Устройство для коммутации электрических сигналов

(19) И 1) 048 3(5 И Н 01 Н 47/ ГОСУДАРСТВЕПОДЕЛАМ ОПИС ИЗОБРЕТЕНИ БИ 6. ом элсменока управи ч лью расв него ани чник виде ННЫЙ КОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 347919, кл, Н 03 К 17/18, 1972.2. Авторское свидетельство СССР В 422101, кл. Н 03 К 17/04, 1974.3. Авторское свидетельство СССР У 528629, кл. Н 01 Н 47/00, 1976.4. Авторское свидетельство СССР 8 ф 773777, кл. Н 01 Н 47/00, 1978, ,(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОММУТАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ,.содержащее блок управления, генератор сигналов, контрольно-измерительный прибор, две одинаковые коммутирующие матрицы, по меньшей мере две катушки индуктивности, причем соответствующие входы коммутирующих матриц попарно объединены и подключены к входам устройства, выходы одной из коммутирующих матриц соединены с входами контрольно-измерительного прибора, между соответствующими выходами коммутирующих матриц включены катушки индуктивности, управляющие входы коммутирующих матриц объединены и подключены к одному из входов блока управления, причем каждая из катушек индуктивности индуктивно связана с генератором сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью повышения достоверности и быстродействия, в него введены источник опорного напряжения, ключ, токовый датчик, компаратор, выпрямитель, инвертор, триггер, дифференцирующая цепь, элемент выдержки времени, элемент И, элемент ИЛИ, элемент сигнализации, причем ключ и токовый датчик включены последовательно в выходную цепь генератора сигналов, выход токового датчика через выпрямитель подключен к одному из входов компаратора, другой вход которогосоединен с выходом источника опорногонапряжения, а выход соединен с управляющим входом контрольно-измерительного прибора, входом инвертора и одним из входов элемента ИЛИ, выход которого подключен к первым входам элемента вьдержки времени, триггера иблока управления, второй выход последнего соединен с вторым входомтриггера, выход которого подключен квходу ключа и через дифференцирующуюцепь соединен с вторым входом элемента выдержки времени, выходы инвертора и элемента вьдержки времени под -ключены к входам элемента И, выходкоторого соединен с входом элемента сигнализации, вторым вход та ИЛИ и вторым входом бл ления,2. Устройство по п.1, о ю щ е е с я тем, что, с ц ширения области применения, дополнительно введен блок з вспомогательных сигналов, а опорного напряжения выполне делителя напряжения и второго выпрямителя, при этом делитель напряжения подключен параллельно выходам генера тора сигналов, вход второго выпрямителя соединен с выходом делителя напряжения, выход - с вторым входом компаратора, а выход блока задания вспомогательных сигналов соединен с входом генератора сигналов048 1 омУстройство относится к электротехнике и может использоваться для коммутации электрических сигналов малогоуровня.Известны коммутирующие устройствааналогичного назначения, содержащиепараллельно сходящиеся коммутаторы,каждый из которых коммутирует несколько входных цепей в один адрес 1 3и 23.10Эти устройства имеют низкое качество контакта при малых уровнях сигналов.Известны также устройства для ком 4 утации электрических сигналов малого 15,уровня, содержащие коммутирующую матрицу с входными и выходными цепями,электроизмерительный прибор, блок управления, генератор переменного напряжения с трансформаторным выходом и 20конденсатор ГЗ 3.Однако эти устройства имеют ограниченную область применения и высокоесопротивление коммутирующих элементов коммутирующей матрицы. 25Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является уст-,ройство для коммутации электрическихсигналов, содержащее генератор сигналов, блок управления, источник вспомогательных сигналов, две матрицы коммутации, при этом горизонтальные шины матриц коммутации подключены к выводам объекта контроля, вертикальныешины матриц коммутации попарно подключены к выходам источников вспомогательных сигналов, входы которых подклщчены к одному из выходов блока управления, вход которого соединен с выходом генератора сигналов, Другой выход блока управления связан с входами матриц коммутации, вертикальныешины которых подключены к входам контрольно-измерительных приборов 4 3Однако это устройство характеризуется низким быстродействием, обусловленным необходимостью пропускания через измерительные цепи вспомогательных сигналов в течение времени, гарантирующего возникновение и развитиетепловых эффектов, обеспечивающихнадежный и качественный контакт, атакже недостаточной достоверностьюизмерений и контроля из-за хотя ималовероятных, но возможных некачественных контактов в измерительных55цепях,Попытка повьппения быстродействияданного устройства за счет сокращения времени пропускания вспомогательных сигналов неизбежно ведет к учащению случаев плохого контактирования, а следовательно, к понижению достоверности измерений и контроля.