Вычислительное устройство для обработки термограмм

(19) 011Ш 4 С 06 Р 15 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИА"3ффФ 1 ф ТЕЛЬСТ ТОРСНОМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ордена Ленина институт кибернетики им. В.М.Глушкова(54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯОБРАБОТКИ ТЕРМОГРАММ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться для определения химическогосостава жидкого металла по температуре начала кристаллизации (температура ликвидуса). Целью изобретенияявляется расширение функциональныхвозможностей устройства за счет обработки термограмм с несколькими температурными площадками. Устройствосодержит аналого-цифровой преобразователь, выходы которого через блоксинхронизации подключены к входамсложения и вычитания двух реверсивных счетчиков, выход первого реверсивного счетчика подключен к входупервого регистра, выход генераторатактовых импульсов через блок синхронизации подключен к первому входупервого элемента И, выход которогосоединен с входами сложения первогосчетчика времени и счетчика цикла,выходы разрядов которого через блокпереключателей соединены с входамивторого элемента И, подключенноговыходом к второму входу первого элемента И, выходы переполнения второго реверсивного счетчика подключены к ( установочным входам первого счетчика времени. Информационный вход блока индикации соединен с выходом первого регистра, а выход является выходом устройства,выход третьего элемента И подключен к управляющему входу записи второго регистра, вход которого подключен к выходу первого счетчика времени,вы" ход второго регистра соединен с входом второго счетчика времени и к одному из входов дешифратора нуля, другие входы которого подключены к выходам второго счетчика времени, выход дешифратора нуля подсоединен к управляющему входу записи первого регистра и к единичному входу триггера, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, выходы переполнения второго реверсивного счетчика соединены через элемент ИЛИ с нулевым входом триггера, вторым входом третьего элемента И и с управляющим входом записи второго счетчика времени, выход второго элемента Иподключен к управляющему входу блока индикации. Устройство позволяет вести обработку не только термограмм, на которых зарегистрирована одна температурная площадка, но и термограмм, на которых зарегистрировано несколько температурных площадок. При этом в последнем случае устройство автоматически осуществля,ет обнаружение той из температурных .площадок, которая имеет наибольшую продолжительность во времени в течение заданного времени цикла обработки термограмм и выдает в цифровойТираж 671Государственнолам изобретенийосква, Ж, Р Подписноео комитета СССРи открытийушская наб., д, 4/форме результат обработки термограммы, соответствующий температуре,при которой появилась такая температурная площадка. Использование уст 223251ройства позволяет на 67. повысить достоверность результатов контроля основных технологических параметров сталеплавильного производства. 1 з.п,ф-лы,6 ил,35 40 45Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для физико-химического анализа черных металлов по термограмме кристаллизации, в частности в сталеплавильном производстве для определения химического состава жидкого металла по температуре начала кристаллизации (температуре ликвидуса).Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обработки термограммы с несколькими температурными площадками.На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 3 - временные диаграммы, иллюстрирующие принцип действия аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 4 - схема блока синхронизации; на фиг. 5 - временная диаграмма,поясняющая принцип действия блока синхронизации; на фиг. 6 - термограмма охлаждения металла, иллюстрирующая принцип действия устройства.Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, блок 2 синхронизации, генератор 3 тактовых импульсов, реверсивные счетчики 4 и 5, регистры 6 и 7, счетчики 8 и 9 времени, дешифратор 10 нуля, счетчик 11 цикла, блок 12 переключателей, триггер 13, элементы И 14 - 16, элемент ИЛИ 17 и блок 18 индикации, автоматический потенциометр 19, задающий узел 20, каретка 21 автоматического потенциометра, фотосчитыватель 22, фотоприемники 23 и 24, триггеры 25 и 26 Шмитта, формирователи 27 - 30 импульсов, элементы И 31 - 38, элементы ИЛИ 39 и 40, триггеры 41 - 45, элементы И 46 - 51, делитель 52 частоты. Задающий узел 20 представляет собой основу с двумя счетными дорожками, на которых расположены чере 5 10 15 20 25 30 дующиеся прозрачные и непрозрачные элементы, причем элементы одной счетной дорожки сдвинуты по оси задающего узла на 1/4 шага относительно элементов другой счетной дорожки (фиг. 2).