JPH0516551Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 本考案は、時間間隔を正確に測定する装置に関
する。

〔従来技術およびその問題点〕

通常、時間間隔は、はじまりの事象と終りの事
象との間の時間間隔を決めるため、既知の期間だ
け時間的に離れているクロツク・パルスを計数し
て測定される。一般に知られているように、この
手法では、時間間隔の決定について、クロツクパ
ルスの周期のプラスマイナス１カウントの精度し
か得られない。精度を上げるには、はじまりの事
象と最初に数えたクロツクパルスの発生との間の
経過時間（開始時間）、更には終りに事象と最後
に数えたクロツクパルスの発生との間の経過時間
（停止時間）をも測定することが望ましい。

この目的で、従来の計測器は、開始時間および
停止時間の時間間隔を引き延ばす技法を使用して
いる。ヒユーレツト・パツカード・ジヤーナル第
20巻、第９号、1969年５月の第９頁〜第12頁に開
示されているような従来の方法によれば、コンデ
ンサが、はじまりまたは終りの事象とそれに続く
最初のクロツク・パルスとの間の期間中一定の電
流で充電される。クロツク・パルスが発生する
と、より少い電流でコンデンサを放電するに必要
な時間がクロツク・パルスを数えることによつて
測定される。この時間は、両電流値の比率を比例
定数として充電時間間隔と比例している。よつて
この比率と放電時間を組合せて、事象とそれに続
く最初のクロツク・パルスとの間の時間を求める
ことができる。

この方法には、短い時間間隔を測定する際、開
始時間および停止時間を引延ばすのにかかる時間
が、両事象間で最初と最後とに数えたクロツク・
パルスの間の時間間隔よりかなり長くなるという
欠点がある。この欠点のため、測定を反復できる
速さが制限される。

一方、特願昭60−225951に開示された時間間隔
測定装置では、第１信号と第２信号との間の時間
間隔を逐次近似することにより上記の問題を克服
している。この近似から、時間が時間間隔の測定
値と対数的に関連づけられるという望ましい結果
が得られる。

この従来技術の時間間隔測定装置には、直列に
接続された複数個の時間シフト・セルが設けられ
ている。これらの時間シフト・セル中を、時間間
隔を規定する第１および第２の信号の間に同期化
時間遅れを順次加え、第１および第２の信号を実
質的に同期させる。これらの同期化用時間おくれ
を積算することによつて時間間隔を近似する。上
述の逐次近似は、第１および第２の信号の生起の
時間的前後関係を求め、始めに生起した信号を後
に生起した信号に対して、予め定めた同期化用時
間おくれの量だけ遅らせる。この過程を、同期化
が予め定めた精度になるまで、信号間に追加する
同期化用時間おくれ量を逐次減少させながら繰返
す。次に、加えた全同期化用時間おくれを積算し
て時間間隔を求める。

この従来技術では、単発事象を連続捕捉するこ
どかできるが、非常に精密な多数の遅延線が必要
で、かつ構成も複雑であつた。

〔考案の目的〕

従つて本考案の目的は、簡単な構成で単発事象
間の時間差を高分解能で正確に連続捕捉できる時
間間隔測定装置により上記の問題を解消すること
である。

〔考案の概要〕

本考案の時間間隔測定装置は、周期参照波形を
発生する信号発生器と、前記波形の遅延波形を発
生する遅延装置と、前記波形または前記遅延波形
を第１の事象生起に応答して第１のデジタル値に
変換して出力する第１の変換器と、前記波形また
は前記遅延波形を第２の事象生起に応答して第２
のデジタル値に変換して出力する第２の変換器
と、前記第１、第２のデジタル値から前記第１、
第２の事象生起間の時間間隔を計算する計算装置
とから成る。

〔考案の実施例〕

第１図は本考案の一実施例の時間間隔測定装置
のブロツク図である。第１図において、信号発生
器１から出力された周期参照波形（以下波形と呼
称する）は、遅延Ｄを有する遅延装置２，３に順
次伝搬される。本実施例では仮に、Ｄ＝Ｔ／３
（Ｔは波形の周期）に選んである。アナログ・デ
ジタル変換器（以下変換器と呼称する）４，５，
６，７，８，９のアナログ入力には、前記波形及
び遅延波形が入力される。

変換器４，７のアナログ入力A₁₁，A₂₁には信
号発生器１の出力がそのまま入力される。

変換器５，８のアナログ入力A₁₂，A₂₂には、
遅延装置２の出力が入力される。

変換器６，９のアナログ入力A₁₃，A₂₃には、
遅延装置３の出力が入力される。

時間間隔を測定すべき２つの入力信号ａ，ｂは
それぞれ端子S1，S2から入力されて、それぞれ
変換器４〜９の変換指令入力K₁₁〜K₂₃に入力さ
れる。

信号ａは変換器４，５，６へ、信号ｂは変換器
７，８，９へそれぞれ並列に入力される。

変換器４〜９は変換指令入力K₁₁〜K₂₃への事
象入力a_oに応じて、それぞれのアナログ入力電圧
を標本化しデジタル値に変換し、それぞれのデジ
タル出力D₁₁〜D₂₃に出力する。

信号ａの指令によるデジタル出力は全てセレク
タ１０に入力され、端子T₁に印加された閾値N₁
と比較されて、絶対値がN₁以下のものがマーク
され、その他の出力とともにメモリ１２に格納さ
れる。

同様にして、信号ｂの事象入力b_oの指令による
デジタル出力は全てセレクタ１１に入力され、端
子T₂に印加された閾値N₂と比較されて、絶対値
がN₂以下のもののみがマークされ、その他の出
力とともにメモリ１３に入力される。閾値N₁，
N₂は例えば0.6等の変換精度を劣化させない値に
選ばれる。そして後述の時刻は前記マークされた
値から求められる。

