Устройство для испытаний аналоговых функциональных элементов автоматических систем

(561 Исследование обпикосекундных импульГ.В. Глебовича. М.:1984Р 27А,С.БондЕфимчик кий,ощью ъектов с по сов,/Под ре Радио и свя е о 1 ТАНИНМЕНТОВ ся к средыть испольиспытанийи элементовение точноего упрощеисточникГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ Рябинин Ю.А, Стробоскопическ осциллографирование.-М.: Советс радио, 1972, с. 6-1.0 рис. 0.2.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЬ ГОВЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ (57) Изобретение относи ствам контроля и может эовано для динамических аналоговых функциональнь Цель изобретения - повыш сти работы устройства и ние, Устройство содержи 2 испытательных сигналов, широкополосную линию задержки 3, блок выборки 4, АЦП 5, регистратор 6, синхронизатор 7, формирователь 8 импульса модуляции, элементы ИЛИ 9, 10,25, 26) элементы И 11, 12, 21, 29,30, элемент НЕ 31, триггеры 13, 14,22, 23, компаратор 15, генератор 16опорного ступенчатого напряжения,элементы задержки 20, 24, формирователи 27, 28 импульсов, двухразрядный счетчик 32, делитель частоты 33,Генератор 16 имеет ЦАП 17, реверсивный счетчик 18, элементы И 19. Уст -ройство позволяет уменьшить случайную составляющую. дискретизации сигналов, снизить погрешность измерений и исключить влияние шумов блокарегулируемой временной задержки.Кроме того, устройство обеспечиваетасинхронный режим взаимодействияблоковчто позволяет использоватьмедленно действующие АЦП и регистратор. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.35 Изобретение относится к техническим средствам контроля и можетбыть использовано для динамическихиспытаний аналоговых функциональныхэлементов, систем автоматическогоуправления и обработки данных сцелью определения их динамическиххарактеристик.Цель изобретения - повышение точности работы и упрощение устройства,На чертеже представлена схемаустройства.Схема содержит испытуемый объект1, источник 2 испытательных сигналов, 15широкополосную линию 3 задержки, блок4 выборки, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, регистратор 6, синхронизатор 7, формирователь 8 импульса модуляции, первый 9 и второй 10 20элементы ИЛИ, первый 11 и второй 12элементы И, первый 13 и второй 14триггеры, компаратор 15, генератор16 опорного ступенчатого напряжения(ГСН) с цироаналоговым преобразователем (ЦАП) 17, реверсивным счетчиком 18 и элементами И 19, первыйэлемент 20 задержки, третий элементИ 21, третий 22 и четвертый 23 триггеры, второй элемент 24 задержки, ЗОтретий 25 и четвертый 26, элементыИЛИ, первый 27 и второй 28 формирователи одиночных импульсов, четвертый 29 и пятый 30 элементы И, элемент НЕ 31, двухразрядный счетчик32, делитель 33 частоты, вход 34сброса, вход 35 запуска,В исходном состоянии устройства,в которое оно переключается по сигналу сброса, поступившему на вход 4034, выходные нулевые сигналы триггеров 13 и 14 блокируют элементы И 11и 12, выходной единичный сигнал триггера 22 деблокирует элемент И 21,содержимое счетчика 18 становитсяравным, например, единице, что приводит к появлению на выходе ПАП 17соответственно единичной ступенинапряжения; делитель 33 устанавливается в положение, при котором достигается требуемый коэффициент деления, триггер 23 переключается вположение, при котором его соответствующий выходной сигнал, напримерединичный, задает прямое направление счета реверсивного счетчика 18и деблокирует элемент И 29, а второйвыходной сигнал триггера 23 (нулевой)блокирует элемент И 30, двухразрядный счетчик 32 устанавливается в нулевое состояние.Устройство работает следующим образом,По сигналу запуска на входе 35переключается триггер 14, и его изменившийся выходной сигнал деблокирует элемент И 12. Первым появившимся сигналом синхронизатора 7 (егопорог срабатывания настроен на уровень, соответствующийначалу изменения или началу периода испытательного сигнала источника 2), переданнымчерез деблокированный элемент И 12,переключается триггер 13 и его выходной сигнал деблокирует элемент1И 11. Периодически генерируемыйиспытательный сигнал сравнивается вкомпараторе 15 с установленным выходным уровнем напряжения ЦАП 17,при равенстве или неравенстве которых компаратор выдает соответствующие сигналы.Для испытаний объектов используют обычно образцовые мбногармониче-.