脈沖時間間隔測量裝置制造方法
【專利摘要】一種脈沖時間間隔測量裝置，包括頻標信號發(fā)生器、脈沖發(fā)射器、脈沖接收器、時刻采樣器和信號處理器，其中，所述的時刻采樣器分別與所述的頻標信號發(fā)生器、脈沖發(fā)射器、脈沖接收器和信號處理器相連，所述脈沖發(fā)射器的脈沖發(fā)射周期設(shè)置為頻標信號周期的非整數(shù)倍，以該脈沖周期作為時刻采樣器的觸發(fā)信號，所述時刻采樣器在脈沖發(fā)射與接收時刻分別采樣頻標正弦波信號的幅值，所述信號處理器根據(jù)時刻采樣器采樣的上述信號幅值數(shù)據(jù)計算出相位差，從而得到脈沖時間間隔。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，使用方便可靠，可用于核物理和高精度激光脈沖測距等測量儀器中的高精度脈沖時間間隔測量。
【專利說明】 脈沖時間間隔測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種脈沖時間間隔測量裝置，尤指對PS級脈沖飛行時間間隔進行精確測量的脈沖時間間隔測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有高精度脈沖時間間隔測量方法主要有模擬插入法、數(shù)字延遲線插入法等時間內(nèi)插技術(shù)，其基本原理是將脈沖計數(shù)法使用的參考時鐘周期細分為若干等分。模擬法是利用一個恒流源對電容充電(或放電)后得到和時間間隔成正比的電壓值，由A/D轉(zhuǎn)換器將電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，因此也稱為時間數(shù)字轉(zhuǎn)換。這種時間數(shù)字轉(zhuǎn)換方法的分辨率可以做得非常高，但精度受恒流源的穩(wěn)定性、電容的線性和漏電流大小、ADC芯片的分辨率等因素的影響。數(shù)字延遲線插入法是利用COMS等高速器件中的邏輯門電路的傳輸、鎖存或緩存等延時時間進行時間內(nèi)插，但這種方法受器件延時時間大小和分散性的影響。
[0003]很顯然，無論是模擬插入法還是數(shù)字延遲線插入法，其時間測量精度完全依賴于電子器件參數(shù)的性能、精度和分散性，特別是在高精度時間測量時，電路板的分散電容等影響因素很難克服，在電路設(shè)計上會非常困難，甚至無法實現(xiàn)。
[0004]為此，開發(fā)出原理結(jié)構(gòu)簡單、時間測量精度為PS級的高精度脈沖飛行時間間隔測量裝置乃當務(wù)之急，也是當前創(chuàng)新設(shè)計的難點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)【背景技術(shù)】所述，本發(fā)明的目的在于提供一種對PS級的高精度脈沖時間間隔測量裝置，由被測脈沖信號觸發(fā)A/D采樣參考頻標正弦信號，經(jīng)過信號處理后獲得脈沖時間間隔，電路結(jié)構(gòu)簡單、可靠。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
一種脈沖時間間隔測量裝置，包括頻標信號發(fā)生器、脈沖發(fā)射器、脈沖接收器、時刻采樣器和信號處理器，其中，所述的時刻采樣器分別與所述的頻標信號發(fā)生器、脈沖發(fā)射器、脈沖接收器和信號處理器相連，所述脈沖發(fā)射器的脈沖發(fā)射周期設(shè)置為頻標信號周期的非整數(shù)倍，以該脈沖周期作為時刻采樣器的觸發(fā)信號，所述時刻采樣器在脈沖發(fā)射與接收時刻分別采樣頻標正弦波信號的幅值，所述信號處理器根據(jù)時刻采樣器采樣的上述信號幅值數(shù)據(jù)計算出相位差，從而得到脈沖時間間隔。
[0007]其中，所述頻標發(fā)生器由頻率穩(wěn)定的正弦波信號發(fā)生器組成，作為參考基準信號；所述脈沖發(fā)射器發(fā)射連續(xù)脈沖串，其脈沖發(fā)射周期設(shè)置為頻標信號周期的非整數(shù)倍；
所述的脈沖發(fā)射器由依次連接的溫補晶體振蕩器TCX0、分頻器和脈沖整形器組成。
[0008]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和效果:
