Устройство для контроля аналоговых объектов

(54 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЪЕКТОВ Изобретение ной технике и(57 ел ов к вычи тноситс может б я анало ть испольговых объек но для контро Целью изобре е достоверносляется повы устройст ния я работ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ,801397941 А 1 ва эа счет формирования устойчивыхсигнатур флуктуирующих аналогорйх сигналов. Устройство содержит входнойблок, два аналого-цифровых преобразователя, два индикатора, сумматор помодулю два, два регистра сдвига, блокформирования сигнатур, три триггера,четыре элемента И, четыре элементаИЛИ, два счетчика, три элемента задержки, блоки сравнения ключей и изменения допуска флуктуаций сигнала,узел блокировки, переключатель иключ. Раскрыто построение блока формирования сигнатур. Устройство позволяет контролировать объекты с произвольно флуктуирующими выходными сигналами в заданных пределах допустимыхфлуктуаций. 1 э.п.ф-лы, 6 ил.Редакт Король рре е Подпися аказ 2601/49 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектн Тирюк 704 ВНИИПИ Государственно по делам изобретений 13035, Москва, Ж, Ракомитета СССРи открытий ская наб., д, 4/5Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь"эовано для контроля аналогоных объектов.Цель изобретения - повышение дос 5тонерности работы устройства эа счетформирования устойчивых сигнатур дляфлуктуирующих аналоговых сигналов.На фиг. представлена схема устройства; на фиг.2 - пример реализациивходного блока; на фиг.3 - схема блока изменения допуска флуктуаций сиг-.нала; на фиг.4 - пример реализацииузла блокировки; на фиг.5 - временная 15диаграмма работы устройства; на фиг.6 принцип кодирования аналогового сигнала произвольной формы для шестиразрядных аналого-цифровых преобразонателей (АЦП)20Устройство содержит входной блок,1, первый АЦП 2, первый индикатор 3,сумматор 4 по модулю два, первый регистр 5 сдвига, первую 6 и вторуюгруппы элементов И, группу 8 регистров сдвига, группу 9 сумматоров помодулю два, группу 10 элементов ИЛИ,второй регистр 11 сдвига, второй АЦП12, первый 13, второй 14 и третий 5триггеры, первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 элементы И,первый 20, второй 21, третий 22 ичетнертый 23 элементы ИЛИ, первый 24и второй 25 счетчики, первый 26, второй 27 и третий 28 элементы задержки,блок 29 сравнения, узел 30 блокировки, блок 31 изменения допуска флуктуаций сигнала, второй индикатор 32,блок 33 ключей, переключатель 34 иключ 35.40Блок 36 формирования сигнатур содержит элементы 6 - 10. Контролируемый объект 37 не входит в состав устройства и показан на фиг.1 для пояснения принципа его работы.45Входной блок 1 предназначен длясогласования и усиления измеряемогоаналогового сигнала, снимаемого сконтрольных контактов объекта 37.Входной блок содержит последовательйо соединенные делитель 38 напряже 50ния, переключатель 39, усилитель-преобразователь 40, усилитель-согласователь 41, информационный вход 42,1,второй входной полюс 42.2, вход 43,информационный выход 44 и второй вы 55ходной полюс 45,Значения резисторов 38.1, 38.238.К делителя 38 напряжения выбираются таким образом, чтобы на всех диапазонах (для всех напряжений измеряемого аналогового сигнала) использовать один и тот же преобразователь 2(12), предельное входное напряжение которого составляет нескольковольт.Усилитедь-преобразователь содержит резистор 40.1, стабилитроны 40,2 и 40.3, первый операционный усилитель 40.4, резисторы 40.5-40.7, полевой транзистор 40.8, резисторы 40.9 4012 и второй операционный усилитель 40.13.Усилитель-согласователь 41 содержит транзистор 41.1, эмиттер которого подключен через резистор 41,2 к источнику образцового напряжения -2 В (вход 43).