Измерение временных интервалов нониусным методом
Нониусный метод измерения временных интервалов позволяет снизить погрешность дискретизации, которая имеет место при использовании метода дискретного счета для измерения коротких временных интервалов, например фронтов импульсов.
Рассмотрим работу нониусного измерителя временных интервалов (рис.9.5).
Рисунок 9.5 – Структурная схема измерителя временных интервалов нониусным методом
Входной исследуемый сигнал длительности Тх поступает на формирующее устройство, где вырабатываются два импульса: стартовый, соответствующий началу интервала Тх, и стоповый, соответствующий концу этого интервала. Стартовый импульс через устройство управления (УУ) открывает временной селектор (ВС), обеспечивая тем самым прохождение через него счетных импульсов с периодом повторения Тсч от генератора счетных импульсов (ГСИ) на счетчик 1.
Счетные импульсы поступают также на первый вход схемы сравнения. Стоповый импульс через устройство управления закрывает временной селектор, и отсчет в счетчике 1 прекращается. Если при этом в нем оказалось зафиксировано N счетных импульсов, то измеренный временной интервал
(9.9)
где ∆t – погрешность дискретизации.
Кроме генератора счетных импульсов, в схеме имеется генератор нониусных импульсов. Параметры указанных генераторов выбираются из следующих условий:
Тн < Тсч, (9.10)
где n – целое число, обычно краткое 10.
Разность (9.10) обычно называют шагом нониуса.
Генератор нониусных импульсов (ГНИ) запускается через устройство управления стоповым импульсов. Нониусные импульсы начинают поступать на второй вход схемы сравнения и счетчик 2. Временное расстояние между счетными и нониусными импульсами с каждым периодом уменьшается, и в момент их совпадения схема сравнения вырабатывает импульс сброса, который останавливает работу ГНИ. Если в счетчике 2 при этом зафиксировано k нониусных импульсов, то интервал ∆t определяется из соотношения
С учетом (9.10) получим
Следовательно,
(9.11)
В полученном выражении измеряемый интервал определяется целым числом шагов счетных импульсов и числом шагов нониуса (рис.9.6).
Рисунок 9.6 – Диаграмма измерения временных интервалов
нониусным методом
В современных нониусных измерителях погрешность измерений имеет порядок 10-9. Эта погрешность определяется следующими составляющими: длительностью и формой счетных и нониусных импульсов; нестабильностью генераторов; неполным совпадением (частичным перекрытием) импульсов в схеме сравнения.