Цель изобретения - повышение достоверности измерений и контроля, а также увеличение быстродействия за счет адаптации устройства к качествуконтактирования,Поставленная цель достигается тем,что в устройство для коммутации электрических сигналов, содержащее блокуправления, генератор сигналов, контрольно-измерительный прибор, двеодинаковые коммутирующие матрицы,по меньшеи мере две катушки индуктивности, причем соответствующие входыкоммутирующих матриц попарно объединены и подключены к входам устройства, выходы одной из коммутирующихматриц соединены с входами контрольно-измерительного прибора, между соответствующими выходами коммутирующихматриц включены катушки индуктивности, управляющие входы коммутирующихматриц объединены и подключены к одному из входов блока управления,причем каждая из катушек индуктивности индуктивно связана с генераторомсигналов, введены источник опорногонапряжения, ключ, токовый датчик,компаратор, выпрямитель, инвертор,триггер, дифференцирующая цепь, элемент выдержки времени, элемент И,элемент ИЛИ, элемент сигнализации,причем ключ и токовый датчик включены последовательно в выходную цепьгенератора сигналов, выход токового датчика через выпрямитель подключен одному из входов компаратора, другой вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выходсоединен с управляющим входом контрольно-измерительного прибора, входом инвертора и одним из входов элемента ИЛИ, выход которого подключенк первым входам элемента выдержкивремени, триггера и блока управления,второй выход последнего соединен свторым входом триггера, выход, которого подключен к входу ключа и черездифференцирующую цепь соединен с вторым входом элемента выдержки времени, выходы инвертора и элемента выдержки времени подключены к входамэлемента И, выход которого соединенс входом элемента сигнализации, вто1098048 Рым входом элемента ИЛИ и вторым входом блока управления.Кроме того, с целью расширения области применения в устройство дополнительно введен блок задания вспомогательных сигналов, а источник опорного напряжения выполнен в виде делителя напряжения и второго выпрямителя, при этом делитель напряжения подключен параллельно выходам гене ратора сигналов, вход второго выпрямителя соединен с выходом делителя на пряжения, а выход - с вторым входом компаратора, а выход блока задания вспомогательньх сигналов соединен с 15 входом генератора сигналов.На чертеже приведена структурная схема устройства для коммутации электрических сигналов,20К каждому из выводов 1.1-1. К контролируемого объекта 2 посредством потенциальных зондов 3.1-3. К подключены входы первой коммутирующей матрицы 4, включающей коммутирующие элементы 5. К тем же выводам 1.1-1.К посредством токовых зондов 6.1-6.К ,подключены соответствующие входы второй коммутирующей матрицы 7 на коммутирующих элементах 8. Обе матрицы 430 и 7 имеют одинаковую структуру и ихкоммутирующие элементы 5 и 8 имеют общие управляющие цепи, подключенныек одному из выходов блока управления9. Соответствующие выходы обеих ком- мутирующих матриц 4 и 7 подключены к катушкам индуктивности 10.1-10,М, авыходы первой коммутирующей матрицы4 подключены также и к входам контрольно-измерительного прибора 11. Все катучки индуктивности 10,1-10.М маг 40нитно связаны с катушкой индуктивности 12 генератора сигналов 13. В цепькатушки индуктивности 12 последовательно включены ключ 14 и токовыйдатчик 15, выход последнего через вы 45 прямитель 16 подключен к одному из входов компаратора 17, другой вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения 18, а выход подключен к входу запуска контрольно-измерительного прибора 11, к одному иэ входов элемента ИЛИ 19 и через инвертор 20 связан с одним иэ входов элемента И 21. Один из выходов блока управления 9 подключен к установочному входу триггера 22, единичный выход которого подключен к управляющему входу ключа 14 и через дифференцирующую цепочку 23 связан с одним извходов элемента выдержки времени 24,выход которого соединен с другимвходом элемента И 21, выход которогоподключен к одному из входов блокауправления 9, к входу элемента сигнализации 25 и к другому входу элемента ИЛИ 19, выход которого подключенк другому входу блока управления 9 ик входам сброса триггера 22 и элемента вьдержки времени 24, Источникопорного напряжения выполнен в виде подключенного к выходам генератора сигналов 13 делителя 26, выход которого подключен к второму выпрямителю 27. Вход генератора сигналов 13 подключен к выходу блока задания вспомогательного сигнала 28.Устройство работает следующим образом.После подключения токовых зондов 6.1-6.К и потенциальных зондов 3.1- 3.