專利名稱：脈沖形狀的測(cè)量裝置及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光脈沖形狀，特別是一種脈沖形狀的測(cè)量裝置及測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
激光測(cè)距儀是通過測(cè)量激光脈沖的飛行時(shí)間來得到距離信息的。同時(shí)，發(fā)射的激光脈沖與目標(biāo)表面相互作用后，由于目標(biāo)表面特征的差異(如粗糙度、傾斜度等)，往往會(huì)造成回波脈沖的展寬或變形，因此，通過獲取回波脈沖的形狀，并由此得到回波脈寬，可間接地得到目標(biāo)的基本特征。
在激光高度計(jì)系統(tǒng)中，現(xiàn)有的脈沖形狀測(cè)量技術(shù)，一般采用A/D取樣電路，工作原理參見圖1。在一系列選定的時(shí)刻，對(duì)輸入脈沖的幅度(電壓)進(jìn)行取樣，取樣結(jié)束后進(jìn)入保持時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)將取樣的電壓量化為數(shù)字量，并按一定的編碼形式給出轉(zhuǎn)換結(jié)果，轉(zhuǎn)換結(jié)果對(duì)應(yīng)的電壓是每次取樣結(jié)束時(shí)的電壓值，結(jié)果數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)處理，以還原脈沖形狀。激光回波脈沖的寬度一般在幾十到幾百納秒之間。由于取樣定理，為了獲得足夠的取樣點(diǎn)，A/D取樣電路的工作頻率需要達(dá)到幾百兆赫茲甚至更高。取樣頻率提高后留給每次電壓數(shù)字轉(zhuǎn)換的時(shí)間也相應(yīng)縮短，這就要求轉(zhuǎn)換電路必須具備更快的工作速度，因此，不能無限制地提高A/D取樣電路的取樣頻率。此外，高速A/D取樣電路往往造價(jià)高，發(fā)熱大，有的還需加上風(fēng)扇以及獨(dú)立的供電電源，因此體積大，難以集成，而且重量重，限制了其在激光高度計(jì)中的應(yīng)用。所以研究低成本、集成化的脈沖形狀測(cè)量裝置具有重要意義和實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種脈沖形狀的測(cè)量裝置及測(cè)量方法，該測(cè)量裝置應(yīng)具有易于集成、成本較低、體積小、重量輕的特點(diǎn)，可應(yīng)用于激光測(cè)距儀中。
本發(fā)明的具體解決方案如下一種脈沖形狀的測(cè)量裝置，其特點(diǎn)在于包含一個(gè)恒比定時(shí)甄別模塊和一個(gè)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理所述的恒比定時(shí)甄別模塊包括N(N≥3)個(gè)觸發(fā)比各不相同的前沿甄別器和N個(gè)觸發(fā)比各不相同的后沿甄別器，分別用來甄別脈沖前后沿上電壓與峰值電壓比值為相應(yīng)甄別器觸發(fā)比的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的一系列時(shí)刻第一時(shí)刻、……、第2N時(shí)刻；
所述的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊具有2N-1個(gè)測(cè)量通道和一個(gè)數(shù)據(jù)組合模塊，該2N-1個(gè)測(cè)量通道分別測(cè)量上述一系列時(shí)刻中的第一個(gè)時(shí)刻與其后各個(gè)時(shí)刻之間的時(shí)間間隔為T1、T2、……、T2N-1；每個(gè)測(cè)量通道包含兩個(gè)預(yù)處理電路、兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的延遲插入電路和一個(gè)計(jì)數(shù)器。
所述的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊是在一塊可編程邏輯芯片上實(shí)現(xiàn)的，所述的N≥3。
利用上述脈沖形狀的測(cè)量裝置測(cè)量脈沖形狀的方法，包括下列步驟①時(shí)刻鑒別一組N個(gè)前沿甄別器和一組N個(gè)后沿甄別器分別鑒別出脈沖前沿電壓與峰值電壓比值為相應(yīng)前沿甄別器觸發(fā)比的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和脈沖后沿電壓與峰值電壓比值為相應(yīng)后沿甄別器觸發(fā)比的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，輸出表征這些時(shí)刻的的信號(hào)一個(gè)開始信號(hào)和一系列停止信號(hào)第一停止信號(hào)、第二停止信號(hào)、……、第(N-1)停止信號(hào)；②時(shí)間間隔測(cè)量將所述的開始信號(hào)與所述的第一停止信號(hào)、第二停止信號(hào)、……、第(N-1)停止信號(hào)之間的時(shí)間間隔T1、T2、……、T2N-1分別送入時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的各個(gè)通道中進(jìn)行測(cè)量，得到的全部數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)組合模塊整合后鎖存；③所述的計(jì)算機(jī)通過讀取上述數(shù)據(jù)，并進(jìn)行計(jì)算處理，還原脈沖形狀，獲得脈沖寬度。