Блок 31 предназначен для обеспечения возможности изменения допуска флуктуации аналогового сигнала при использонании устройства для различных аналоговых объектов. Блок 31 содержит переключатель 46, узел 47 сложения, узел 48 вычитания. Переключатель с входами 49-51 предназначен для изменения допуска флуктуации аналогового сигнала (информации). Узел сложения предназначен для сложения аналогового сигнала со значением допуска. Узел производит операцию вычитания над аналоговым сигналом и значением допуска. Блок 31 имеет вход 52 и выходы 53 и 54.эел 30 блокировки предназначен для обеспечения воэможности блокировки значений одного или нескольких выходных разрядов АЦП при кодировании (также при контроле) с целью исключения недостоверных разрядов АЦП и увеличения таким образом числа отсчетов достоверного кодирования. Узел 30 содержит п типовых независимых переключателей 30.1-30.п на два положения и два направления с фиксацией положения (фиг.4), первые 55 и 56 и вторые 57 и 58 входы и выходы.Устройство работает н режиме получения эталонных сигнатур и н режиме контроля аналоговых объектов.В режиме получения эталонных сигнатур устройство работает следующим образом.Возбуждение контролируемого обьекта 37 осуществляется с помощью в.троенного н него стимулятора, Устрой тво допускает испоги човдиие и яиещи 1стимулятора. 1 т бъс я в 7 ив; 1.3 139794ство гоступает сигнал "Пуск", определяющий передний фронт окна измеренияи сигнал "Сикх.", обеспечивающий синхронное преобразование в устройствеаналогового сигнала, поступающего отобъекта нв информационный вход устройства.Сигналы "Синх." и "Пуск" для конкретного контролируемого объекта мо 10гут быть постоянными (оптимальныйслучай), т.е. применяться на протяжении всего процесса контроля данногообъекта. При этом перед контролемобъекта к его заранее определеннымконтактам (гнездам) "Синхр." и "Пуск"подключаются соответствующие входыустройства,Поскольку для полного контроля даже простейшего объекта требуется контролировать (измерять) сигналы на совокупности различных его контактов,в процессе контроля объекта информационный вход устройства периодическидолжен последовательно переноситься 26с указанного контакта объекта на другой. Указанный перенос может осуществляться а помощью ручного щупа илиавтоматически по определенной программе. 30Перед началом переключатель 34 устанавливают в режим получения сигнатур, (соответствует положению, указанЮому на фиг.1). Подключают входы"Пуск" и "Синхр." устройства к одноименным выходам объекта и соеднняют35информационйый вход устройства с первым контрольным контактом объекта.Нажимают ключ 35, который пропускаетсинхроимпульсы. В результате все регистры, счетчики и триггеры устанавливаются в исходное состояние.Устанавливают в соответствующееположение переключатель 39 входногоблока 1, обеспечивая тем самым согласование уровня аналогового сигнала сустройством. С помощью блока 31 за-,дают наибольшее значение флуктуаций,допускаемое для данного объекта. Исходное положение узла 30 блокировки -без блокировки (указано на фиг.4).В результате возбуждения объектана контрольном контакте формируетсяего реакция " в данном случае эталонная реакция, так как получение эталонных сигнатур осуществляются на заведомо исправном(эталлоном ) объекте,Сигналом "Пуск" триггер 14 устанавливается в состояние "1" и открывает 14элемент И 9 для прохождения синхро" импульсов на входы синхронизации преобразователей 2 и 12, в также на входы элемента 26 задержки и элемента ИЛИ 22 (фиг.5). Одновременно с этим на вход входного блока 1 поступает информация (аналоговый сигнал).На фиг.5 представлен условный (возможный) аналоговый сигнал Ц, который после согласования на элементах 38-41 входного блока 1 поступает на блок 31.В блоке 31 сигнал разветвляется на два независимых канала, в одном из которых к мгновенным значениям амплитуды Ц аналогового сигнала прибавляется значение допуска ДЦ, а в другом - из тех же мгновенных значений вычитается значение допуска 3 О (фиг.6 - принцип кодирования аналогового сигнала произвольной формы). Для случая на фиг.6 выбрано ДЦЦ /2, т.