ские (например, косинусоидальные)или импульсные (типа дельта-функции)периодически повторяющиеся сигналыс одним максимумом. При сравненииподобных сигналов с установленным выходным уровнем ГСН 16 компаратор 15формирует прямоугольный импульс,соответствующий логическим значениям двоичных сигналов 0-1-0 (илинаоборот). Источник 2 испытательныхсигналов, компаратор 15 и ГСН 16образуют узел регулируемой временнойзадержки, По мере изменения выходно-.го напряжения ГСН выходные сигналыкомпаратора 0-1 и 1-0 последовательно смещаются во времени относительноначала испытательного сигнала наопределенный шаг,1Б соответствии с сигналами компаратора осуществляется дискретизация сигнала на выходе испытуемого объекта, При этом испытательный сигнал используется одновременно для временной развертки сигнала на выходе испытуемого объекта с преобразованием его временного масштаба (стробоскопическим преобразованием)Но так как испытательный сигнал может быть знакопеременным, например моногармоническим, то для осуществления временной развертки сигнала на выходе испытуемого объекта1411712 0 20 35 50 55 в соответствии с полной длительностью испытательного сигнала в схемеиспользованы формирователи 27 и 28импульсов. Формирователь 27 формирует импульсы в моменты времениравенства уровню ГСН испытательного,сигнала при нарастании последнего,а формирователь 28 - при спаданиииспытательного сигнала. Передачаимпульса того или иного формирователя происходит через соответствующие элементы И 29 и 30, коммутируемые триггером 23,С началом работы устройства длядискретизации выходного сигналаиспытуемого объекта используются импульсы формирователя 27 и элементИ 29 оказывается деблокированным.Для того, чтобы схемы формирователей были идентичны, на входе Формирователя 28 включен элемент НЕ 31.Первый импульс формирователя 27,появившийся после переключения триг.гера 13 и деблокирования элементаИ 11, проходит через элемент И 11и через элемент ИЛИ 9 поступает навходы сброса триггера 13 и 14, Этитриггеры переключаются в исходноесостояние и вновь блокируют элементы И 11 и 12,Формирователем 8 периодическиформируются короткие импульсы длядискретизации в блоке 4 выборки испытательного сигнала, переданногочерез объект 1, Дискретизация осуществляется в моменты времени относительно начала испытательногосигнала и на его уровне, определяемом установленным выходным напря жением ГСН 16.Передача испытательного сигнала на вход испытуемого объекта задерживается широкополосной линией 3 на время задержки формирования и переда чи импульса дискретизации в блок выборки. Эта задержка обусловлена инерционностью, т.е, суммарной за" держкой компаратора формирователей 8,27 (28), элементов 26 и 29 (30).С задержкой в элементе 20 на.время, необходимое для установления напряжения на выходе блока выборки, по сигналу компаратора (точнее, импульсом, сформированным из переднего или заднего фронта этого сигнала) запускается АЦП 5. Но благодаря блокировке элемента И 11, несмотря на периодически Формируемые компаратором сигнала сравнения, в цепь запуска АЦП передается только один какойто сигнал из последовательности, этих сигналов сравнения. Передача на выход элемента И 11 очередного сигнала и последующий очередной запуск АЦП задерживаются при этом на время, необходимое для выполнения предыдущего цикла аналого-цифрового преобразования и регистрации, и синхронизированы с началом появления текущего испытательного сигнала или началом периода этого сигнала. Такой асинхронный режим взаимодействия позволяет применять медленно действующие и простые АЦП и регистратор независимо от частоты генерации испытательных сигналов.По сигналу конца измерения АЦП запускается регистратор 6, и в нем фиксируется текущее кодированное дискретное значение испытательного сигнала, измеренное на выходе испытуемого объекта.Каждым определенным числом и сигналов конца измерения АЦП одновременно с началом и-го цикла регистрации по сигналу делителя 33 к содержимому счетчика 18 прибавляется единица и выходное напряжение генератора 16 увеличивается на одну ступень,Число и определяется коэффициентом пересчета делителя 33. Благодаря этому реализуется режим ираэового накопления одних и тех же мгновенных значений испытательного сигнала, измеренных на выходе испытуемого объекта, т,е. в блоке выборки. с возможностью их последующей дополнительной статистической обработки. Таким образом, дополнительно повышается точность определения характеристик испытуемого объекта.