Time-to-Count方法扩展GM计数管量程的实验研究

GM计数管是一种应用广泛的核辐射探测器,但其线性量程范围较窄。本文分析了采用死时间模型和函数拟合修正方法扩展量程存在的不足,介绍了Time-to-Count方法的工作原理,给出了基于该方法的试验装置设计方案,对实现Time-to-Count方法的脉控高压驱动、时间间隔测量等进行了讨论。在国防科技工业电离辐射一级计量站的校准试验数据表明,试验装置采用单支G1220计数管,量程可扩展至5个数量级,全量程范围线性优于10%。

多通道高精度时间间隔计数器的设计与实现

为满足时频领域的高精度时间比对的需求,本文采用MCU(micro controller unit)和TDC(time-to-digital conversion)芯片相结合的方式实现了对四通道并行输入信号的高精度时间间隔测量。详细论述了时间间隔测量的原理、系统实现方法(硬件组成和软件设计)、误差处理和系统性能评价指标,并搭建测试平台对设备性能进行测试。测试结果表明:本系统可以实现四通道时间间隔信号的独立、同时测量,具有较高的准确度,对百皮秒级时间间隔测量的精度优于12 ps,百纳秒级测量精度优于17 ps,微秒级测量精度优于31 ps,秒级测量精度优于80 ps,测量范围可达1.6 s。能够满足绝大多数场景下对时间间隔测量设备的性能要求。

分布式相参雷达高精度时间同步单元的设计

为了提高分布式相参雷达的时间同步精度,利用FPGA使用灵活和并行执行的特点,设计了一种基于时间数字转换和恒比定时时刻鉴别法的高精度时间同步单元。叙述了高精度时间同步单元的硬件设计方案和软件实现流程。测试结果表明,应用恒比定时时刻鉴别法将时间间隔的测量精度平均提高了1.787 ns,时间同步单元的测量精度可达1 ns,分辨率为90 ps。

脉冲激光测距中高速精密时间间隔测量研究

在脉冲激光测距系统中,设计实现了基于FPGA和TDC-GP21的高速精密时间间隔测量系统。采用TDC-GP21的高精度测量模式,配置TDC-GP21完成了时间间隔测量,通过校准测量对测量结果进行补偿修正,提高了系统的测量精度;设计了多级嵌套状态机实现高速SPI通信,减小了系统单次测量周期;分析了影响测量精度的因素,比较分析了3种时刻鉴别方法的漂移误差,设计了高通阻容时刻鉴别模块,减小了系统的非线性误差。实验分别进行了基于FPGA脉冲信号的时间间隔测量和激光测距试验,对比验证了系统的测量误差,分析了系统在测量区间的线性度。实验结果表明,系统可以实现高速稳定测量,线性度良好,重复测量频率达1kHz,测量精度在±100ps内。

基于并行结构的随机等效时间采样技术研究与实现

传统的随机等效采样方法随着水平扫描速度增加,在时间观察窗口变窄的情况下,充分重构波形需要花费很长时间。在随机等效采样的理论基础上,分析了决定等效采样率的2个关键环节——ADC实时采样率和内插倍数,提出了一种基于并行采样结构的等效采样方法,给出了实现方法,并对关键的时间间隔测量电路和高速触发通道进行了说明。实验数据表明,并行结构的随机等效采样方法不仅获取波形的效率更高,而且为进一步提高等效采样率提供了基础。

基于TDC的无死区频率测量技术研究

在精密时频测控领域中,高分辨率、无死区的时间间隔和频率测量非常关键,而时间数字转换器(Time to Digital Converter,TDC)是时间频率测量的常用手段。该文研制了基于ACAM公司生产的时间数字转换芯片TDC-GP21和Altera公司FPGA芯片EP4CE6E22C8N的时间频率测量设备,实现了高分辨率的时间间隔测量,测量分辨率达到13ps。同时采用时间间隔测量模块两两组合的方式实现了无死区频率测量,创新性地采用每组3个TDC芯片,共4组搭建了时间频率测量系统,并对组内3个TDC芯片测量结果采用平均值滤波法,使频率测量稳定度达到1.1 ×10^(-11)@1 s,5.6 × 10^(-15)@10000 s,与商用K+K FXE频率计数器指标相当。本设备具有体积小、无需校准、成本低等优点,能够广泛应用到高精度时间间隔和精密频率测量领域中。