е. допускаются такие флуктуации аналогового сигнала, которые не превьппают Б/2. Практически возможны аналоговые объекты, в которых допустимы и более значительные флуктуации аналогового сигнала, поэтому блок 31 позволяет изменять значение допуска йБ с помощью переключателя 46 (допуск: 1,2п).С выхода "+ Б" сигнал поступает на вход. преобразователя 2, а с выхо дв "-Ц" - на преобразователь 12, которые параллельно преобразуют поступающие на них сигналы в цифровой код в одни и те же моменты времени по сигналам синхронизаций (фиг.5 и 6). Цифровые коды поступают через узел 30блокировки беэ изменения нв группу 9сумматоров и на блок 29 сравнения, гдеосуществляется их поразрядное сравнениепо тем же сигналам синхронизации, но задержанным элементом 26 на время преобразования одного счета в блоках 2 и 12.Если на некотором отсчете полученные на выходах преобразователей 2 и 12 коды не равны (фиг.6 на отсчете "Синхр.":код АЦП 2=001111, а код АЦП 12=000111), тос выхода "Неравно" блока сравнения соответствующий импульс устанавливает в нуль триггер 15. При этом с его выхода логический уровень нуля через переключатель 34 поступает на управляющий вход элемента И 16 и тем самым блокирует прохождение через этот элемент импульса"Синхр.1", поступающего на вход"Синхр." этого элемента через элемент27 задержки, элементы ИЛИ 22 и И 19.Элемент 27 задержки учитывает времяработы блока 12, блока 29 сравненияи триггера 15. Таким образом, на входсдвига группы 8 регистров сдвига непоступает импульс сдвига. т.е. значение отсчета на такте "Синхр.1" нерегистрируется,Кроме того, уровень логическогонуля (в данном случае) с выхода триггера 15 через информационный вход регистра 1 записывается в этот регистр 15по импульсу, поступающему на его входсдвига с выхода элемента И 17,послечего триггер 15 вновь устанавливаетсяв единичное состояние через элемент28 задержки и элемент ИЛИ 23.20Если же на некотором отсчете, например на отсчете "Синхр.2", полученные на выходах блоков 2 и 12 кодыравны (фиг.6 - на отсчете "Синхр.2":код АЦП 2 =код АЦП 12=010001), то с выхода "Неравно" блока 29 сравнения соответствующий импульс не вырабатывается и не изменяется единичное состояние триггера 15, При этом с выхода элемента И 16 на вход сдвига груп- З 0пы 8 сдвиговых регистров поступаетимпульс сдвига, а в регистр 11 запи-.сывается единица,Лальнейшая цифровая обработка осуществляется следующим образом.35Находящийся в состоянии нуля триггер 13 держит в открытом состоянииэлементы (7.1-7.п) И и в закрытомсостоянии элементы (6.1-6.п) И. С переходом триггера 14 из состояния нуля в состояние единицы элемент И 19 начинаетпропускать синхроимпульсы через элемент ИЛИ 22, элемент 27 задержки иэлемент И 16 на вход сдвига группы8 сдвиговых регистров. При этом по45каждому синхроимпульсу в младший раз- .ряд каждого регистра 8.1-8.п черезгруппу 9 сумматоров по модулю два иУгруппы 7 и О элементов И и ИЛИ принимаются соответствующие биты информации "0" или "1", сформированные вданный момент времени на соответству"ющих выходах преобразователя 2.Со всех выходов блока 2 (1и) всдвиговые регистры 8,1-8. п биты информа 55ции принимаются параллельно. С первого выхода блока 2 через сумматор 9.1элементы И 7.1 и ИЛИ 0.1 по каждомусинхроимпульсу один бит информации принимается в младший разряд регистра 8.1 с одновременным сдвигом всего содержимого регистра на один разряд от младших разрядов к старшим.На первых тактах в связи с тем, что исходное состояние регистров 8.1- 8.