時間是物質(zhì)存在和運動的基本屬性之一。精密的時間作為科學研究、科學實驗和工程技術諸方面的基本物理參量,在國防工業(yè)科研等各個領域都起到至關重要的作用。本文在此背景下設計并實現(xiàn)了一款高精度多通道,同時具備脈沖寬度測量功能的時間間隔計數(shù)器,并對該計數(shù)器系統(tǒng)進行性能評估測試。論文的主要研究內(nèi)容及成果包括:(1)對時間間隔測量的原理和相關概念進行深入的理解和分析,對比本領域的經(jīng)典時間間隔測量方法并總結(jié)每種方法的優(yōu)點和缺陷。其中著重對時間內(nèi)插法進行了透徹的研究,并在此基礎上分析本系統(tǒng)所采用的時間間隔測量技術,為后續(xù)的設計和研究工作奠定基礎。(2)對系統(tǒng)進行總體設計。首先選擇硬件平臺所需元器件,充分了解各個器件的工作條件和電氣參數(shù),尤其是微處理器(FPGA)和TDC-GPX2芯片的相關工作參數(shù),完成系統(tǒng)的硬件設計、調(diào)試。然后細化系統(tǒng)功能,完成微處理器的配置邏輯、數(shù)據(jù)流處理邏輯、串口通信邏輯等模塊邏輯設計及連接,通過仿真調(diào)試,驗證各功能模塊。最后結(jié)合硬件平臺功能,設計相應的上位機軟件需求,使用VC++平臺進行上位機軟件設計。最終將軟硬件平臺進行聯(lián)合測試,完成系統(tǒng)設計。(3)各個部分調(diào)試完成之后,搭建測試平臺對系統(tǒng)的時間間隔測量性能、脈沖寬度測量性能以及多通道同步測量性能進行測試。測試中采用標準偏差作為評估指標,得到系統(tǒng)時間間隔測量的精度(標準偏差)優(yōu)于60ps,同時利用比較法測量得到系統(tǒng)測量的偏差小于500ps,系統(tǒng)量程可達到1.6s。且通過做差的方式有效降低公共誤差對測量性能的影響,提高設備在不同場合的測量精度;脈沖寬度測量性能和國際通用設備SR620性能相當;可實現(xiàn)多通道同步測量,各通道同步測量一致性較好,可滿足多數(shù)場合應用。
【學位單位】：中國科學院大學(中國科學院國家授時中心)
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH724
【部分圖文】：

圖 1.1 固定靶實驗示意圖高精度時刻鑒別和時間間隔測量技術同樣是空間定位技術的基礎。在定，通常已知 4 個及以上參考點（通常是衛(wèi)星）的具體位置信息，然后通測點到已知點的距離，聯(lián)立方程解算待測點的具體位置[11]。而這個測量通過測量信號從待測點發(fā)出到衛(wèi)星接收的時間，乘以光速得到的。由于延遲誤差項，所以稱為偽距[12]。這整個定位的過程，時間信息的鑒別和分關鍵的部分，對時間測量的精確，則定位信息越準確。在一些應用場合，需要同時得到幾組信號之間的時間間隔，使數(shù)據(jù)處理可靠，在這種情況下如 SR620 等只有一組測量通道的設備不能很好的。例如在衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)中，需要同時接收 4 顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)來確定位多通道并行測量會提高定位效率和精度[13]。在飛行時間質(zhì)譜儀應用中，離子從離子源到達檢測器的飛行時間來鑒別離子并對其分類。如果可實

圖 2.1 起停型計數(shù)器原理示意圖計數(shù)法數(shù)法，又稱“粗”計數(shù)法，顧名思義就是直接對待測時間間行計數(shù)得到測量結(jié)果的方法。數(shù)法的原理框圖如圖 2.2 所示，系統(tǒng)通過主門控制計數(shù)的開信號又稱作開門信號，停止信號又稱作關門信號。開門和關門信號調(diào)理電路做整形處理，之后經(jīng)過主門觸發(fā)器使其輸出與計兼容，觸發(fā)器的輸出作為主門打開和關閉的控制信號，主門打頻后的參考時鐘計數(shù)，主門關閉后停止計數(shù)，計數(shù)器的值為開間的時間間隔，即待測時間間隔。

第 2 章 時間測量原理及方法9圖 2.1 起停型計數(shù)器原理示意圖2.2.1 直接計數(shù)法直接計數(shù)法，又稱“粗”計數(shù)法，顧名思義就是直接對待測時間間隔內(nèi)參考時鐘數(shù)進行計數(shù)得到測量結(jié)果的方法。直接計數(shù)法的原理框圖如圖 2.2 所示，系統(tǒng)通過主門控制計數(shù)的開始和停止，所以開始信號又稱作開門信號，停止信號又稱作關門信號。開門和關門信號首先分別送入信號調(diào)理電路做整形處理，之后經(jīng)過主門觸發(fā)器使其輸出與計數(shù)寄存器內(nèi)部格式兼容，觸發(fā)器的輸出作為主門打開和關閉的控制信號，主門打后計數(shù)器開始對分頻后的參考時鐘計數(shù)，主門關閉后停止計數(shù)，計數(shù)器的值為開門信號到關門信號間的時間間隔，即待測時間間隔。圖 2.2 直接計數(shù)法結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2.3 所示，Start 信號到來時，打開計數(shù)器對參考時鐘進行計數(shù)，Stop 信

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本文編號：2821055