所述的時(shí)間間隔測(cè)量采用數(shù)字計(jì)數(shù)法結(jié)合數(shù)字延遲線插入法，先用計(jì)數(shù)法測(cè)量待測(cè)時(shí)間間隔Tn內(nèi)周期為To的參考時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)No，待測(cè)時(shí)間間隔前后兩個(gè)不足一個(gè)周期的時(shí)間間隔，送入分別由一串延時(shí)均為τ的延時(shí)單元組成的兩個(gè)延遲插入電路進(jìn)行測(cè)量，分別得到包含單位時(shí)間τ的個(gè)數(shù)Na、Nb。
所述的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊(2)的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)按照下式計(jì)算時(shí)間間隔的測(cè)量值Tn＝NoTo+(Na-Nb)τ再根據(jù)各個(gè)時(shí)刻的電壓峰值比和時(shí)刻間的時(shí)間間隔還原脈沖形狀，還可間接獲得脈沖寬度。
本發(fā)明脈沖形狀測(cè)量裝置，包括一個(gè)恒比定時(shí)甄別模塊和一個(gè)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，后者的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)處理，從而將脈沖形狀的測(cè)量轉(zhuǎn)換成若干個(gè)時(shí)間間隔的測(cè)量。
所述的脈沖形狀測(cè)量裝置的恒比定時(shí)甄別模塊包括一組觸發(fā)比遞增的前沿甄別器和一組觸發(fā)比遞減后沿甄別器，分別鑒別出脈沖前后沿上電壓與峰值電壓的比值等于相應(yīng)的觸發(fā)比的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，觸發(fā)比最小的前沿甄別器輸出一個(gè)開始信號(hào)，其余甄別器分別輸出一個(gè)停止信號(hào)。
所述的脈沖形狀測(cè)量裝置的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊在一片現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)上實(shí)現(xiàn)，通道數(shù)目為前后沿甄別器總數(shù)減1，分別將開始信號(hào)與各個(gè)停止信號(hào)之間的時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。
應(yīng)用上述脈沖形狀測(cè)量裝置的脈沖形狀的測(cè)量方法如下步驟1、時(shí)刻鑒別取前沿甄別器組中各甄別器的觸發(fā)比為遞增的一組數(shù)值，后沿甄別器組中各甄別器的觸發(fā)比為遞減的一組數(shù)值，分別鑒別出脈沖前沿和后沿電壓與峰值電壓比值等于相應(yīng)甄別器觸發(fā)比的各點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，對(duì)應(yīng)輸出上升沿陡峭的開始信號(hào)和一組停止信號(hào)，各脈沖的上升沿表征各處的時(shí)刻。時(shí)刻甄別器采用恒比定時(shí)甄別技術(shù)。
步驟2、時(shí)間間隔測(cè)量將各個(gè)停止信號(hào)分別送入時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的的各個(gè)通道中，各個(gè)通道共用一個(gè)開始信號(hào)。分別測(cè)量開始信號(hào)上升沿和送入這個(gè)通道的停止信號(hào)的上升沿之間的時(shí)間間隔。時(shí)間間隔測(cè)量采用數(shù)字計(jì)數(shù)法結(jié)合數(shù)字延遲線插入法的技術(shù)，精度為幾百皮秒，各個(gè)通道獲得的數(shù)據(jù)，全部送入數(shù)據(jù)組合模塊整合并鎖存，可被外部計(jì)算機(jī)讀取。計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)處理可以還原脈沖形狀并獲得脈寬。
與A/D取樣電路相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下第一，由于恒比定時(shí)甄別模塊的核心是高速電壓比較器，而且時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊在一塊現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯芯片(FPGA)上實(shí)現(xiàn)，因此，裝置體積小，重量輕，集成度高，性價(jià)比高。