п нулевое, через цепь обратной связи из регистра 8.1 на второй вход сумматора 9. передаются нулевые биты, но затем, когда единичные биты в результате сдвигов достигают старшего разряда регистра, от которого отведена цепь обратной связи, на соответствующих тактах в младший разряд регистра принимается сумма по модулю; два значений бита цепи обратной связи и бита, поступающего с первого выхода преобразователя 2. При этом в регистре 8.1 осуществляется формирование (сжатие) двоичного кода, с высокой достоверностью соответствующего исходной двоичной последовательности, причем независимо от ее длины. Аналогичным образом раздельно по каждому выходу осуществляется сжатие двоичной последовательности, формируемой на остальных выходах преобразователя 2, в регистрах 8.2-8.п сс 1 ртветственно. Процесс сжатия информации в регистрах 8,1-8.п продолжается до тех пор, пока от, счетчика 24 не поступит сигнал его переполнения (" Стоп" ). По сериалу "Стоп" через элемент ИЛИ 21 триггер 14 устанавливается в нулевое состояние, в результате чего закрывается элемент И 19 и прекращаются сдвиги информации в регистрах 8.1-8.п. Кроме того, по сигналу "Стоп" уста- навливается в единичное состояние триггер 13, закрывающий элементы И 7.1-7.п и открывающий элементы И 6,1- 6.а. С этого момента никакие изменения на выходах преобразователя 2 не влияют на двоичные коды, зафиксированные в регистрах 8.1-8.п. Происходит реконфигурация регистров 8.1-8.л, которые с помощью группы элементов И последовательно соединяются между собой. Старший разряд старшего регистра 8.1 при этом через элемент 6.1 соединяется с первым входом сумматора 4 по модулю два, старший разряд регистра 8.2 через элементы И 6.2 и ИЛИ 10.1 - с входом (с младшим разрядом) регистра 8.1 и т.д. вплоть до регист 7 397941 ра 8.п, старший разряд которого через элементы И б,п и ИЛИ 10.(п) соединяется с входом регистра 8.(п). натуры, выбирают такую блокировку,при которой на индикаторе 32 оказывается наименьшее число нулей, т.е. наПосле установки в единичное состояние триггера 3 открывается элемент И 18, который начинает пропускать синхроимпульсы на счетный входсчетчика 25, на вход сдвига регистра5 к группы 8 регистров. Таким образом,после 16.п-го сдвигапоследний бит(бит мпадшего разряда регистра 8.п)двоичной информации, полученной врезультате преобразования и сжатия 15измеряемого аналогового сигнала, поступает через сумматор. 4 по модулюдва и в младший разряд регистра 5, ана выходах счетчика 25 вырабатываетсяимпульс его переполнения, который че Орез элемент ИЛИ 20 устанавливает триггер 13 в состояние нуля. В результатеэтого закрывается элемент И 18 и прекращаются сдвиги информации.Сформированный на регистре 5 результат (сигнатура) отображается наиндикаторе 3. Полученная для данногоконтрольного контакта объекта 37 сигнатура должна быть записана вместесо значением в регистре 11, отобража- ЗОемом в конце преобразования на индикаторе 32, а также с положениями переключателя 39 делителя напряжения ипереключателя 46 блока 31,В режиме получения сигнатур в самом неблагоприятном случае (когда накаждом отсчете кодируемый аналоговыйсигнал оказывается в зонах неустойчивого кодирования, например фиг.б -отсчет Синхр. 1) может оказаться, 4 Очто ни один из отсчетов не окажетсяоднозначно устойчивым в выбранном допуСке. Этому соответствует нулевойкод на индикаторе 32. В этом случаеустройство позволяет с помощью узла 4630 блокировки получить устойчивуюсигнатуру. Дело в том, что каждый недостоверный отсчет недостоверен вцелом из-эа недостоверности толькоодного какого-либо выходного разрядапреобразователя, (например, отсчетна такте "Синхр,1" недостоверен из-эатретьего разряда АЦП, значение которого в пределах допустийых флуктуаций может принимать значения и "0"и ц 1 п)При этом, нажимая поочередно ключи30.1-30.п узла блокировки и повторяядля каждого положения получение сигнаименьшее число неучтенных отсчетов. При нажатии какого-то из ключей узла 30 блокировки путем подмены неустойчивого значения, поступающего от преобразователя фиксированным значением логического нуля (фиг.4, положениеключей противоположное по отношению к изображенному), из процесса кодирования исключается только один соответствующий выходной разряд преобразователя. Например, для случая нафиг.