高精度超短时间间隔测量模块的设计

为了实现对超短时间间隔的高精度测量,将高速度、高性能的FPGA EP2C35F672C8与ACAM公司高精度时间间隔测量芯片TDC-GP2相结合设计了一个高精度测时模块,给出了具体的硬件结构图、详细的外围器件配置及软件流程图,并且结合部分测量数据对测时模块的实际性能进行了评估,实验证明其测量时间间隔最小可以达到65ps,精度为65ps,通过多次测量取平均可以进一步提高测量精度.

利用高精度时间间隔测量技术实现光速测定方法的研究

为了实现实验室环境下测定光速,采用已知长度及折射率的单模零色散光纤作为传输介质,利用高精度时间间隔测量技术测量了光在该光纤中的传输延时。经过理论推导,求出光速c与作为传输介质的光纤长度L、折射率n及光纤延时τ之间的关系式,从而通过测量得到L,n及τ的值即可计算得到真空中的光速值。与传统的利用天文法及精密仪器测量光速的方法相比,采用比较先进的高精度时间间隔测量技术可使时间分辨率达到125 ps,从而在实验室环境下,利用简单仪器得到了高精度的测量结果。最终测量所得光速为299 928 077 m/s,误差为30 860 m/s。

一种基于幅度相位修正的高精度时间间隔测量方法

时间间隔测量是时频计量的基本手段,在激光测距、频率校准以及时间比对中发挥了重要作用。利用正交信号相位差可以实现高精度时间间隔测量,测量过程中,幅度和相位不一致可能导致较大测量误差。针对幅度相位不一致性问题,提出一种基于幅度相位修正的测量方法,通过幅度相位估算对测量结果进行修正,进而提高测量精度。仿真结果表明,该方法能够有效降低参考信号幅度和相位不一致对测量结果的影响,修正后标准差优于10 ps。

基于TDC-GP22的多目标激光脉冲测距电路的设计

为了满足高精度多目标激光测距的需求,设计了一种高精度激光脉冲测距电路。电路采用高分辨率的时间-数字转换芯片TDC-GP22测量脉冲时间间隔,同时采用STM32F051K8U6作为主控芯片,实现了对最多三个脉冲时间间距的高精度测量。根据TDC-GP22的特点,设计了激光测距的硬件电路以及其软件控制流程,在试验中发现问题,通过对这些问题进行的分析,对电路做出改进,使电路达到应用要求。实验结果表明,该电路测距稳定性高,测量精度可以到达1 ns以内,对应的距离小于0.15 m。

基于欠采样技术的ADC输出传输延迟的测试

对于高速、超高速 ADC,输出传输延迟是进行时序控制的重要参数。本文针对常规测试方法只能在特定输入信号下 ,对该参数加以测量的缺点 ,提出采用欠采样技术在动态输入下进行测量 ,可以方便地在不同输入下进行测试 ,便于

基于TDC_GP2的高精度时间差测量的关键技术研究

时差法超声波流量计、激光测距、磁致伸缩传感器等领域要求测量开始脉冲与停止脉冲之间的时间间隔精度必须达到纳秒级以内,为此,本文基于最小分辨率达65ps的专用测时芯片TDC_GP2,采用高性能FPGA Core3S500E作为主控器,设计了一种高精度超短时间间隔的测时系统.本文详细分析了测时系统的硬件电路原理及软件设计的关键技术,为评估测时芯片不同时间间隔测量的精度,对TDC_GP2的测量范围1及范围2进行了一系列时间间隔测量实验及数据误差分析.实验结果表明,测时芯片TDC_GP2对于纳秒级时间间隔的测量,测量精度均为皮秒级,500μs以下的时间间隔测量数据极为稳定,标准差均在180 ps以下.