1、本發(fā)明通過測量被測信號觸發(fā)點對應(yīng)的參考頻標正弦信號的幅值來反映被測信號的特性，通過采樣參考頻標正弦波信號的幅值數(shù)據(jù)來實現(xiàn)高精度測量，能達到很好的測量精度，而且使得后續(xù)處理軟硬件簡單；2、本發(fā)明原理結(jié)構(gòu)簡單，成本低，使用維護修理簡易，尤其適合作為核物理儀器和高精度激光脈沖測距系統(tǒng)中的高精度時間間隔測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)總體示意圖；
圖2為本發(fā)明脈沖發(fā)射器第一種實施例基本電路結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為第一種實施例脈沖時間間隔測量原理波形示意圖。
【具體實施方式】
[0010]由圖1示出，一種脈沖時間間隔測量裝置，包括頻標信號發(fā)生器、脈沖發(fā)射器、脈沖接收器、時刻采樣器和信號處理器，其中，所述的時刻采樣器分別與所述的頻標信號發(fā)生器、脈沖發(fā)射器、脈沖接收器和信號處理器相連，其中頻標發(fā)生器由頻率穩(wěn)定的正弦波信號發(fā)生器組成，作為參考基準信號；脈沖發(fā)射器發(fā)射連續(xù)脈沖串，其脈沖發(fā)射周期設(shè)置為頻標信號周期的非整數(shù)倍；脈沖發(fā)射器發(fā)射的脈沖信號經(jīng)過時刻鑒別器鑒別出準確的脈沖發(fā)射時刻，時刻采樣器在脈沖發(fā)射時刻采樣頻標正弦波幅值；同樣，脈沖接收器接收到的脈沖信號經(jīng)過時刻鑒別器鑒別出準確的脈沖接收時刻，時刻采樣器在脈沖接收時刻采樣頻標正弦波幅值；信號處理器根據(jù)時刻采樣器采樣的參考正弦波幅值數(shù)據(jù)計算出相位差，最終求出脈沖時間間隔。
[0011]由圖2示出了本發(fā)明脈沖發(fā)射器實施例基本電路結(jié)構(gòu)框圖:脈沖發(fā)射器由溫補晶體振蕩器TCX0、分頻器和脈沖整形器組成。
[0012]由圖3示出了本發(fā)明脈沖時間間隔測量原理波形，溫補晶體振蕩器TCXO的頻率略高于(或略低于)參考頻標信 號頻率，例如設(shè)置參考頻標信號頻率為14.85MHz, TCXO的頻率為15 MHz ;脈沖發(fā)射周期設(shè)置為TCXO周期Ttl的m倍，通過選取合適的分頻數(shù)(例如m=1770)，則一個發(fā)射脈沖周期m* Ttl相當于1752.3個參考頻標信號周期，考慮正弦信號的周期性，取相位值在[0，1]之間，因此，相鄰兩個連續(xù)脈沖發(fā)射時刻對應(yīng)的參考正弦信號的相位差為一個確定的值0.3，即后一個脈沖發(fā)射時刻比前一個脈沖發(fā)射時刻的相位后移
0.3，由于0.3這個相位值的特殊性，當連續(xù)發(fā)射若干個脈沖時，每個脈沖對應(yīng)的相位值是不同的，相位值將遍歷[0，I]之間的數(shù)值。通過上述方法采樣并進行平均處理后，可以消除因正弦波相位與幅值之間的非線性造成的相位測量誤差。
[0013]又知，通過上述方法可估算出精確的脈沖接收時刻，由信號處理器可以求出脈沖時間間隔T:1
【權(quán)利要求】
1.一種脈沖時間間隔測量裝置，其特征在于:包括頻標信號發(fā)生器、脈沖發(fā)射器、脈沖接收器、時刻采樣器和信號處理器，其中，所述的時刻采樣器分別與所述的頻標信號發(fā)生器、脈沖發(fā)射器、脈沖接收器和信號處理器相連，所述脈沖發(fā)射器的脈沖發(fā)射周期設(shè)置為頻標信號周期的非整數(shù)倍，以該脈沖周期作為時刻采樣器的觸發(fā)信號，所述時刻采樣器在脈沖發(fā)射與接收時刻分別采樣頻標正弦波信號的幅值，所述信號處理器根據(jù)時刻采樣器采樣的上述信號幅值數(shù)據(jù)計算出相位差，從而得到脈沖時間間隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖時間間隔測量裝置，其特征在于:所述頻標信號發(fā)生器由頻率穩(wěn)定的正弦波信號發(fā)生器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖時間間隔測量裝置，其特征在于:所述的脈沖發(fā)射器由依次連接的溫補晶體振蕩器TCXO、分頻器和脈沖整形器組成。
【文檔編號】G04F10/00GK103529687SQ201310431632
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】黃民雙 申請人:北京石油化工學(xué)院