Устройство для определения параметров установившегося значения аналогового сигнала

(51)5 6 ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕ НТНОЕВЕДОМСТВО СССРеочюди йл ПИСА ОМУ СВИДЕТЕЛ АВТ им. В,М тво СС 6, 1977(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВИВШЕГОСЯ ЗНА ЧЕНИЯ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА, Глушко- .(57) Сущность изобретения определениедлительности "полки" сигнала; превышающей заданную пороговую длительность. Устройство содержит элемент сравнения (1), генератор импульсов (2), реверсивный СчетР чик (3), пороговый счбтчик (4), цифроанало- говый преобразователь (5), счетчйквременИ (6), элементы И Р.8,9 10;11.;12); триггеры 13,14, группу переключателей (15), 1-7(8) 3 5-1,2-7(8)-4-12-14-9, 2-9" 6-15-10-13-11,13-12, 14-7(8), 2 ил.4версивного счетчика, выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, второй выход генератора импульсов соединен с первым входом третьего элемен, та И, выход которого соединен со счетным входом счетчика времени, дополнительно содержит четвертый, пятый и шестой элементы И, двэ триггера и группу переключателей, через которые единичный и нулевой выходы разрядов счетчика времени соединены с соответствующими входами четвертого элемента И, при этом дополнительный вход четвертого элемента И соединен с выходом третьего элемента И, выход четвертого элемента И соединен со входом первого трйггера, единичный и нулевой выходы которого соединены с первыми входами пятого и шестого элементов И, вторые входы которых подключены к выходу переполнения порогового счетчика, выход пятого элемента И подключен ко входу начальной установки счетчика времени, выход шестого элемента И связан со входом второго триггера, выход которого соединен со вторым .входом третьего элемента И и с третьими входами первого и второго элемейтов И.На фиг.1 представлена схема заявляемого устройства; на фиг,2 - временная диаграмма, поясняющая принцип действия устройства,ПреДлагаемое устройство для определения параметров установившегося режима аналогового сигнала содержит (см.фиг.1) элемент 1 сравнения, генератор 2 импульсов, реверсивный счетчик 3, пороговый счетчик 4, цифроаналоговый преобразователь 5; счетчик 6 времени, элементы 7-12 И, первый триггер 13 и второй триггер 14, а также группу (блок) 15 переключателей. При этом первый вход элемента 1 сравнения образует вход устройства, а выходы разрядов реверсивного счетчика 3 и выходы разрядов счетчика 7 времени образуют два информационных выхода устройства.Генератор 2 импульсов имеет двэ выхода, на которых образуются две серии сдвинутых во времени тактовых импульсов, что необходимо для исключения сбоев в работеустройства. 25 35 40 45 устройство для определения параметров установившегося значения аналогового сиг элемента сравнения, а выходы - со входами бы соответственно сложения и вычитания ре- ци Изобретение отноСится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано для определения в цифровой форме параметров установившихся состояний аналоговых сигналов различной физической природы, а именно для определения уровня установившегося значения сигнала и егодлительности во времени, В частности, устройство может найти применение в черной металлургии и литейном производстве 10 для определения параметров процесса кристаллизации расплава по термическим эффектам кривой охлаждения. Известно устройство для определения установившегося значения аналогового сиг нала, содержащее взаимосвязанные анало го-цифровой преобразователь, генератор импульсов, счетчик времени, дискриминатор локальных приращений, делйтель часто-ты и логические элементы И(см.йатент США 20 М 4246470, кл.235/92, 1981). Данное устройство обеспечивает автоматическое определение среднего значения сигнала в установившемся состоянии. Однако полученная информация являетсянедостаточной при решении целого ряда прикладных задач, в частности, задач контроля процесса кристаллизации расплава,Известно также устройство (см,а.