第二，從脈沖前沿到后沿取一系列時(shí)刻，測(cè)量第一個(gè)時(shí)刻分別和其后各個(gè)時(shí)刻之間的時(shí)間間隔的方法保證了每次測(cè)量脈沖形狀時(shí)，對(duì)脈沖的上升沿和下降沿分別有一定個(gè)數(shù)的采樣點(diǎn)，相當(dāng)于脈沖寬度不同時(shí)，取樣頻率可自動(dòng)調(diào)整，解決了工作頻率一定的A/D取樣電路由于取樣頻率不滿足取樣定理導(dǎo)致信號(hào)無法恢復(fù)的問題。
第三，使用了FPGA設(shè)計(jì)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，由于其可重復(fù)編程特性，通道數(shù)可靈活變化，相應(yīng)增加或減少時(shí)刻甄別器后，裝置可以比較容易地增加或減少取樣點(diǎn)。此外，裝置還可以根據(jù)需求靈活地添加其它功能。


圖1是已有的A/D取樣電路工作原理圖2是本發(fā)明脈沖形狀測(cè)量的工作原理3是本發(fā)明脈沖形狀測(cè)量裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框4是本發(fā)明時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊一個(gè)通道的測(cè)量方法圖5是時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊中一個(gè)通道的結(jié)構(gòu)框圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
參考圖2，圖2是本發(fā)明脈沖形狀測(cè)量的工作原理圖，本實(shí)施例中，N＝3，將脈沖形狀的測(cè)量轉(zhuǎn)換成五個(gè)時(shí)間間隔的測(cè)量，分別為脈沖前沿10％峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻與脈沖前沿50％峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔T1，脈沖前沿10％峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻與脈沖前沿90％峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔T2，脈沖前沿10％峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻與脈沖后沿90％峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔T3，脈沖前沿10％峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻與脈沖后沿50％峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔T4以及脈沖前沿10％峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻與脈沖后沿10％峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔T5。
參考圖3，圖3是本發(fā)明脈沖形狀測(cè)量裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖，脈沖形狀測(cè)量裝置包含一個(gè)恒比定時(shí)甄別模塊1和一個(gè)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊2，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊2的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
所述的脈沖形狀測(cè)量裝置的恒比定時(shí)甄別模塊1包括六個(gè)恒比定時(shí)甄別器前沿甄別器11鑒別脈沖前沿10％峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，輸出一個(gè)開始信號(hào)；前沿甄別器12鑒別脈沖前沿50％峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，輸出第一停止信號(hào)；前沿甄別器13鑒別脈沖前沿90％峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，輸出第二停止信號(hào)；后沿甄別器14鑒別脈沖后沿90％峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，輸出第三停止信號(hào)；后沿甄別器15鑒別脈沖后沿50％峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，輸出第四停止信號(hào)；后沿甄別器16鑒別脈沖后沿10％峰值電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，輸出第五停止信號(hào)。
