Измерение интервалов времени

Измеряемый временной интервал обычно задан либо двумя импульсами (опорным, или старг-импульсом, и интервальным, или стоп-импульсом), либо, при измерении длительности прямоугольного импульса, его фронтом и срезом (спадом).

К числу наиболее применяемых методов измерения интервалов времени относят методы временных разверток, преобразования интервалов времени в цифровой код, в фазовый сдвиг, в напряжение, нулевой метод и метод совпадения.

Методы временных разверток

Для измерения интервалов времени применяют осциллографические приборы с различными видами разверток, преимущественно с линейной и спиральной. Приборы первой группы представляют собой разновидность импульсных осциллографов и отличаются от них главным образом высокой степенью линейности, строгой калибровкой длительности развертки. Для импульсного осциллографа характерны широкая полоса частот усилителя вертикального отклонения, наличие быстрых разверток с малыми коэффициентами развертки. Эти условия необходимы для наблюдения кратковременных импульсных процессов и измерения их параметров. Имеются измерители, в которых интервал времени определяется по числу калибровочных импульсов или меток, помещающихся на экране осциллографа между изображениями опорного и интервального импульсов. В таких измерителях предусматривают высокостабильные по частоте генераторы калибровочных меток, позволяющие производить измерения с высокой точностью. Принцип измерения заключается в подсчете количества меток между опорным и интервальным импульсами и умножением их количества на заданный период следования.

Приборы второй группы — это специальные осциллографические измерители интервалов времени. Применение в этих приборах спиральной развертки позволяет значительно повысить их разрешающую способность и, следовательно, точность измерений.

Принцип измерения заключается в следующем. С помощью синусоидальных напряжений, сдвинутых по фазе на 90° и подаваемых на горизонтально и вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, создается круговая развертка луча по периферии трубки. До прихода опорного импульса изображение на экране отсутствует, так как трубка заперта. С появлением опорного импульса запускается схема подсвета трубки. Сформированный импульс одновременно с отпиранием трубки запускает генератор радиальной развертки, вырабатывающий линейно падающее напряжение. Последнее подается на специальный конический электрод трубки и вызывает движение луча от периферии трубки к ее центру. Так как радиально отклоняющее напряжение действует одновременно с напряжением круговой развертки, то луч перемещается по архимедовой спирали: получается спиральная развертка.

Опорный и интервальный импульсы поступают на конический электрод после прохождения линии задержки, вызывая радиальное отклонение луча. Поскольку запуск генератора радиальной развертки осуществляется непосредственно от опорного импульса, то луч успевает пройти небольшую часть траектории до того, как опорный импульс попадет на конический электрод. Такая схема позволяет избежать погрешности, связанной с конечным временем запуска и переходных процессов в генераторе синусоидальной развертки. К моменту подачи на вход прибора интервального импульса, запаздывающего по отношению к опорному на определяемый промежуток времени, луч успевает пройти некоторую часть спирали (рис. 12).

На спираль наносятся метки времени, создаваемые специальным генератором меток с кварцевой стабилизацией частоты и представляющие собой короткие импульсы небольшой амплитуды, следующие с определенным интервалом. Импульсы подаются в цепь 30.

второго анода трубки, соединенного с внутренним коническим электродом, и вызывают небольшое отклонение луча в радиальном направлении (рис. 13). Частота меток выбрана кратной частоте круговой развертки. Вследствие этого метки разбивают каждый виток спирали на целое число частей и располагаются по радиусу, так что их четко видно на фоне исследуемых сигналов.

Рис. 12. Изображение опорного и интервального импульсов на спиральной развертке.

Рис. 13. Изображение опорного и интервального импульсов на спиральной развертке с метками времени.