Фотосчитыватель 22 содержит два фотоприемника 23 и 24 и два излучателя (не показаны). Фотоприемники и излучатели располагаются по разные стороны счетных дорожек на прямой, перпендикулярной направлению перемещения фотосчитывателя.В качестве автоматического потенциометра 19 может быть использован автоматический потенциометр, в качестве излучателя - инфракрасный светодиод, а фотоприемника - фото- диод еЭлектронный блок аналого-цифрового преобразователя предназначен для определения направления перемещения каретки 21 информирования соответственно кодовых импульсов. Триггеры 25 и 26 предназначены для преобразования сигналов от фотоприемников 23 и 24 в сигналы прямоугольной формы. В блоке 12 устанавливается двоичный код числами, связанного с заданным временемцикла обработки термограммы и частотой , следования импульсов на входе счетчика 11 соот- ношением Так, например, если время цикла обработки термограмм принято равным25 с, то при частоте импульсов на входе счетчика 11 1, = 4 Гц числоравно 100 (двоичный код 1100100). Следовательно, переключатели третьего, шестого и седьмого разрядов блока 12 необходимо подключить к единичным выходам соответствующего разряда счетчика 11 цикла, а остальные - к нулевым.25 30 35 40 45 50 3 1Устройство работает следующим образом.Перед началом цикла обработки термограммы с помощью кнопки начальнойустановки (не показана) счетчик 11цикла и триггер 13 устанавливаютсяв начальное (нулевое) состояние, ав регистр 7 заносится двоичный кодлвеличины- порога по продолжительности температурных площадок, подлежащих обнаружению. При обнулениисчетчика 11 на выходе элемента И 15образуется сигнал, который открываетэлемент И 14 и одновременно выключает индикаторные лампы блока 18 индикации,Аналоговый сигнал, пропорциональный текущей температуре охлаждающегометалла, поступает на вход аналогоцифрового преобразователя 1. С помощью этого преобразователя аналоговый сигнал преобразуется в число-импульсный код - последовательностьэлектрических импульсов, образуемыхна том или ином выходе преобразователя (в зависимости от знака приращения аналогового сигнала) при каждом элементарном приращении сигнала.Принцип формирования кодовых импульсов Ки К с помощью аналогоцифрового преобразователя (фиг. 2)иллюстрируется временными диаграммами (фиг. 3), где Е, и Е - соответственно сигналы на выходах фотоприемников 23 и 24; Я и Ц, - соответственно сигналы на единичном инулевом выходах триггера 25 ШмиттаЯи Ц- соответственно сигналы наединичном и нулевом выходах триггера 26 Шмиттаф, о - о - соответст 1венно сигналы на выходах формирователей 27 - 30; Ки К - кодовые импульсы, которые образуются соответственно на выходах элементов ИЛИ39 и 40.При изменении сигнала, поступающего на вход автоматического потенциометра 19 (фиг. 2), фотосчитыватель 22, механически связанный скареткой 21, перемещается относительно задающего узла 20, повторяявсе движения каретки. В результатесветовой поток, попадающий от излучателя на фотоприемники 23 и 24,модулируется непрозрачными элементами соответствующей счетной дорожки.На выходе фотоприемников 23 и 24образуются переменные электрическиесигналы Е н Е , которые вследствие. 2232514 пространственного сдвига элементовпервой и второй счетных дорожексдвинуты друг относительно другапо фазе на 1/4 периода. При этом5,при движении каретки слева направо,соответствующем положительному приращению температуры, сигнал с выходафотоприемника 23 на 1/4 периода отстает по фазе от сигнала с выходафотоприемника 24 (фиг. За). В результате при таком направлении движения каретки формируется только кодовые импульсы К+. При движении кареткисправа налево, соответствующем отри 5цательному приращению температуры,сигнал с выхода фотоприемника 23 на1/4 периода опережает сигнал с выходафотоприемника 24 (фиг. 38). Поэтомупри таком направлении движения формируются только кодовые импульсы ККодовые импульсы К и К с выходованалого-цифрового преобразователя 1через блок 2 поступают на выходы сложения или вычитания и реверсивных счетчиков 4 и 5. В результате в реверсивном счетчике 5 образуется параллельный код, пропорциональный текущей температуре жидкого металла,Серия тактовых импульсов с выхода генератора 3 через блок 2 и открытый элемент И 14 поступает на счетные входы счетчиков 8 времени и 11 цикла, вычитающий вход счетчика 9 времени и на вход дешифратора 10 нуля. Поскольку тактовые и кодовые импульсы сдвинуты во времени друг относительно друга, то это исключает возможность сбоев в работе устройства.