三個(gè)前沿甄別器11、12、13的結(jié)構(gòu)相同，由延時(shí)器111、衰減器112和比較器113組成，脈沖信號(hào)同時(shí)輸入到延時(shí)器111和衰減器112，延時(shí)后的信號(hào)輸入比較器113的同相輸入端，衰減后的信號(hào)輸入比較器113的反相輸入端，所述的甄別器11、12、13的觸發(fā)比等于衰減系數(shù)，調(diào)整前沿甄別器11、甄別器12和甄別器13內(nèi)的衰減器系數(shù)，使得觸發(fā)比分別為0.1、0.5和0.9時(shí)，輸出的開始信號(hào)、第一停止信號(hào)、第二停止信號(hào)2的上升沿分別表征輸入脈沖上升沿電壓為峰值電壓的10％、50％、90％處的時(shí)刻。三個(gè)后沿甄別器的結(jié)構(gòu)相同，由延時(shí)器(111)、衰減器(112)和比較器(113)組成，脈沖信號(hào)輸入到衰減器112后再經(jīng)延時(shí)器111輸入比較器113的同相輸入端，信號(hào)同時(shí)輸入比較器113的反相輸入端，三個(gè)后沿甄別器14、甄別器15和甄別器16的觸發(fā)比等于衰減系數(shù)，調(diào)整后沿甄別器14、甄別器15、甄別器16內(nèi)的衰減器系數(shù)，使得觸發(fā)比分別為0.9、0.5、0.1時(shí)，輸出的第三停止信號(hào)、第四停止信號(hào)、第五停止信號(hào)的上升沿分別表征輸入脈沖上升沿電壓為峰值電壓的10％、50％、90％處的時(shí)刻。
所述的脈沖形狀測(cè)量的時(shí)間數(shù)字模塊2具有五個(gè)測(cè)量通道通道21、通道22、通道23、通道24、通道25分別測(cè)量時(shí)間間隔T1、T2、T3、T4、T5，每個(gè)通道獲得24位(3字節(jié))的數(shù)據(jù)，送入數(shù)據(jù)組合存儲(chǔ)模塊26中構(gòu)成15個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，然后輸出到計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理。根據(jù)各個(gè)時(shí)刻的電壓峰值比和時(shí)刻間的時(shí)間間隔可還原脈沖形狀，脈寬定義為半高全寬時(shí)，可通過T4-T1計(jì)算得到脈寬。
所述的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊2在一片現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA上實(shí)現(xiàn)，具有五個(gè)結(jié)構(gòu)、原理相同的通道21、22、23、24、25和一個(gè)數(shù)據(jù)組合模塊26。時(shí)間間隔測(cè)量原理如圖4所示，開始信號(hào)上升沿和停止信號(hào)n(n＝1、2、3、4、5)上升沿之間的時(shí)間間隔Tn通過與時(shí)鐘信號(hào)比較分成三部分采用計(jì)數(shù)法測(cè)量得到的整數(shù)個(gè)時(shí)鐘周期NoTo以及小于整周期部分的間隔Ta和Tb，這兩段時(shí)間間隔分別送入完全相同的分辨率均為τ的兩個(gè)延遲線模塊41、42中進(jìn)行延時(shí)差值計(jì)算，得到整數(shù)Na和Nb，這樣，測(cè)量的時(shí)間間隔可由計(jì)算機(jī)由下式算出Tn＝NoTo+(Na-Nb)τ其理論測(cè)量誤差為±τ所述的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊2的每個(gè)通道包含兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的預(yù)處理電路31、32，兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的延遲插入電路41、42和一個(gè)8位計(jì)數(shù)器51。參見圖5，預(yù)處理電路31的兩個(gè)輸出端和預(yù)處理電路32的兩個(gè)輸出端分別接入延遲插入電路41的兩個(gè)輸入端和延遲插入電路42的兩個(gè)輸入端。兩個(gè)預(yù)處理電路31、32中時(shí)鐘端與時(shí)鐘信號(hào)相連的觸發(fā)器的輸出經(jīng)過一個(gè)異或門后作為8位計(jì)數(shù)器51的使能信號(hào)。延遲插入電路41和42由24個(gè)延遲單元411組成的延遲線和編碼電路412組成，每個(gè)延遲單元411包含一個(gè)延時(shí)為τ的延時(shí)緩沖器和一個(gè)低電平觸發(fā)器，該低電平觸發(fā)器的輸出與編碼電路412的輸入端相連。編碼電路412將延時(shí)線上24位的狀態(tài)輸出，轉(zhuǎn)換為8位的二進(jìn)制個(gè)數(shù)值。計(jì)數(shù)器51和延遲插入電路41、42分別輸出一個(gè)字節(jié)(八位)的數(shù)據(jù)。通道1輸出的三個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)與其它通道的輸出數(shù)據(jù)(各個(gè)通道也是輸出三個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù))一起送入數(shù)據(jù)組合模塊26中。