с. СССР М 752162, кл, 8.01 й 25/06, 1980), 30содержащее взаимосвязанные элемент сравнения, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, три элемента И, пороговый счетчик, счетчик времени и генератор импульсов. Устройство позволяет аппаратным способом в реальном масштабе времени определить установившееся значение обрабатываемого аналогового сигнала и представить результат в цифровой форме, удобной для восприятия оператором и для последующего использования в системе управления,Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет определения длительности установившегося значения сигнала,Поставленная цель достигается тем, что нала, содержащее элемент сравнения, первый вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, генератор импульсов, первый выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам Все узлы устройства могут быть реали-зованы на отечественных интегральных элементах средней степени интеграции. Так, ,элемент 1 сравнения можно построить на микросхеме К 140 УД 13, генератор 2 импульсов может быть собран на микросхемах К 155 ЛН 1, К 155 ТМ 2 и К 155 ЛАЗ, реверсивный счетчик 3 и пороговый счетчик 4 могутть собраны на микросхемах К 155 ИЕ 7, фроанэлоговый преобразователь 5 - намикросхеме К 572 ПА 1, а счетчик 6 времени - на микросхемах К 155 ИЕ 5.Элемент 10 представляет собой многовходовой элемент И, первый вход которого подключен к выходу элемента 9 И, а осталь ные входы через блок 15 переключателей подключены к единичным и нулевым выходам разрядов счетчика б времени. Элемент 10 может быть собран, например, на микросхеме К 155 ЛА 2, элементы 7,8,9,11,12 - на 10 микросхемах.К 155 ЛАЗ, а триггеры 13 и 14 - на микросхемах К 155 ТМ 2,Положение переключателей блОка 15соответствует двоичному коду числа Й, связанному с требуемым порогом %, по про должительности установившегося режима и частотой 1 импульсов, поступающих на счетный вход счетчика 6 времени, следующим соотношением;И = о 1 - 1 " - .,:.:;: .- ., 20. Так, например, если требуемый порого равен 1,9 с, то при частоте 1 = 10 Гц число . М равно 18(соответствующий двоичный код 10010), Следовательно для установки такого порога переключатели второго и пятого 25 разрядов блока 15 переключателей нужно подключить к единичным выходам соответствующих разрядов счетчика б времени, а остальные переключатели подключить к нулевым выходам соответствующих разрядов 30 счетчика 6 времени.В исходном состоянии триггеры 13 и 14устанавливаются в нулевое состояние, Приэтом сигнал с нулевого выхода триггера 13 . открывает элемент 11 И, сигнал с единичного выхода триггера 13 блокирует элемент 12 И; а сигнал с нулевого выхода триггера 14 открывает элементы 7,8,9 И.В процессе работы устройства на первый вход элемейта 1 сравнения поступает 40 обрабатываемый аналоговый сигнал Х(с). На второй вход элемента сравнения 1 поступает компенсирующий аналоговый сигнал У(т) обратной связи с выхоДа цифроаналогового преобразователя 5. Если сигнал Х(т) больше 45 сигнала У(1) (режим "Недокомпенсация"), то на первом выходе элемента 1 сравнения образуется сигналлогической единицы, который открывает элемент 7 И, Если же обрабатываемый сигнал Х(т) меньше 50 компенсирующего сигнала У(т) (режим "Перекомпенсация"), то на втором выходе элемента 1 сравнения образуется сигнал логической единицы, который открывает элемент 8 И, При этом импульсы с первого 55 выхода генератора 2 поступают на вход сложения или вход вычитания реверсивного счетчика 3, что вызывает соответствующие изменения компенсирующего сигнала У Как только сигнал У(с) станет равным сигналу Х(с) с точностью до порога нечувствительности элемента 1 сравнения, элемент 8закрывается.Тем самым обеспечивается следящеепреобразование обрабатывающего сигналаХ(т) в цифровую форму, в процессе которогонэ выходах элементов 7,8 И образуется реверсивный число-импульсный код - последовательность кодовых. импульсов,соответствующих элементарным положительным и отрицательным приращениям обрабатываемогоо сигнала.В процессе обработки сигнала Х(т) кодовые импульсы с выходовэлементов 7 и 8 Ипоступают также на входы сложения и вычитания порогового счетчика 4. Если при этомчислоимпульсов, поступивших на тот илииной вход счетчика 4, превышает установленный порог яо по приращению аналогового сигнала, то на выходе переполненияпорогового счетчика 4 образуется импульс,который через открытый элемент 11 И поступает на вход начальной установки счетчика б времени. На счетный же входсчетчика 6 через открюый элемент 9 И постоянно поступают тактовые импульсы совторого выхода генератора 2;В интервале между моментами временито и т 1 (см.фиг.2) из-за большой скоростиизменения сигнала Х(1) пороговый счетчик 4будет сбрасывать счетчик 6 времени раньше, чем в счетчике 6 времени будет образовано чйсло й. Поэтому триггер 12 остается внулевом состоянии.В момент времени О (см.фиг.2), когданаступает установившийся режим и приращения обрабатываемого сигнала не превышают порог 6 прекращается сброс вначальное состояние счетчика 6 времениимпульсами переполнения порогового счетчика 4, В результате в момент времени 12 == ц + то в счетчике 6 времени образуетсячисло й, определяемое настройкой переключателей блока 14. При этом откр,ывается элемент 10 И. и следующий по счету .