Принцип синхронизации кодовых и тактовых импульсов с помощью блока 2 (фиг. 4) иллюстрируется временной диаграммой (фиг. 5), на которой обозначено; С, - тактовые импульсы от генератора," Ти Т, - соответственно сигналы на единичном и нулевом выходах триггера 41; С и С - соответственно импульсы на выходах элементов И 46 и 47; К - кодовый импульс, соот. ветствующий положительному приращению температуры; Т - сигнал на единичном выходе триггера 42; У - сиг-. нал на выходе элемента И 48; Т и Тз - соответственно сигналы на единичном и нулевом выходах триггерас43; К - синхронизированный кодовый импульс, образуемый на выходе элемента И 49.При поступлении тактовых импульсов от генератора на счетный входтриггер 41 последовательно изменяетсвое состояние, Сигналы с единичногои нулевого выходов триггера 41 поступают соответственно на входы элементов И 46 и 47, на другие входыкоторых поступают тактовые импульсыот генератора, В результате на выходах указанных элементов образуютсядве серии импульсов, сдвинутые однаотносительно другой на половину периода. Частота 1 следования импульсов серии С равна частоте Г следования импульсов серии С , причем= 0,5 где- частота следования импульсов, поступающих отгенератора,Импульсы серии С поступают черезделитель 52 частоты на выход блока2, на котором образуется рабочаясерия тактовых импульсов С с частотой следования, определяемой коэффициентом пересчета делителя.Импульсы серии С (синхронизирующие импульсы) поступают на входыэлементов И 48 - 51, В исходном состоянии триггеры 42-45 находятся внулевом состоянии. При поступленииочередного кодового импульса с выхода аналого-цифрового преобразователя, например кодового импульса, соответствующего положительному приращению аналогового сигнала, этот импульс поступает на единичный входтриггера 42. В результате на единичном выходе этого триггера образуетсяуправляющий сигнал, который поступает на вход элемента И 48. После изменения состояния триггера 42 в момент поступления на вход элемента И48 очередного синхронизирующего импульса на выходе этого элемента образуется импульс Ч , устанавливаю -щий триггер 43 в единичное состояние. Сигнал с нулевого выхода триггера 43 закрывает элемент И 48, асигнал .с единичного выхода триггера43 поступает на второй вход элемента И 49.В момент поступления следующегопо счету синхронизирующего импульсана выходе элемента И 49 формируетсясинхронизированный кодовый импульс,который поступает на выход блока 2и одновременно устанавливает в исходное (нулевое) состояние триггеры 42 и 43, подготавливая их темсамым к приему очередного кодовогоимпульса.та И 48 в указанный момент образуется второй ("полноценный")импульсЧкоторый устанавливает триггер 43 вединичное состояние. В момент поступ.25 ления следующего по счету синхронизирующего импульса на выходе элемента И 49 формируется синхронизированный кодовый импульс, который поступает на выход блока синхронизациии одновременно устанавливает тригге-.ры 42 и 43 в исходное (нулевое) состояниеАналогичным образом на триггерах44 и 45 и элементах И 50 и 51 осуществляется синхронизация кодовьхимпульсов, соответствующих отрицательному приращению аналогового сигнала.Как видно из описания принципадействия блока синхронизации, дляобеспечения его надежной работы необходимо, чтобы частота следованиясинхронизирующих импульсов серии былане менее чем в три раза выше, чем 45 максимально возможная частота следования кодовых импульсов от аналогоцифрового преобразователя.В процессе регистрации термограммы (фиг. 6) каждый раз, когда локаль 50 55 5 1 О 15 20 При работе блока 2 синхронизации возможен случай частичного совпадения во времени кодового и синхронизирующего импульсов. Это может привести к возникновению на выходе элемента И 48 "неполноценного" импульса Ч (фиг. 5), например к возникновению импульса недостаточной продолжительности или недостаточной амплитуды. При возникновении такого неполноценногоимпульса триггер 43, может продолжать оставаться в нулевом состоянии до тех пор, пока на вход элемента И 48 не поступит очередной синхронизирующий импульс.Поскольку в момент поступления очередного синхронизирующего импульса состояние триггера 42 уже не может изменяться, то на выходе элеменные изменения температуры превышаютустановленный порог, на соответствующем выходе переполнения счетчика 4возникает импульс, который, поступаяна установочный вход счетчика 8 времени, сбрасывает последний в нуль. Поскольку на вход сложения счетчика 8 времени постоянно поступаюттактовые импульсы, то к моменту оче 1223251редного сброса этого счетчика его содержимое пропорционально интервалу , времени АС 1 ( 4 =1, 2, 3,) от момента предшествующего сброса.