一種高精度時(shí)間間隔測量模塊設計

發(fā)布時(shí)間:2010-8-17 16:30    發(fā)布者:lavida
關(guān)鍵詞: 測量模塊 , 時(shí)間間隔
1 引言  

精密時(shí)間間隔測量是工業(yè)、國防及電力應用等方面的關(guān)鍵技術(shù),脈沖計數法是時(shí)間間隔 測量技術(shù)中最基本的方法,因此研究基于脈沖計數法的時(shí)間間隔測量技術(shù)具有重要的現實(shí) 意義。本文設計了一種高精度時(shí)間間隔測量模塊,介紹了該模塊的軟硬件實(shí)現方法。大量實(shí) 驗證明本模塊可以實(shí)現對微小時(shí)間間隔的精確測量,具有很高的應用價(jià)值。  

2 原理概述  

脈沖計數法是用標準信號形成被計數的參考時(shí)鐘信號,周期為 Tref ,頻率為 fref ,通過(guò) 測量時(shí)間間隔Δt內參考時(shí)鐘信號的個(gè)數n,直接顯示Δt的值。  


  
3 系統設計  

如圖 1 所示,該系統主要由高頻參考時(shí)鐘設計,分頻計數電路,控制面板和顯示電路等 部分組成。由單片機實(shí)現對各部分的功能初始化軟件設計,在測時(shí)結束后讀取分頻計數結果, 按公式(1)計算出時(shí)間后送顯示電路顯示。  


  
3.1 硬件設計  


  
由公式(1)可以看出,高頻參考時(shí)鐘是脈沖計數法時(shí)間間隔測量的關(guān)鍵。為了產(chǎn)生低偏 差低晃動(dòng)的高頻穩定時(shí)鐘信號,本文采用高穩定度的溫補振蕩器TC18B 作為標準晶振輸入。  





  
3.2 軟件設計  

系統軟件包括對各工作電路的初始化設置,根據分頻計數電路得到的n 值,計算時(shí)間間 隔時(shí)間間隔Δt,送給顯示電路顯示。流程圖如圖4 所示。  


  
4 實(shí)驗驗證  

將本文研制的高精度時(shí)間間隔測量模塊應用在電磁波時(shí)域反射電纜測長(cháng)系統中。根據 電磁波時(shí)域反射測長(cháng)原理,有如下關(guān)系式式  

中,Δt為發(fā)射脈沖與反射脈沖的時(shí)間間隔,L 為電纜長(cháng)度,v為電磁波在電纜中的傳播 速度,對特定材料的電纜,波速取固定值,本文取v =0.192m/ns。  

由關(guān)系式(2)可知,對已知材料的電纜,電纜長(cháng)度L與發(fā)射脈沖與反射脈沖間時(shí)間間隔Δt 成正比。通過(guò)對已知長(cháng)度的電纜發(fā)射脈沖與反射脈沖的時(shí)間間隔進(jìn)行測量,可以對時(shí)間間隔 測量模塊的特性進(jìn)行驗證。本文對長(cháng)7.01m,66.77m 和120.30m 的電纜分別進(jìn)行多次測量, 測量結果如表2 所示。  

由實(shí)驗結果可以看出,本模塊測時(shí)分辨率為0.83ns,測量誤差很小,完全可以滿(mǎn)足高 精度時(shí)間間隔測量要求。  

5 結論  

本文介紹了一種高精度時(shí)間間隔測量模塊的軟硬件設計方法,該模塊結構簡(jiǎn)單,易于實(shí) 現,測時(shí)精度高。不但可以實(shí)現對微小時(shí)間間隔的精確測量,而且在本模塊的設計基礎上, 結合其他技術(shù),可以實(shí)現對時(shí)間、頻率以及相位的測量,具有很高的應用價(jià)值。  

6 本文創(chuàng )新點(diǎn)  

本文設計了一種高精度時(shí)間間隔測量模塊。該模塊將標準晶振鎖相倍頻輸出 1200MHz 高頻參考時(shí)鐘,通過(guò)測量發(fā)射脈沖與反射脈沖間時(shí)間間隔內高頻參考時(shí)鐘個(gè)數,得到時(shí)間間 隔Δt,測時(shí)分辨率為0.83ns。
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