Сигналом конца регистрации, переданным через деблокированный элемент И 21 и элемент ИЛИ 10, выполняется очередной запуск устройства и описанный цикл дискретизации очередкого текущего мгновенного значения испытательного сигнала, его кодирование и регистрация повторяются аналогично описанному.Когда текущий установленный уровень напряжения генератора превысит амплитуду испытательного сигнала, сигнал на выходе компаратора перестает изменяться. Поэтому с передачей сигнала синхронизатора через де14117 блокированный элемент И 12 на вход триггера 13 последний при этом переключается, но ввиду отсутствия сигнала комларатора остается в этом по ложении. Выходные сигналы элемента И 1 2 подсчитывает двухразрядный счетчик 32. До превышения напряжением ГСН16 амплитуды испытательного сигнала этот счетчик сбрасывается каждый раз .1 О в нулевое состояние одновременно с переключением триггеров 13 и 14 выходным сигналом элемента И 11. Если элемент И 12 оказывается деблокированным и счетчик 32 начинает подсчи тывать количество следующих один за другим сигналов синхронизатора, то два таких сигнала, подсчитанных счетчиком 31, являются признаком того, что компаратор 15 зафиксировал пре вышение текущим установленным уров:нем генератора амплитуды испытатель-ного сигнала. При этом выходной сигнал счетчика 32 (признак числа 2 в этом счетчике) переключает триггер 2523. Изменившиеся выходные сигналыэтого триггера блокируют при этомэлемент И 29, деблокируют элемент И 30 и переключают счетчик 18 через соответствующий элемент И 19 на счет 30 в обратном направлении, т,е. в режим вычитания.Кроме того, выходной сигнал счетчика 32, с задержкой в элементе 24, необходимой на установление сигналов триггера 23, передается через элемент ИЛИ 25 на счетный вход счетчика 18. При этом напряжение ГСН 16 уменьшается на одну ступень. Одновременно сиг-, налом элемента 24, переданным через 40 элемент ИЛИ 9, переключаются в исходные состояния счетчик 32 и триггеры 14 и 13, сигналы которых блокируют элементы И 11 и 12 соответственно, Далее устройство продолжает работать 4 В описанным выше образом, но теперь напряжение генератора в каждом цикле последовательно уменьшается, а импульсы дискретизации формируются при спадании испытательного сигнала в момен ты времени, соответствующие переключению компаратора из "1" в "О".В каждом цикле параллельно с кодом АЦП регистрируется текущий код счетчика 18, который соответствует истинному мгновенному значению испытательного сигнала на выходе источника 2 в момент дискретизации испытательного сигнала на выходе объекта 12 6а также один из сигналов триггера 23,являющийся признаком знака испытательного сигнала - его нарастаниеили спадаВместе с тем, счетчик 18подсчитывает количество ступенейопорного напряжения и соответствующеечисло дискретизуемых мгновенных значений испытательного сигнала на выходе объекта до и после амплитудного значения этого сигнала. По сигналу обнуления этого счетчика, соответствующему регистрации и-го отсчетапоследнего иэ мгновенных значенийиспытательного сигнала на первомуровне квантования, переключаетсятриггер 22. Нулевым сигналом этоготриггера блокируется И 21 и запрещается очередной запуск устройстватекущим сигналом конца регистрации.При этом устройство прекращает работу до поступления нового сигналасброса и последующего сигнала запуска. По разности истинного мгновенного значения испытательного сигнала на входе объекта и соответствующего дискретного значения этого сигнала на выходе объекта можно определить временную задержку испытуемого объекта, а по совокупности указанных значений испытательного сигнала можно путем последующей обработки определить полные динамические характеристики испытуемого объекта,такие как АЧХ, ФЧХ, .