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一种新的短时间间隔测量方法

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价限制了其应用 ． 而普通短时间间隔测量仪器采用脉冲填充法 ， 成本较低 ， 但测量误差还在纳秒量级 ， 已不能 满足激光测距 、 卫星导航定位 、 粒子飞行探测 、 频率基准等方 面的要求 ． 针 对以 上 ５ 种 方 法 的 优 缺 点 ， 笔者提 出一种基于延迟线技术的短时间间隔测量方法 ． 由被测短时间间隔产生计数闸门 ， 利用延迟链将参考频率顺 形成参考频率的多路延时信号 ， 然后在同一计数闸 门下对多路 信号 计数 ， 将计数值的算术平均值作 序延迟 ， 为参考频率的计数值 ， 计算得到短时间间隔 ． 与前四种方法相比 ， 新 方法 实现 结 构 简 单 、 成 本 低 廉， 易于大规 模推广应用 ． 与最后一种方法相比 ， 使短时间间隔测量误差降低了 １～２ 个数量级 ．
狀 狀
狊＝ Δ
（ ） ６
图 ３ 狀 ＝ ８ 时参考和延迟 频率信号的相位分布图
（ （ ）） ，／ 狉 ） 狋 ｏ ｄ（ 狋 ， · · 烄 １ 犻 ＝犳 ｍ １ １ ＋ 犻－１ 犇 １ 犳 （ ） ７ 烅 （ （ ）） ，／ 狉 ） 狋 ｏ ｄ（ 狋 ． · · 烆 ２ 犻 ＝犳 ｍ ２ １ ＋ 犻－１ 犇 １ 犳 式中 犳 ｍ 返回狓 ／ ｏ ｄ（ 狓， 狓， 狔）是实数求余运算 ， 狔 的余数 ． 狔 和返回值均为零或正实数 ． 将狋 （ ， …， 按从小到大顺序排列 ， 这狀个数构成公差为犇 的等差数列 ， 数列的第１项 （ 最小项 ） 重 狀） · １ 犻 犻＝１ 新记为狋 ， 一定满足０ ≤狋 ，于是 · · · １ １狋 １ １ １ １ ＜犇
２ 基于延迟线技术的短时间间隔测量方法
基于延迟线技术的短时间间隔测量方法是在脉冲填充法的基础上发展起来的 ， 其思路是 ： 利用一个由延 迟单元构成的延迟链 ， 将参考频率顺序延迟 狀－ 产生规律性相位顺延的 狀 个参考频率信号 ， 然后在同一 １次， 得到狀 个计数值 犖狉 以它们的算术平均值作为参考频率计数值 ， 利用式 （ ） 计算 计数闸门下对其分别计数 ， ４ · 犻， 图２是 短时间间隔 ． 狀 ＝８ 时新方法的测量原理图 ．
短时间间隔测量是时间计量 、 测试领域的重要研究问题之一 ， 高精度的测量方法已有基于模拟时间扩展 的计数法 、 基于 Ａ 幅度转换法 、 基于延迟线的时 间 数 字变换 器 （ 法和 基于 冲击 振 Ｄ 变换器的模拟时间 Ｔ Ｄ Ｃ）
］ １～４ 荡器的频率游标法等 ［ ， 这些方法都达到了皮秒量级的测量分辨率 ， 但明显的电路设 计复 杂度 和昂 贵的 造