基于TDC-GP2的高精度时间间隔测量系统设计

为了实现卫星定位系统中的时间同步,设计了一种高精度、高分辨率的时间间隔测量系统。采用两片时间-数字转换芯片TDC-GP2,将脉冲计数法和数字内插法相结合,使测量精确度能够达到1 ns,分辨率可以达到100 ps,量程范围可达1ns^1 s;具有体积小、精度高、使用灵活等优点,能够广泛的应用到不同的时间同步系统中。

高分辨率大范围时间间隔测量仪的设计与实现

针对现有兵器试验中时间间隔测量仪测量分辨率低、测量范围窄的不足,提出了一种直接计数法与数字内插法相结合的测量方法,基于此方法研制了一种高分辨率大范围时间间隔测量仪.仪器采用单片机、CPLD可编程逻辑器件、专用时间-数字转化芯片TDC-GP2,运用模块化的设计思想设计了粗-精计时电路模块.实验结果表明:高分辨率大范围时间间隔测量仪的测量范围可以达到1～5×105μs,测量分辨率不大于100ps,测量精度优于1ns.

基于TDC-GP1的高精度激光测距研究

激光测距中,时间间隔的测量精度对测距精度起决定作用。针对时间间隔的测量精度问题提出了一种基于TDC-GP1计数芯片高精度测量方法,把时间间隔直接转化为高精度的数字,并结合软硬件的实现方法,通过DSP芯片控制TDC-GP1进行单通道的时间间隔测量,由内部粗计数器和精延时通道合作完成时间间隔测量,直接将待测时间间隔转换成数字量读出。实验结果表明,该模块测量频率快,单脉冲测量精度可达100 ps以内,线性度良好,可满足不同应用中的测速和精度要求。

微型高分辨大量程的时差测量方案

针对高精度时间间隔测量仪的高分辨和大量程矛盾、精度受温度的影响较大、可靠性不高以及体积和功耗较大等问题,利用参考信号生成校准信号来对受温度影响较大的模拟电路进行自动校准,大大降低了温度对仪器精度的影响;采用了双计数器同步测量技术并利用逻辑算法来分析和修正得到的测量结果,解决了由于计数器部分的误触发而导致测量结果存在粗大误差的问题;采用了电子计数法和时间电压转换法相结合的设计方案来兼顾仪器的测量范围和测量分辨率。实现的样机的电路板面积只有10cm2,其有效分辨率优于10ps,均方差小于15ps,量程大于20 000s,且测量结果具有很高的可靠性。

一种短时间间隔的高精度测量方法

时间间隔的测量是电子信号参数测量领域常见的项目,传统方法是利用计数器进行直接测量,由于计数误差的限制,对于短时间间隔信号的测量难以满足精度要求。本文介绍了一种将短时间间隔等比例地转化为长时间进行间接测量的方法。利用此法可以利用较低的基准时钟频率进行高精度的短时间间隔测量。

一种提高脉冲激光测距精度的方法

在介绍脉冲激光测距原理的基础上,分析了影响脉冲激光测距精度的两种主要原因,脉冲时刻鉴别误差和时间间隔测量误差对测距精度的影响。指出了针对这两种原因的解决措施,介绍了采用高通容阻时刻鉴别法和差分延迟线法时间测量等技术,实现较高的测距精度的方法,对其工作原理作了介绍。

基于TDC_GPX的高精度时间间隔测量方法

时间间隔测量是信号周期、频率和相位等物理量测量的基础,连续时间间隔测量是调制域测量必需的技术手段。在调制域测量中,随着被测信号频率不断提高,为了适应目前高频信号的测试需求,必须深入研究时间间隔测量技术,进一步提高时间间隔测量分辨率和测量速度。为了提高测量精度,通过高速计数器的方法对主时间进行测量,利用高精度时间间隔测量芯片TDC_GPX对时间残差进行测量,两者结合测量,能避免了因TDC_GPX测量范围量程不足而无法正常测量的问题。试验结果表明,该方法能满足高精度测量要求。

FJZ-250型高速分幅相机时间测量不确定度分析

FJZ-250型高速转镜分幅相机因转镜速度的不可重复性,光机结构的构造原理和控制系统各路高压触发时间的漂移,导致了时间测量的不确定度。为此,须对相机测量数据进行校正。阐述了校正方法、提供了逐幅校正位置误差的修正系数。若以预置转速对应的名义周期值去处理测量结果,则相机的时间测量合成不确定度将达1%,对名义周期值和名义幅间间隔时间值进行修正后,则可降至0.3%。