现代检测技术-23时间间隔测量技术pdfx

现代检测技术

电子科技大学自动化学院

授课教师：詹惠琴

3.1.2 时间间隔的数字测量

1、时间间隔测量基本方法

2、模拟内插法

3、电压数字转换的内插法

4、时延法

5、等效采样时间扩展法

6、游标法

时间间隔测量意义

•测量脉冲信号宽度和上升时间

•测量2个信号的相位差

•测量集成电路的传输时延

•雷达测距、激光测距：发射信号与接收信号的时间差

•电磁波测量液位、超声波测量流速

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1、时间间隔的数字测量的基本方法•时间间隔和周期的测量方案基本相同

•不同的是此处的门控电路要求根据测量时间间隔，给出起始计数和终止计数两个触发信号。

若时间间隔即门控信号的宽度(闸门时间)为 ，选用时标周期为 ，则计数结果为c

x c x f t T t N .==x t c T

提高测量的分辨率和精度

•量化误差：计数值±1

•分辨率：1/N， N=测量时间×时钟频率•方法（1）提高参考时钟频率

•（2）增加测量时间

2、模拟内插法

2）时间扩展电路

◆

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模拟内插法的时间扩展倍率越大，测时分辨力越高。

但是：K越大，充放电电流相差越大，内插扩时的稳定性、线性度及精度均越难保证，且内插时间也越长。

怎么办？

3、电压数字转换的内插法

用高速A/D转换过程代替了放电过程，极大的减少了转换时间和非线性。

4、时延法

•时延法是一种使用时间延迟技术进行时间测量的方法。

•由于延时法用的延迟线被分成了多个串联的延时单元，各个延时单元按抽头方式输出，故又称为抽头延迟线法。

•由延迟线L1—L N和D触发器DF1—DF N组成。每个延时单元的延迟时间为τ，D触发器去锁存每个延时单元输出端的状态。

•被测时间间隔的起始信号start加到延时线的输入端，停止信号stop加到每个D触发器的锁存端CK，即用stop信号的上升沿时刻去锁存（采集）start 信号在延迟线中传输的状态。

4、时延法

•延迟线的级数越多，且每级延时越小，则对它插值的分辨力越高。

•这不仅对延迟线提出了要求，而且对D触发器的响应速度也提出了要求。

•目前，采用FPGA实现时延法的分辨力达到100ps量级；

•采用ASIC实现的时延法的分辨力可达20ps量级。

5、等效采样时间扩展法

应用实例：导波雷达液位计利用电磁波的传播来实现液位测量的仪表

6、游标法

游标法的原理

◆数字式游标法实现的原理和游标卡尺的原理相似，是利用相差很微小的两个量，对其量化单位以下的差值进行多次的叠加，直到叠加的值达到一个量化单位为止，通过相关的计算便可以获得较精确的差值。

◆设主时钟频率F 01＝1/T 01和游标时钟F 02＝1/T 02。F 01>F 02 (T 01

•①.时钟频率f01和f02的稳定度要求极高。

•②.当分辨力很高时，f01和f02非常接近，因此两个时钟电路必须进行严格屏蔽，否则可能因为频率牵引而不能正常工作。

•③.要实现高精度和高分辨力，符合电路的工作速度也应该很高。

•由于存在上述一些技术上的难点，因此游标法长期以来未得到实际应用。

•近年来提出的相位锁定型同步触发振荡器解决了上述的一些困难，巧妙地把触发振荡器与锁相环结合起来，使冲击振荡器的信号既能与外触发信号同步又有很高的频率稳定度。