К к выводам 1.1-1К контролируемого объекта 2 и выбора коммутирующими матрицами 4 и 7 необходимых цепей блок управления 9 устанавливает в единичное состояние триггер 22, который включает ключ 14 и через дифференцирующую цепочку 23 выдает импульс на элемент вьдержки времени 24. При включении ключа 14 переменный сигнал с выхода генератора сигналов 13 проходит через катушку инф дуктивности 12, наводит ЭДС в катушках индуктивности 10.1-10.М. В результате возникают токи через элементыкоммутации 5 и 8 каждой коммутирующейматрицы 4 и 7, через зонды 6.1-31,6.2-6.К-З. и выводы 1. 1-1 К контролируемого объекта 2. Если в течениевремени, определяемого элементом выдержки времени 24, ток через каждуюиз катушек индуктивности 10. 1-10.Мдостигает установленной величины, тосигнал с выхода токового датчика 15,выпрямленный выпрямителем 16, превышает сигнал с выхода источника опорного напряжения 18. На выходе компаратора 17 появляется сигнал логической единицы, который разрешает измерение параметров контрольно-измерительным прибором 11 и через элемент ИЛИ 19 сбрасывает элемент вьдержки времени 24 и триггер 22, а,такжеразрешает блоку управления 9 черезвремя, необходимое для замера пара"метров, произвести переключение всегоустройства на измерение следующегопараметра. Этот процесс будет про 1 О 98 О 48должаться до окончания измерения иконтроля всех параметров, если непроизойдет некачественного контактирования зондов 6.1-6.К и 3.1-3,К свыводами 1, 1-1,К контролируемого объекта 2 или не возникнет некачественное контактирование в элементах 5или 8 коммутирующих матриц 4 и 7.При возникновении некачественногоконтакта в любой точке измерительного тракта суммарный ток через токовый датчик 15 будет меньше установленной нормы, в результате сигналЛогической единицы на выходе компаратора 17 не появится, контрольно-измерительный прибор 11 не запустится и через некоторое время импульс свыхода, элемента выдержки времени 24поступит на вход элемента И 21, надругом входе которого присутствуетсигнал логической единицы с выходаинвертора 20. Импульс с выхода элемента И 21 через элемент ИЛИ 19 сбрасывает триггер 22 и включает элементсигнализации 25. При этом на оба вхо-да блока управления 9 поступают сигналы, свидетельствующие о плохом контакте,Дальнейшая работа устройства определяется алгоритмом, заложенным в ЗОблок управления 9. Устройство можетлибо прекратить дальнейшую работу,либо осуществить несколько повторныхподключений и опросов и прекратитьработу, либо после одной или несколь-Зких попыток перейти к замеру следующего параметра, предварительно запомнив ситуацию, при которой возник некачественный, контакт.40В данном устройстве источник опорного напряжения 18 включает делитель 26 и выпрямитель 27, благодаря чеМу при изменениях величины сигнала с выхода генератора сигналов 13 напряжение с выхода источника опорного напряжения следует за этими изменениями, чем исключаются ошибки, которые могли бы возникнуть при наличии постоянного напряжения с выхода источника опорного напряжения 18.Ьлок задания вспомогательного сигнала 28 позволяет в зависимости от применяемых зондов 6.1-6.К, 3,1-3.К, от применяемых коммутирующих матриц 4 и 7, от величины измеряемых параметров, от типа применяемых выводов 1.1 - 1.К контролируемого объекта 2 устанавливать необходимый уровень вспомогательного сигнала с выхода генератора сигналов 13. Токовый датчик, выпрямители, делитель и компаратор позволяют анализировать состояние контактов и выносить решение о возможности измерения. Триггер и ключ служат для включения устройства в режим повышения качества контактирования и контроля качества контактирования. Отключение ключа в момент измерения позволяет исключить ошибку от переходных напряжений на зондах и в коммутирующих элементах сдвоенных матриц коммутации. Дифференцирующая цепочка, элемент выдержки времени, инвертор, элемент И, элемент ИЛИ необходимы для выработки устройством сигнала о наличии плохого контактирования, который запоминается элементом сигнализации, информирующим обслуживающий персонал о некачественном контакте.Предлагаемое устройство адаптивно к качеству контактирования. Чем быстрее вспомогательный сигнал обеспечит надежный контакт, тем быстрее произойдет измерение параметра. Таким образом отпадает необходимость пропускать вспомогательный сигнал в течение избыточного времени, гарантирующего качественный контакт перед каждым измерением. За счет этого говышается быстродействие устройства. Кроме этого, благодаря контролю качества контактирования посредством токового датчика источника опорного напряжения, выпрямителя и компаратора повышается достоверность измерений и контроля параметров измеряемого сигнала.1098048 Составитель А.КаретниковРедактор Л.Авраменко Техред Л.Коцюбняк Корректор А.Тяск ПодписноеСР 683 ног 14/42 ТиражВНИИПИ Государствпо делам изобре3035, Москва," Жаказ омитета открытиикая наб 4 Рауш лиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4