1 引言

精密時(shí)間間隔測量是工業(yè),、國防及電力應(yīng)用等方面的關(guān)鍵技術(shù)，脈沖計(jì)數(shù)法是時(shí)間間隔 測量技術(shù)中最基本的方法[1],，因此研究基于脈沖計(jì)數(shù)法的時(shí)間間隔測量技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí) 意義,。本文設(shè)計(jì)了一種高精度時(shí)間間隔測量模塊，介紹了該模塊的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法,。大量實(shí)驗(yàn)證明本模塊可以實(shí)現(xiàn)對微小時(shí)間間隔的精確測量,，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

2 原理概述

脈沖計(jì)數(shù)法是用標(biāo)準(zhǔn)信號形成被計(jì)數(shù)的參考時(shí)鐘信號,，周期為 Tref ,，頻率為 fref ，通過 測量時(shí)間間隔Δt內(nèi)參考時(shí)鐘信號的個(gè)數(shù)n,，直接顯示Δt的值,。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖 1 所示，該系統(tǒng)主要由高頻參考時(shí)鐘設(shè)計(jì),，分頻計(jì)數(shù)電路,，控制面板和顯示電路等部分組成。由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對各部分的功能初始化軟件設(shè)計(jì),，在測時(shí)結(jié)束后讀取分頻計(jì)數(shù)結(jié)果,， 按公式(1)計(jì)算出時(shí)間后送顯示電路顯示。

3.1 硬件設(shè)計(jì)

由公式(1)可以看出,，高頻參考時(shí)鐘是脈沖計(jì)數(shù)法時(shí)間間隔測量的關(guān)鍵,。為了產(chǎn)生低偏差低晃動的高頻穩(wěn)定時(shí)鐘信號，本文采用高穩(wěn)定度的溫補(bǔ)振蕩器TC18B 作為標(biāo)準(zhǔn)晶振輸入,。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件包括對各工作電路的初始化設(shè)置，根據(jù)分頻計(jì)數(shù)電路得到的n 值,，計(jì)算時(shí)間間隔時(shí)間間隔Δt,，送給顯示電路顯示。流程圖如圖4 所示,。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

將本文研制的高精度時(shí)間間隔測量模塊應(yīng)用在電磁波時(shí)域反射電纜測長系統(tǒng)中,。根據(jù) 電磁波時(shí)域反射測長原理，有如下關(guān)系式

式中，Δt為發(fā)射脈沖與反射脈沖的時(shí)間間隔,，L 為電纜長度,，v為電磁波在電纜中的傳播 速度，對特定材料的電纜,，波速取固定值[2],，本文取v =0.192m/ns。

由關(guān)系式(2)可知,，對已知材料的電纜,，電纜長度L與發(fā)射脈沖與反射脈沖間時(shí)間間隔Δt 成正比。通過對已知長度的電纜發(fā)射脈沖與反射脈沖的時(shí)間間隔進(jìn)行測量,，可以對時(shí)間間隔測量模塊的特性進(jìn)行驗(yàn)證,。本文對長7.01m，66.77m 和120.30m 的電纜分別進(jìn)行多次測量,， 測量結(jié)果如表2 所示,。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本模塊測時(shí)分辨率為0.83ns,，測量誤差很小,，完全可以滿足高精度時(shí)間間隔測量要求。

5 結(jié)論

本文介紹了一種高精度時(shí)間間隔測量模塊的軟硬件設(shè)計(jì)方法,，該模塊結(jié)構(gòu)簡單,，易于實(shí)現(xiàn)，測時(shí)精度高,。不但可以實(shí)現(xiàn)對微小時(shí)間間隔的精確測量,，而且在本模塊的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，結(jié)合其他技術(shù),，可以實(shí)現(xiàn)對時(shí)間,、頻率以及相位的測量，具有很高的應(yīng)用價(jià)值,。

6 本文創(chuàng)新點(diǎn)

本文設(shè)計(jì)了一種高精度時(shí)間間隔測量模塊,。該模塊將標(biāo)準(zhǔn)晶振鎖相倍頻輸出 1200MHz 高頻參考時(shí)鐘，通過測量發(fā)射脈沖與反射脈沖間時(shí)間間隔內(nèi)高頻參考時(shí)鐘個(gè)數(shù),，得到時(shí)間間 隔Δt,，測時(shí)分辨率為0.83ns。