б нажатием кнопки блокировки третьего разряда преобразователя становится устойчивым отсчет "Синхр.1". При использовании в режиме получения сигнатур узла 30 блокировки вместе с полученной сигнатурой необходимо также регистрировать положение блокировкиВ режиме контроля объекта 37 устройство работает следующим образом,Переключатель 34 устанавливают в положение, когда вход блока соединяется с выходом блока 1, минуя блок 31, а информационный выход регистра 11 соединяется с входом элемента И 16. Подключают устройство к объекту 37. Устанавливают заданную блокировку и заданное положение переключателя 39.Кроме того, с помощью блока 33 ключей вводят на регистр 11 код, по.- лученный на этом регистре, для того же контакта объекта при снятии эталонной сигнатуры,С пуском стимулятора полностью повторяются все процессы, описанные для режима получения сигнатур. Исключение составляет то, что в данном режиме в работе не участвуют блоки 12и 31, а следовательно, не имеют значения сигналы, вырабатываемые блоком 29 сравнения, триггером 15 и элементами 23 и 28Кроме того, существенным отличием данного режима является то, что управление сдвигами группы 8 регистров осуществляется по информации, записанной в регистре 1 побитно на каждом такте кодирования, поступающей через его информационный выход и переключатель 34 на информационный вход элемента И 16. После завершения обработки на текущем тактеосуществляется подготовка регистра11 к очередному такту путем сдвига9 139794 его кода на один разряд (в сторону старшего разряда) импульсом, поступающим на его вход сдвига от элемента И 17,Полученная в режиме контроля сиг 5 натура сравнивается с эталонной, полученной для того же контрольного контакта объекта.101Использование предлагаемого устройства позволяет контролировать объекты формально на основе простейшегосопоставления получаемых с его помощью компактных чисел - ключевых слов (сигнатур) с эталонными числами, которые могут быть получены заранее с помощью того же предлагаемого устройства на эталонном (исправном) объекте.20Формула изобретения1. Устройство для контроля аналоговых объектов, содержащее входной 25 блок, первый аналого-цифровой преобразователь, первый индикатор, первый и второй регистры сдвига, сумматор по модулю два, блок формирования сигнатур, отличающееся тем, З 0 что, с целью повышения достоверности работы устройства за счет формирования устойчивых сигнатур флуктуирующих аналоговых сигналов, в устройство введены второй аналого-цифровой пре 35 обраэователь, первый, второй, третий триггеры, первый, второй, третий и че 1 вЕртый элементы И, первый, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, первый и второй счетчики, первый, второй, и третий элементы задержки, блок сравнения, узел блокировки, блок изменения допуска флуктуаций сигнала, вто" рой индикатор, блок ключей, переклю" чатель и ключ, информационный вход 45 которого, информационный вход блока ключей и первые входы третьего и четвертого элементов И подключены к входу синхронизации устройства, второй вход третьего элемента И и первый управляющий вход блока формирования сигнатур соединены с прямым выходом первого триггера, инверсный выход которого связан с вторым управляющим входом блока формирования сигнатур, нулевой вход - с выходом первого элемента ИЛИ, а единичный вход и первый вход второго элемента ИЛИ - с выходом переЪолнения первого счетчика, счет 11 Оный вход которого, вход третьего элемента задержки и вход сдвига второго регистра сдвига подключены к выходу второго элемента И, выход ключа соединен с входом сдвига первого регистра сдвига, с входами сброса первого и второго счетчиков, блока формирования сигнатур и второго регистра сдвига, с первыми входами первого и четвертого элементов ИЛИ и с вторым входом второго элемента ИЛИ, нулевой вход второго триггера связан с выходом второго элемента