所述的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊2具體選用Actel公司的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列FPGA中的APA300芯片來實(shí)現(xiàn)。在集成開發(fā)環(huán)境Libero IDE中完成，采用Verilog HDL語言設(shè)計(jì)。外部晶振提供40M的時(shí)鐘，通過APA300內(nèi)嵌的PLL轉(zhuǎn)換成100M作為計(jì)數(shù)器的參考時(shí)鐘。將APA300器件的邏輯元胞配置成三輸入與門作為延時(shí)緩沖器，測(cè)時(shí)精度可達(dá)500ps。
應(yīng)用上述脈沖形狀測(cè)量裝置進(jìn)行脈沖形狀測(cè)量方法如下步驟1時(shí)刻鑒別采用恒比定時(shí)甄別技術(shù)，獲得表征脈沖前沿電壓為峰值電壓的10％、50％、90％和脈沖后沿電壓為峰值電壓的90％、50％、10％的各點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的時(shí)刻的開始信號(hào)和停止信號(hào)1～停止信號(hào)5，這樣將脈沖形狀的測(cè)量轉(zhuǎn)換測(cè)量開始信號(hào)分別與停止信號(hào)1～停止信號(hào)5之間的時(shí)間間隔T1～T5的測(cè)量。
步驟2時(shí)間間隔測(cè)量時(shí)間間隔T1～T5分別送入通道21～通道25進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)通道的測(cè)量過程為，開始信號(hào)和停止信號(hào)首先通過預(yù)處理電路31、32后，兩信號(hào)上升沿之間的時(shí)間間隔分成三部分第一部分產(chǎn)生一個(gè)閘門信號(hào)，寬度等于開始信號(hào)上升沿后參考時(shí)鐘第一個(gè)上升沿對(duì)應(yīng)的時(shí)刻與停止信號(hào)上升沿后參考時(shí)鐘脈沖的第一個(gè)上升沿對(duì)應(yīng)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，送到計(jì)數(shù)器51的使能端，計(jì)數(shù)器51記錄閘門內(nèi)填充的脈沖整數(shù)為No，若參考時(shí)鐘脈沖的周期為To，則這段時(shí)間間隔為NoTo；第二部分為開始信號(hào)上升沿與其后參考時(shí)鐘脈沖第一個(gè)上升沿之間的時(shí)間間隔，送入延遲插入電路(41)，用延時(shí)單元的延時(shí)時(shí)間τ進(jìn)行內(nèi)差，得到數(shù)值Na，從而得到這部分時(shí)間間隔等于Naτ；第三部分為停止信號(hào)上升沿與其后參考時(shí)鐘脈沖的第一個(gè)上升沿之間的時(shí)間間隔，送入延遲插入電路42，用延時(shí)單元的延時(shí)時(shí)間τ進(jìn)行內(nèi)差，得到數(shù)值Nb，從而得到這部分時(shí)間間隔等于Nbτ。開始信號(hào)與停止信號(hào)上升沿之間的時(shí)間間隔可由前述的式子Tn＝NoTo+(Na-Nb)τ計(jì)算得到。每個(gè)通道得到計(jì)數(shù)器51一個(gè)字節(jié)和兩個(gè)延遲插入電路41、42各1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，五個(gè)通道共輸出15個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)組合模塊26整合，送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
經(jīng)試用表明，本發(fā)明裝置具有成本低，體積小，重量輕的特點(diǎn)，可應(yīng)用于激光測(cè)距儀中。
權(quán)利要求
1.一種脈沖形狀的測(cè)量裝置，其特征在于包含一個(gè)恒比定時(shí)甄別模塊(1)和一個(gè)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊(2)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊(2)的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理所述的恒比定時(shí)甄別模塊(1)包括N個(gè)觸發(fā)比各不相同的前沿甄別器(11)和N個(gè)觸發(fā)比各不相同的后沿甄別器(14)，分別用來甄別脈沖前后沿上電壓與峰值電壓比值為相應(yīng)甄別器觸發(fā)比的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的一系列時(shí)刻第一時(shí)刻、……、第2N時(shí)刻；所述的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊(2)具有2N-1個(gè)測(cè)量通道(21、22、……、2N)和數(shù)據(jù)組合模塊(26)，該2N-1個(gè)測(cè)量通道分別測(cè)量上述一系列時(shí)刻中的第一個(gè)時(shí)刻與其后各個(gè)時(shí)刻之間的時(shí)間間隔為T1、T2、……、T2N-1；每個(gè)測(cè)量通道(21)包含兩個(gè)預(yù)處理電路(31、32)、兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的延遲插入電路(41、42)和一個(gè)計(jì)數(shù)器(51)。