收稿日期 ： ２ ０ ０ ７ ０ ５ １ ０ 基金项目 ： 国家自然基金资助 （ ） １ ０ ７ ０ ３ ０ ０ ４， ６ ０ ５ ７ １ ０ ６ ０ 作者简介 ： 王 海（ ） ， 男， 西安电子科技大学讲师 ， 博士 ， ：ｗ １ ９ ７ ６ Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ａ ｎ ｈ ａ ｉ ａ ｉ ｌ ． ｘ ｉ ｄ ｉ ａ ｎ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ ． ＠ｍ ｇ
２ ０ ０ ８年４月 第３ ５卷 第２期
西安电子科技大学学报（ 自然科学版） 犑 犗犝犚犖犃 犔 犗 犉 犡 犐 犇 犐 犃犖 犝犖 犐 犞 犈犚 犛 犐 犜犢
Ａ ｒ ． ２ ０ ０ ８ ｐ ｏ ． ２ Ｖ ｏ ｌ ． ３ ５ Ｎ
一种新的短时间间隔测量方法
王 海， 周 渭， 刘 畅 生， 王 水 平
犖 狅 狏 犲 犾 狊 犺 狅 狉 狋 狋 犻 犿 犲 犻 狀 狋 犲 狉 狏 犪 犾犿 犲 犪 狊 狌 狉 犲 犿 犲 狀 狋犿 犲 狋 犺 狅 犱
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图 ２ 新方法的测量原理图
参考频率刚好延迟了 狀 次延迟之后 ， 图 ２ 中每一个延迟参考频率信号比前一个信号滞后一个延迟时间 ，
第 ２ 期 王 海等 ： 一种新的短时间间隔测量方法
２ ６ ９
一个周期 ． 于是 狀－ １ 延迟后形成 的狀－ １个参考频率信号和原来的 参考频率信 号 形 成 了 参 考 频 率 信 号 在 一 个 周 期 内 的 均 匀 移 相 信 号． 图３是 狀 ＝８ 时参考频率信号和延迟频率信号的相位分布图 ． 为了满足均匀移相的 要 求 ， 延 迟 单 元犻 的 延 迟 时 间 犇犻 要 求 满 足下式 ： ／ （ …， （ ） 犇 狀 犻 ＝ １， 狀－１ ， ５ ， 犳狉） 犻 ＝１ 记 为 犇．由 式 （ 和式（ 可得新方法的测量误差 犇 ４） ２） 犻 为一 常 数 ， 公式 ： １ １ （ ） ， 狊 狋 狋 Δ · · 犻 ＝ ２ 犻－ １ 犻 ∑ ∑ 狀犻 狀犻 ＝１ ＝１ 式中 Δ 为第犻－１ 延迟参考频率的量化误差 ． 狊 犻 设已知狋 ， ，由式 （ ） 和图 ２ 可得 ５ · · １ １狋 ２ １
（ ） ３ 式（ ） 忽略了由短时间间隔产生计数闸门时的触发误差和参考频率的时基误差 ， 原因是触发误差和时基误差 ３ 与量化误差相比是微小误差 ． 本文中主要讨论量化误差对 短时间间隔 测量误差 的影 响 ． 由式（ 可知脉冲填 ３） ／ ， 测量误差为１ ／ ， 其精度取决于参考频率 犳 由于过高的参考频率会造成电路实 充法的测量分辨率为 １ 犳 犳 狉 狉 狉． 一般情况下小于２ ， 因此该方法的测量分辨率和测量误差一般都大于５ 现的困难 ， ０ ０ＭＨ ｚ ｎ ｓ ．
自然科学版 ） ５卷 西安电子科技大学学报 （ 第 ３ ２ ６ ８
图 １ 脉冲填充法的测量原理图
１ 脉冲填充法的短时间间隔测量原理