Импульсы переполнения счетчика 4 через элемент ИЛИ 17 поступают на нулевой вход триггера 13, подтверждая его нулевое состояние, и одновременно на управляющий вход записи счетчика 9 времени, при этом в последний из регистра 7 будет заноситьлся код величины , . Поскольку на вход вычитания счетчика 9 постоянно поступают тактовые импульсы серии, то к моменту прихода очередного импульса на управляющий вход счетчика 9 его содержимое пропорционально разности , - д . Поэтому до тех пор, пока ввиду большой скорости изменения температуры интервалы временилДне превышают порог , , содержимое счетчика 9 времени будет отлично от нуля и сигнал на выходе дешиф 1 ратора 10 нуля не образуется.В момент времени 1 (фиг, 6) на термограмме появляется температурная площадка, имеющая продолжительностьПоскольку продолжительность этой площадки меньше порога, то к моментулвремени 1 =1 + , когда происходит1очередное переполнение счетчика 4, содержимое счетчика 9 времени еще не достигает нуля, а значит сигнал на выходе дешифратора 10 нуля не образуется.В момент времени 1 (фиг. 6) на термограмме появляется вторая температурная площадка, имеющая прор. Лдолжительность ),. Поэтому в момент времени=1 + , в счетчике 9 времени образуется число нуль, в результате чего появляется импульс на выходе дешифратора 10 нуля. Этот импульс, поступая на управляющий вход записи регистра 6, заносит в последний содержимое реверсивного счетчика 5, соответствующее температуре Т в момент времени . ОдновременноФимпульс с выхода дешифратора 10 нуля устанавливает триггер 13 в единичное состояниеСигнал с единичного выхода триггера 13 поступает на вход элемента И 16, подготавливая его к прохождению импульса на управляющий вход записи регистра 7.В момент времени= + проз уисходит очередное переполнение счетчика 4. Импульс с выхода переполнения порогового счетчика через эле 25 30 35 40 45 50 55 мент ИЛИ 17 и открытый элемент И 16 поступает на управляющий вход записи регистра 7. Поскольку в момент времени 1 содержимое счетчика 8 вре"Л.мени равно величине с, то при поступлении импульса на управляющий вход записи регистра 7 в него из счетчика 8 времени заносится код величины с - продолжительности обнаруженной температурной площадки, превысившей порог. Кроме того, импульс переполнения счетчика 4 своим задним фронтом возвращает триггер 13 в нулевое состояние.В процессе дальнейшего охлаждения металла импульсы переполнения счетчика 4 через элемент ИЛИ 17 поступают на управляющий вход записи счетчика 9 и заносят в последний из регистра 7 код величины. Поскольку на вход вычитания счетчика 9 времени по-прежнему постоянно поступают тактовые импульсы, то к моменту прихода очередного импульса на управляющий вход счетчика 9 времени его содержимое будет пропорциолнально разности с-й 1,В момент времени 1 (фиг. 6) иабтермаграмме появляется третья температурная площадка, имеющая продолжительность. Поэтому в моментлвремени=1 +в счетчике 9 време. ни образуется число нуль. В результате на выходе дешифратора 1 О нуля образуется импульс, который заносит в регистр 6 из реверсивного счетчика 5 код температуры Т " (фиг. 6) и одновременно устанавлйвает триггер 13 в единичное состояние. Сигнал с единичного выхода триггера 13 подготавливает элемент И 16 к прохождению импульса на управляющий вход регистра 7.В момент времени=1 +про 6 3 исходит очередное переполнение счетчика 4, так как приращение температуры относительно температуры в момент времени 1 превышает порог. Импульс переполнения счетчика 4 через элемент ИЛИ 17 и открытый элемент И 16 и заносит в регистр 7 иэ счетчикал8 времени код величины- продолжизтельности третьей температурной площадки, Этот же импульс своим задним фронтом возвращает триггер 13 в нулевое состояние. Начиная с момента времени(фиг.6), импульсы переполнения счетчика 4,1 О 1223251 образуемые через интервалы временикогда изменения температуры достигают величины порога, будут проходить через элемент ИЛИ 17 на управляющий вход счетчика 9 времени и заносить в последний из регистра 7 код величины. Поэтому, начиная с момента 1, содержимое счетчика 9 времени к моментам переполнения счетчика 4 оказывается уже равным разности-Ь, которая отлична от нуля.