2.如權(quán)利要求1所述的脈沖形狀的測(cè)量裝置，其特征在于所述的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊(2)是在一塊可編程邏輯芯片上實(shí)現(xiàn)的，所述的N≥3。
3.采用權(quán)利要求1所述的脈沖形狀的測(cè)量裝置測(cè)量脈沖形狀的方法，其特征在于，該方法具體實(shí)現(xiàn)步驟如下①時(shí)刻鑒別一組前沿甄別器(13)和一組后沿甄別器(14)分別鑒別出脈沖前沿電壓與峰值電壓比值為相應(yīng)前沿甄別器觸發(fā)比的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和脈沖后沿電壓與峰值電壓比值為相應(yīng)后沿甄別器觸發(fā)比的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，輸出表征這些時(shí)刻的的信號(hào)一個(gè)開始信號(hào)和一系列停止信號(hào)第一停止信號(hào)、第二停止信號(hào)、……、第(N-1)停止信號(hào)；②時(shí)間間隔測(cè)量將所述的開始信號(hào)與所述的第一停止信號(hào)、第二停止信號(hào)、……、第(N-1)停止信號(hào)之間的時(shí)間間隔T1、T2、……、T2N-1分別送入時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊(2)的各個(gè)通道中進(jìn)行測(cè)量，得到的全部數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)組合模塊(26)整合后鎖存；③所述的計(jì)算機(jī)通過讀取上述數(shù)據(jù)，并進(jìn)行計(jì)算處理，還原脈沖形狀，獲得脈沖寬度。
4.如權(quán)利要求3所述的測(cè)量脈沖形狀的方法，其特征在于所述的時(shí)間間隔測(cè)量采用數(shù)字計(jì)數(shù)法結(jié)合數(shù)字延遲線插入法，先用計(jì)數(shù)法測(cè)量待測(cè)時(shí)間間隔Tn內(nèi)周期為To的參考時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)No，待測(cè)時(shí)間間隔前后兩個(gè)不足一個(gè)周期的時(shí)間間隔，送入分別由一串延時(shí)均為τ的延時(shí)單元(411)組成的兩個(gè)延遲插入電路(41、42)進(jìn)行測(cè)量，分別得到包含單位時(shí)間τ的個(gè)數(shù)Na、Nb。
5.如權(quán)利要求4所述的測(cè)量脈沖形狀的方法，其特征在于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊(2)的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，按照下式計(jì)算時(shí)間間隔的測(cè)量值Tn＝NoTo+(Na-Nb)τ再根據(jù)各個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電壓峰值比，還原脈沖形狀，并獲得脈沖寬度。
全文摘要
一種脈沖形狀的測(cè)量裝置及測(cè)量方法，該裝置包含一個(gè)恒比定時(shí)甄別模塊和一個(gè)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理該裝置的恒比定時(shí)甄別模塊中的一組前沿甄別器和一組后沿甄別器分別鑒別出脈沖前沿和后沿上電壓與峰值電壓比為一定值的一系列點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，多通道的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊將第一個(gè)時(shí)刻與其后各個(gè)時(shí)刻之間的時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，采用數(shù)字計(jì)數(shù)法結(jié)合數(shù)字延遲線插入法的技術(shù)，在一片現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列FPGA上實(shí)現(xiàn)，得到的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)計(jì)算得到時(shí)刻間的時(shí)間間隔，根據(jù)各個(gè)時(shí)刻的電壓峰值比可間接還原脈沖形狀，并獲得脈沖寬度。本發(fā)明裝置成本低，體積小，重量輕，可應(yīng)用于激光測(cè)距儀中。
文檔編號(hào)G01C3/00GK101034120SQ20071003794
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月9日
發(fā)明者雷琳君, 陳衛(wèi)標(biāo), 楊燕 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所