マイクロコンピユータ１４はメモリ１２，１３
に格納されたデジタル出力から、信号ａ，ｂの各
事象入力a_o，bn間の時間間隔を計算する。

第２図は、上述の動作を説明するためのタイミ
ング図である。図において信号発生器１、遅延装
置２、遅延装置３のそれぞれの出力正弦波波形
W₁，W₂，W₃を共通の時間ｔ軸上に対して描画
した。さらに最下段に時間軸を上記波形W₁，
W₂，W₃と共通にして、各事象入力a_o，b_oの第ｋ
番目と第ｋ＋１番目（但しｋは整数又はＯ）のそ
れぞれの事象対（a_k，b_k）、（a_k+1，b_k+1）を示
す。

各時間軸上の同時刻を点線で結ぶ。

事象対（a_k，b_k）、（a_k+1，b_k+1）の生起時刻を
（ｔ（a_k），ｔ（b_k），（ｔ（a_k+1），ｔ（b_k+1））と
すれ
ば、波形W₁の位相０点（図の左端の点線で示す
時刻）を原点として、各波形から得られたそれぞ
れのアナログ値の相対振幅は（尖頭値に対する振
幅比）は次の通りである。

M_XYZ＝sin｛ω（ｔ（Y_z）−（Ｘ−１）Ｔ／３）｝―(1) ここに、 Ｘ＝１，２，３ Ｙ＝ａ，ｂ Ｚ＝ｋ，ｋ＋１ ω＝2π／Ｔ M_MYZ：波形Ｘの事象Y_Z生起時における相対振幅。

式(1)から、 ｔ（Y_Z）＝１／ωsin^-1（M_XYZ）＋（Ｘ−１）Ｔ／３ ―(2) と各時刻が求まる。なお、同一相対振幅の２時刻
（例えば波形W1のＴ／８と3T／８）の区別は波
形W₁，W₂，W₃の相対振幅の相互関係から容易
にわかる。

次に、ｔ（Y_Z）が、波形の周期性に起因して不
定となる部分を有することに対する回避方法を示
す。第２図においては、事象対（a_k，b_k）、
（a_k+1，b_k+1）が相互にＴ未満の時間間隔を隔て
ている場合を示す。a_k，b_kの時間間隔がＴ以上の
ときは、信号発生器出力又はその高調波をクロツ
クとする通常の時間間隔測定を行い、単位Ｔや
Ｔ／２での低分解能測定を行い、前述の第(2)式か
ら求めた高分解能測定の値で補正するようにす
る。最終分解能は、次(2)式と変換器の分解能ｄ
（ｎビツト変換器で１／２^n-1）からｄ／ωである。

例えば、ｔ（a_k）＝Ｔ／５，ｔ（b_k）＝3T＋Ｔ／４と
す ると、粗分解能測定において、単位Ｔ／２で測定す れば、t_k＝ｔ（b_k）−ｔ（a_k）＝3T＋Ｔ／20は、６ある いは７単位を得る。即ち3T又は3.5Tとなる。
3T，3.5TはＴ／２以下の誤差しか含まないから、真 のt_kは2.5Tt_k4Tと計算される。この条件と高
分解能測定による端数Ｔ／20からt_k＝3T＋Ｔ／20と 計算される。

変換器の変換特性を線形でなくする（例えば高
電圧部を高分解能とする）ことにより、時間間隔
計数による感度改善を行うことや、波形W₁，
W₂，W₃を正弦波でなく、鋸歯状波とすることは
当業者に容易にできる変形と言える。

互いに移相した波形を用いれば、鋸歯状波にお
ける帰線に対応するデツド・ゾーンも測定の妨げ
にならない。

変換器及び遅延装置の段数を増加することによ
り、時間間隔分解能をさらに上げうる。

〔考案の効果〕

上述の説明から明らかなように、本考案の装置
によれば比較的簡単な構成で、高分解能測定が連
続して行える。校正に当つては、変換器入力が一
定の既知波形であるため特に容易である。また、
変換誤差は容易にデジタル補正が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の時間間隔測定装置のブロツク
図、第２図は第１図の装置の説明のためのタイミ
ング図である。 １……信号発生器、２，３……遅延装置、４，
５，６，７，８，９……アナログ、デジタル変換
器、１０，１１……セレクタ、１２，１３……メ
モリ、１４……マイクロコンピユータ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 単調増加と単調減少を交互に繰り返す周期参照
   波形を発生する信号発生器と、前記周期参照波形
   を入力して前記周期参照波形をそれぞれゼロでな
   い相異なる第１、第２の遅延時間だけ遅延したそ
   れぞれの第１、第２の遅延波形を発生する遅延装
   置と、前記周期参照波形と前記第１、第２の遅延
   波形のそれぞれを第１の事象生起に応答してそれ
   ぞれの第１のデジタル値に変換して出力する第１
   の変換器と、前記周期参照波形と前記第１、第２
   の遅延波形のそれぞれを第２の事象生起に応答し
   てそれぞれの第２のデジタル値に変換して出力す
   る第２の変換器と、前記第１、第２の変換器に接
   続されて前記第１、第２のデジタル値を入力して
   所定の閾値よりちいさな絶対値を有する前記第
   １、第２のデジタル値をマークして出力するため
   のセレクタと、前記セレクタに接続されて前記マ
   ークされた前記第１、第２のデジタル値から前記
   第１、第２の事象生起間の時間間隔を計算するた
   めの計算装置とからなる時間間隔測定装置。