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高精度短时间间隔测量方法及应用

高精度短时间间隔测量方法及应用

总第170期2008年第8期 舰船电子工程S hi p E lectronic Engineering V ol .28N o .8 175 高精度短时间间隔测量方法及应用3袁湘辉　吴文全(海军工程大学电子工程学院　武汉　430033)摘　要　介绍了一种通过积分将短时间间隔扩展为长时间的测量方法,并对测量误差进行了分析。

结果表明,应用本方法采用普通器件就可以对短时间间隔进行高精度测量,可应用于高精度小相位差测量等场合。

关键词　测量;短时间;积分中图分类号　TN 707A High Precision M easurem ent M ethod for L ittle Tim eIn terval and Its App licationYuan X ian ghu i W u W enquan(Coll ege of E lectronic E nginee ri ng,N ava l U nive rsity of E nginee ring,W uhan 430033)A b s tra c t A m e t hod of m easuring little ti m e inte rva l through int egral circuit is introduced in this paper,and the m easured e rrors is analyzed by t his m ethod .Based on thi s m ethod,a hi gh p recision can be obtained using ordinary devices in the field of m easuring little phase difference .Ke y w o rd s m easure m ent,little ti m e interva l ,integral C l a s s N um be r TN 7071　引言通用时间间隔测量是采用电子计数器测量,在要测量的时间间隔内电子计数器进行计数,根据计数的个数就可以得到时间间隔。

物理学实验中的精确时间测量方法

物理学实验中的精确时间测量方法

物理学实验中的精确时间测量方法时间对于物理学实验的精确性是至关重要的。

在物理学实验中，我们需要准确地测量各种事件和过程的时间，以便得出准确的实验结果和结论。

本文将介绍一些物理学实验中的精确时间测量方法，并讨论它们的原理和应用。

一、原子钟原子钟是一种高精度的时间测量设备，它利用原子的谐振频率来测量时间。

原子钟的工作原理是基于原子的内部结构和能级跃迁的稳定性。

对于常见的铯原子钟，通过控制铯原子的谐振频率，可以实现以非常高的准确度来测量时间。

原子钟的精度通常可以达到十亿分之一秒级别。

原子钟在物理学实验中的应用非常广泛。

例如，在高能物理实验中，粒子的寿命很短，需要用到高精度的时间测量方法来研究它们的性质。

原子钟可以提供足够的时间分辨率，使得研究者能够准确地测量和分析这些粒子的衰变和衰减过程。

二、光电探测器光电探测器是另一种常用的时间测量设备，它利用光的传播速度来测量时间。

光电探测器的工作原理是基于光在真空中传播的速度非常接近光速的特性。

通过测量光从光源到达探测器所需的时间，可以确定事件的发生时间。

在物理学实验中，光电探测器通常与其他设备和器件配合使用，以实现对某个事件的精确时间测量。

例如，在实验室中测量粒子的平均寿命时，可以使用光电探测器来测量粒子的发射和探测时间，从而计算出粒子的寿命。

三、高速计时器高速计时器是用于测量短时间间隔的设备，它可以实现纳秒级别的时间分辨率。

高速计时器通常基于电子学技术和计时电路来工作，能够精确地测量电信号的上升沿和下降沿之间的时间差。

在物理学实验中，高速计时器常常用于测量粒子的飞行时间、电子的传输时间等。

通过计算和分析这些时间差，研究者可以得到粒子的速度、电子的传输速度等重要参数，进而深入研究物理过程和特性。

四、相位锁定技术相位锁定技术是一种将时间测量与信号同步的方法。

它通过锁定参考信号和待测信号之间的相位差，从而测量时间。

相位锁定技术常用于光学实验、天文学观测等领域。

在物理学实验中，相位锁定技术可以用于测量信号的到达时间、光的传输时间等。

时间间隔测量

时间间隔测量

高精度时间间隔测量方法综述摘要：时间间隔测量技术在众多领域已经获得了应用，如何提高其测量精度是一个迫切需要解决的问题。

在分析电子计数法测量原理与误差的基础上，重点介绍了国内外高精度时间间隔测量方法，这些方法都是对电子计数法的原理误差进行测量，并且取得了非常好的效果。

文章的最后给出了高精度时间间隔测量方法的发展方向及应用前景。

关键词：时间间隔；原理误差；内插；时间数字转换；时间幅度转换0引言时间有两种含义，一种是指时间坐标系中的某一刻；另一种是指时间间隔，即在时间坐标系中两个时刻之间的持续时间，因此，时间间隔测量属于时间测量的范畴。

