FPGA驱动的高精度游标卡尺计时法提升测量技术

本文主要探讨了在激光测距、电缆故障定位、超声波测距等技术中，如何通过改进计时方法提高测量精度，特别是针对直接时间间隔测量中的挑战。作者黄倩，来自中煤科工集团重庆研究院有限公司，针对计时精度与硬件成本的矛盾，深入分析了几种计时技术，包括直接计数法、时间间隔扩展法、时间-幅度转换法以及延迟线内插法。 文章首先指出，这些方法各有优缺点。直接计数法虽然简单，但可能存在计时误差积累的问题；时间间隔扩展法则能一定程度上减小误差，但可能增加硬件复杂性；时间-幅度转换法依赖于信号幅度变化，对信号质量要求较高；而延迟线内插法则在处理高速信号时可能存在延迟问题。在比较中，游标卡尺计时法因其相对较低的成本和较好的精度表现，被选为优化方案。 接下来，文章的核心部分介绍了利用现场可编程逻辑阵列（FPGA）实现高精度计时的方法。作者设计了一款基于FPGA的硬件电路，其工作频率达到100MHz，实现了令人印象深刻的60ps计时精度。这样的解决方案不仅提高了测量的精确度，而且保持了成本效益，对于实际应用如电缆故障定位具有重要意义。 在电缆故障定位的应用示例中，该高精度计时法将定位精度从0.5米提升到了惊人的0.0089米，显著提升了设备的性能和准确性。文章最后给出了关键词，包括直接时间间隔测量、时间间隔扩展法、延迟线内插法、游标卡尺计时法以及FPGA，强调了这一创新技术在现代测量领域的实际价值。 这篇文章深入研究了基于FPGA的游标卡尺计时法在提高测量精度和降低成本之间的平衡，并展示了其在具体应用场景中的实际应用效果，为高性能、低成本的计时技术提供了新的思路和实践案例。