переходную. Ф о р м у л а и з обретения 1, Устройство для испытаний аналоговых функциональных элементов автоматических систем, содержащее источник испытательных сигналов, широкополосную линию задержки, блок выборки, аналого-цифровой преобразователь, регистратор, синхронизатор, формирователь импульса модуляции, компаратор и генератор опорного ступенчатого напряжения, первый информационный выход которого соединен с первым входом компаратора, второй информационный выход - с первым информационным входом регистратора, вход сброса является входом сброса устройства, второй вход компаратора, вход синхронизатора и информационный вход широкополосной линии задержки связаны с выходом источника испытательных сигналов, управляющие входы14172 динен с первым входом третьего эле- выходом генератора. В 11 ИИПИ Заказ 3653/43 Тираж 866 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 широкополосной линии задержки и блока выборки подключены к выходу формирователя импульса модуляции, выход широкополосной линии задержки.5 является выходом устройства для подключения испытуемого объекта, информационный вход блока выборки служит для ввода в устройство реакций объекта, а выход соединен с информационным 1 О входом аналого-цифрового преобразователя, информационный и управляющий выходы которого связаны соотг тственно с вторым информационным и первым управляющим входами регистратора, )5 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности работы и упрощения устройства, в него введены первый, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, первый, второй, третий, 20 четвертый и пятый элементы И, первый, второй, третий и четвертый триггеры, первый и второй элементы задержки, первый и второй формирователи импульсов, элемент НЕ, двухразрядный счет чик и делитель частоты, информационный вход которого связан с управляющим выходом аналого-цифровогопреобразователя, а управляющий вход, единичные входы третьего и четвертого ЗО триггеров и первый вход первого элемента ИЛИ являются входом сброса устройства, управляющий вход аналогоцифрового преобразователя соединен с выходом первого элемента задержки, вход которого и второй вход первого элемента ИЛИ подключены к выходу первого элемента И, первый вход которого соединен с прямым выходом первого триггера, а второй вход и вход фор О мирователя импульса модуляции связаны с выходом четвертого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам четвертого и пятого элементов И, первые входы которых соединены соответст 1 венно с выходами первого и второго формирователей импульсов, а вторые входы - соответственно с прямым и инверсным выходами четвертого триггера, 5 О которые связаны соответственно с первым и вторым управляющими входами генератора опорного ступенчатого напряжения, управляющий выход которого подключен к нулевому входу третьего триггера, прямой выход которого соемента И, выход которого связан с первым входо т второго элемента ИЛИ,второй вход которого является входомзапуска устройства, второй вход третьего элемента И подключен к управляющему выходу регистратора, второй управляющий вход которого соединен спрямым выходом четвертого триггера,нулевой вход которого и вход второгоэлемента задержки связаны с выходомдвухразрядного счетчика, счетныйвход которого и единичный вход первого триггера подключены к выходувторого элемента И, первый вход которого соединен с выходом синхронизатора, второй вход - с прямым выходом второго триггера, единичный входкоторого связан с выходом второгоэлемента ИЛИ, а нулевой вход, входсброса двухразрядного счетчика и нулевой вход первого триггера - с выходом первого элемента ИЛИ, третий вход которого и первый вход третьего элемента ИЛИ подключены к выходувторого элемента задержки, второй вход третьего элемента ИЛИ соединенс выходом делителя частоты, а выход - с установочным входом генератора опорного ступенчатого напряжения, выход комларатора связан с в:;с -дом первого формирователя импульсов и с входом элемента НЕ, выход которогб подключен к входу второго формирователя импульсов.2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что генератор опорного ступенчатого напряжения содержит цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, первый и второй элементы И, первые входы которых образуют соответственчо первый и второй управляющие входы генератора, вторые входы являются установочным входом генератора, а выходы соедчнены соответственно с входами суммирования и вычитания реверсивного счетчика, вход сброса которого является входом сброса генератора, выход обнуления - управляющим выходом генератора, а информационный выход связан с входом цифроаналоговогопреобразователя и служит вторым информационным выходом генератора, выход цифроаналогового преобразователя является первым информационным