时间间隔测量技术在通信、雷达、卫星及导航定位等领域都有着非常重要的作用，因此，如何高精度测量出时间间隔是测量领域一直关注的问题。

本文详细分析了目前国内外所采用的高精度时间间隔测量方法，指出其发展趋势，为研究新的测量方法指明了方向。

1 电子计数法1.1 测量原理与误差分析在测量精度要求不高的前提下，电子计数法是一种非常好的时间间隔测量方法，已经在许多领域获得量化时钟频率为0f ，对应的周期001f T =，在待测脉冲上升沿计数器输出计数脉冲个数N M ,，1T ，2T 为待测脉冲上升沿与下一个量化时钟脉冲上升沿之间的时间间隔，则待测脉冲时间间隔x T 为：()210T T T M N T x -+⋅-= （1）然而，电子计数法得到的是计数脉冲个数N M ,，因此其测量的脉冲时间间隔为：()0'T M N T x ⋅-= （2） 比较表达式（1）（2）可得电子计数法的测量误差为21T T -=∆，其最大值为一个量化时钟周期0T ，产生的原因是待测脉冲上升沿与量化时钟上升沿的不一致，该误差称为电子计数法的原理误差。

除了原理误差之外，电子计数法还存在时标误差，分析表达式（2）得到：()()00'..T M N T M N T x ∆-+-∆=∆ （3）比较表达式（3）（2）：()()0''T T M N M N T T x x ∆+--∆=∆ （4） 根据电子计数法原理，()1±=-∆M N ，0'T T M N x=-，因此：00'0'T T T T T x x ∆⋅+±=∆ （5）00'T T T x ∆⋅即为时标误差，其产生的原因是量化时钟的稳定度00T ∆，可以看出待测脉冲间隔x T 越大，量化时钟的稳定度导致的时标误差越大。

时间间隔测量方法及误差分析

时间间隔测量方法及误差分析

时间间隔测量方法及误差分析作者：李新声来源：《中国科技博览》2013年第36期[摘要]本文针对电子计数法测量时间间隔存在原理误差、时标误差和触发误差的问题进行了分析，并且提出了减小电子计数法测量误差的方法。

[关键词]时间间隔电子计数中图分类号：F416.63 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0349-01引言：电磁信号的时间测量主要是指时间间隔的测量，时间间隔是起始信号和终止信号之间所经历的时间，广义上也包括周期测量。

时间间隔测量技术在通信、雷达、卫星及导航定位等领域起着非常重要的作用，因此提高测量时间间隔测量准确度是测量领域一直关注的问题。

1 时间间隔测量原理（如图1）随着科学技术的发展，电子计数器的使用越来越广泛，特别是在时间间隔测量中，它已成为通用的测量设备。

电子计数器通常由时基，控制单元，计数及显示单元等部分组成。

电子计数器机内晶振输出的信号（周期为T0）经分频倍频后，以脉冲列的形式（时基T0）通过主闸门进入计数器。

由被测信号控制主闸门，而用时基脉冲进行计数。

在时间间隔测量中设置了B，C两个输入通道，分别送出起始信号和终止信号去控制门控双稳电路以形成闸门信号。

根据被测时间间隔TX内进入计数器的时标脉冲T0的个数N，得到两个被测信号之间的时间间隔Tx，即Tx=T0*N。

利用电子计数器的时间间隔测量功能既可以对周期信号进行测量，也可以对非周期信号进行测量，可以方便的实现脉冲宽度，上升时间，下降时间的脉冲参数的测量。

例如要实现上升时间的测量，只需将脉冲同时接入B，C两个通道，B通道触发电平设置为信号幅度的10%（正极性），C通道触发电平设置为信号幅度的90%（正极性）。

2 时间间隔误差分析及减小办法在测量精度要求不高的情况，电子计数法是一种非常好的时间间隔测量方法，已经在许多领域获得了广泛应用，测量时序图如图1：引起电子计数器出现测量误差的因素很多，但是主要是量化误差、时基误差和触发误差三种误差。