет:

и , откуда и

и окончательно результат можно записать:

(7.7)

Для удобства устанавливают , где М – целое число. Если например К=1000, то разрешающая способность возрастает в 1000 раз, т.е до 0, 001Тсч.