В момент временинатермограмме появляется четвертая температурл ная площадка, продолжительность которой превышает порог. Однако,пол скольку продолжительность ц этой температурной площадки меньше, чем проидолжительность ь предшествующей температурной площадки, то к моментулвремени 1 = 1,+ содержимое счетчика 9 времени еще не достигает нуля, а значит не возникает импульс на выходе дешифратора 10 нуля. Поэтому в регистре 6 по-прежнему будет сохраняться код температуры Т, соответствующей температурной площадке, которая имеет наибольшую продолжитель Л лл л ность во времени:)с. ,), 1л з ф ь ф )(, 1 )В момент времени 1 =Е,+.(фиг,б) в счетчике 11 цикла образуется код числа. В результате на выходе элемента Й 15 образуется управляющий сигнал, который блокирует элемент И 14. Тем самым прекращается поступление импульсов на входы счетчиков 8, 9 и 11, вследствие чего предотвращается возможность обнаружения какой-либо температурной площадки, появившейся на термограмме по истел чении заданного времени сее обработки. Одновременно сигнал с выхода элемента И 15, поступая на управляющий вход блока 18 индикации, осуществляет включение индикаторных ламп этого блока. На последних в цифровой форме отображается результат обработки термограммы, соответствующий температуре Т , при которой появилась температурная площадка, имеющая наибольшую продолжительность во времени. Формула изобретения 1. Вычислительное устройство для обработки термограмм, содержащее триггер, аналого-цифровой преобразователь, вход которого является вхо 10 15 20 25 30 35 40 45 50 5 дом устройства, а выходы подключенысоответственно к первому и второмувходам задания режима блока синхронизации, выходы которого подключены к входам сложения и вычитанияпервого и второго реверсивных счетчиков и к первому входу первого элемента И, тактовый вход блока синхронизации соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход первогореверсивного счетчика подключен кинформационному входу первого регистра, выход первого элемента И соединен со счетными входами первого счетчика времени и счетчика цикла, выходыразрядов которого через блок переключателей соединены соответственнос входами второго элемента И, выходкоторого подключен к второму входупервого элемента И, выходы переполнения второго реверсивного счетчикаподключены соответственно к первомуи второму установочным входам первого счетчика времени, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностейза счет обработки термограммы с несколькими температурными площадками,в него введены второй счетчик времени, второй регистр, дешифраторнуля, элемент ИЛИ, третий элемент Ии блок индикации, информационный входкоторого соединен с выходом первогорегистра, а выход является выходомустройства, выход третьего элемента И подключен к входу записи второго регистра, информационный вход которого соединен с выходом первогосчетчика времени, выход второго регистра соединен с информационнымвходом второго счетчика времени, выходпервого элемента И подключен к вычитающему входу второго счетчика времени и к стробирующему входу дешифратора нуля, информационный входкоторого соединен с выходом второгосчетчика времени, выход дешифраторануля подключен к входу записи первого регистра и к единичному входутриггера, единичный выход которогосоединен с первым входом третьегоэлемента И, выходы переполнения второго реверсивного счетчика соединенысоответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которогосоединен с нулевым входом триггерас вторым входом третьего элемента Ии с входом записи второго счетчикавремени, выход второго элемента И11 122 Зподключен к управляющему входу блокаиндикации,2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок синхронизации содержит элементы И, триггеры и делитель частоты, вход которого соединен с выходом первого элемента И, счетный вход первого триггера и первые входы первого и второгоэлементов И соединены с тактовым входом блока, вторые входы первого ивторого элементов И соединены соответственно с нулевым и единичнымвыходами первого триггера, единичныевходы второго и третьего триггеровявляются соответственно первым и вторым входами задания режима блока,единичные выходы подключены соответф ственно к первым входам третьего и 25112четвертого элементов И, вторые входы которых и первые входы пятого и шестого элементов И соединены с выходом второго элемента И, единичные входы четвертого и пятого триггеров соединены соответственно с выходами третьего и четвертого элементов И, третьи входы которых соединены соответственно с нулевыми входами четвертого и пятого триггеров, единичные выходы которых подключены соответственно к вторым входам пятого и шестого элементов И, выходы которых и выход делителя частоты являются выходами блока, нулевые входы второго и четвертого триггеров соединены с выходом пятого элемента И, нулевые входы третьего и пятого триггеров соединены с выходом шестого элемента И.