тактовый импульс проходит на вход триггера 13; устанавливая последний в единичноесостояние.Сигнал с нулевого выхода триггера 13закрывает элемент 11 И, а сигнал с единичного выхода триггера 13 открывает элемент12 И,В момент:времени тз завершается установившийся режим и на выходе переполнения порогового счетчика 4 снова образуетсяимпульс, Этот импульс через открытый элемент 12 И устанавливает триггер 14 в единичное состояние, Триггер 14 сигналом с10 20 25 30 35 45 50 нулевого входа блокирует элементы 7,8 и 9И,Таким образом в момент окончания установившегося режима прекращается дальнейшее прохождение кодовых импульсов навходы сложения и вычитания реверсивногосчетчика 3 и порогового счетчика 4, а такжепрохождение тактовых импульсов на счетный вход счетчика времени 6. В результатена информационном выходе (выходе разрядов) реверсивного счетчика 3 до начала следующего цикла обработки сигнала будетсохраняться цифровой код величины Хуст,представляющей собой значение сигнала вустановившемся режиме; а на информационном выходе счетчика 6 времени будет со-.храняться цифровой код величины Л 1 уст,представляющей собой продолжительностьво времени установившегося режима.Предлагаемое устройство имеет ряд существенных преимуществ по сравнению сбазовым устройством - цифровым анализа-тором."ГДАДУС", изготовленным опытнымпроизводством СКБ математических машини систем Института кибернетики имениВ.М. Глушкова АН УССР и внедрейным наметаллургическом заводе Электростальг,Электросталь, Московской обл. (информация о базовом устройстве содержится встатье Скурихина В.И.; Файнзильберга Л,С,Вычислительные средства для оценки технологических параметров по сигналу датчи ка кратковременного контакта. - журналУправляющие системы и машины, 1985, М4, с,19 - 24).Эти преимущества состоят в том, чтопредлагаемое устройство, в отличие от базового, позволяет определить не только величину сигнала в установившемся режиме,но и продолжительность во времени установившегося режима. При этом процедура обработки сигнала реализуется аппаратнымспособом на простейших узлах цифровойвычислительной техники, что обеспечиваетвысокую аппаратурную надежность работыустройства,Устройство может найти применение влитейном йроизводстве для автоматического определения параметров процесса кристаллизации (температур ликвидуса исолидуса, а также продолжительностей температурных площадок, соответствующихэтим температурам), что в конечном итоге обеспечивает возможность оперативно контролировать химический состав расплава,.Применение устройства в медицинской диагностике дает возможность достаточно просто получить информацию о продолжительности во времени и уровне изоэлектрических линий на электрокардиосигналах и пульсограммах, что в конечном итоге упрощаетпостановку диагноза по указанным сигналам.Формула изобретения Устройство-для определения параметров установившегося значения аналогового сигнала, содержащее элемент сравнения,первый вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с выходом,.цифроаналогового преобразователя, генератор импульсов, первый выход которогосоединен с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами элемента сравнения, а выходы - с входами соответственно сложения и въйитанйя порогового счетчика и реверсивного счетчика, выход которого соедийен с входом цифроаналогового преобразователя, второй выходгенератора импульсов соединей с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика времени, о тл и ч а ю ще е с я тем, что, с целью расширейия функциональных возможностей путем определения длительности установившегося значения сигнала, в него введены четвертый, пятый, шестой элементы И, два триггера и группа переключателей, через которые единичный и нулевой выходы разрядов счетчика времени соединены с соответствующими входами четвертого элемента И, при этом дополнительный вход четвертого элемента И соединен с выходом третьего элемента И, выход четвертого элемента И соединен с входом. первого триггера, единичный и нулевой выходыкоторого соединены с первыми входами пятого и шестого элементов И, вторые входы которых подключены к выходу переполнения порогового счетчика, выход пятого элемента И соединен с входом начальной установки счетчика времени, выход шестого элемента И соединен с входом второго триггера, выход которого соединен с вторымвходом третьего элемента И и третьими входами первого и второго элементов И.1783546 Х(Т) ТБ Редактор А,Мельников ереши Заказ 4518 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский Вц ГГЕРЯ