ИЛИ, единичный вход - с пусковым входом устройства, а прямой выход - с вторым входом четвертого элемента И и с первым входом второго элемента И, второй вход второго элемента И и первый вход первого элемента И подключены к выходу второго элемента задержки, вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, первый вход которого и счетный вход второго счетчика связаны с выходом третьего элемента И, второй вход третьего элемента ИЛИ, вход первого элемента задержки и входы синхронизации первого и второго аналого-цифровых преобразователей подключены к выходу четвертого элемента И, выход первого элемента задержки соединен с управляющим входом блока сравнения, первая и вторая группы информационных входов которого связаны с первой и второй группами выходов узла блокировки, первая и вторая группы входов которого соединены соответственно с группами выходов первого и второго аналого-цифровых преобразователей, а первая группа выходов - с группой информационных входов блока формирования сигнатур, вход сдвига которого и вход сдвига перво-. го регистра сдвига подключены к выходу первого элемента И, второй вход которого связан с первым выходом переключателя, второй вьщод которого связан с информационным входом первого аналого-цифрового преобразователя, третий выход - с входом блока изменения допуска флуктуации сигнала, выход положительного иеменения допуска которого связан с первым входом переключателя, а выход отрицательного изменения допуска - с информационным входом второго аналого-цифрового преобразователя, второй вход переключателя подключен к первому информационному выходу второго регистра сдви13979 га, а третий вход и информационный вход второго регистра сдвига - к прямому выходу третьего триггера, нуле вой вход которого соединен с выходом блока сравнения, а единичный вход - с выходом четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого связан с выходом третьего элемента задержки, второй информационный выход второго регист 10 ра сдвига подключен к входу второго индикатора, выход блока формирования сигнатур соединен с первым входом сумматора по модулю два, второй вход которого связан с первым информаци онным выходом первого регистра сдвига, а выход - с информационным входом первого регистра сдвига, второй информационный выход которого подключен9 к входу первого индикатора выход пе реполнения второго счетчика соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, четвертый вход переключателя связан с выходом входного блока, информационный и установочный входы которого яв ляются соответственно информационным и установочным входами устройства управляющие вхоДы переключателя блока изменения допуска флуктуаций, узла блокировки, ключа и блока ключей являют 30 ся соответственно первым, вторым, третьим, четвертым и пятым управляющими входаьв устройства, выход блокаключей соединен с установочным входом второго регистра сдвига. 2, Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок формирования сигнатур содержит первую и вторую группы элементов И, группы регистров сдвига, сумматоров по модулю два и элементов ИЛИ, группа первых и вторых входов которых соединена соответственно с выходаяю первой и второй групп элементов И, а группа выходов " с информационными входами группы регистров сдвига, группа выходов которых подключена к первым входам груп" пы сумматоров по модулю два и первой группы элементов И, вторые входы Пар" вой группы элементов И образуют первый информационный вход блока, а выход является выходом блока, выходы группы сумматоров по модулю два соединены с первой группой входов второй группы элементов И, вторая группавходов которых образует второй управф ляющий вход блока, входы сдвига и сброса группы регистров сдвига явля ются соответственно входами сдвига и сброса блока, вторые входы группы сум . маторов по модулю два образуют группу информационных входов блока.