Устройство для контроля параметроврадиотехнических обектов

О П И С А Н И Е ( ) 79466ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(45) Дата опубл СССР по делам изабретеннй, И. Журибида, , С, Д, ЛебедевЪ В. Ф. Ващевский, В, Я, Голубчик,В, Н. Коробейников, В, С, Каленчуи Ю. Г. Портнов т кибернетики АН Украинской ССР 3. 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАЧЕТРОВ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВИзобретечие относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для автоматизации контроля параметров радиотехнических средств и систем,при оценке их технического состояния в полигонных условиях при воздействии разнообразных дестабилизирующих факторов.Известно устройство диагностирования, в частности, для системы обратных данных, исправляющее собственные ошибки и содержащее датчики прогнозирования поврекдения, устройства развертки, обеспечивающие развертку датчиков повреждения при некорректном выполнении операции со стороны блока, и средства накопления информации относительно некорректной операции, состояния первых датчиков и адреса блока системы, отмеченной как поврежденная 1.Известно также устройство, содержащее первый и второй блоки обработки данных, произвольные элементы, переключатель, постоянное запоминающее устройство (ЗУ) пос,ледовательности тестовых сигналов, первый и второй запоминающие элементы, блок установки первоначального состояния и детекторы ошибок 21.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для автоматрадиотехничжащее блологическийЗУ, блок ина риф метичеблок датчикчнк (3). изации контроля па еских средств и систе л задания последоват блок управления опер дикации, блок сдвига, кий блок, блок уп ов, преобразователь и раметров , содерльности, ативным вентили, авленпя, передат(71) Заявитель Ордена Ленина инст К недостаткам таких устройств относятся систематические и случайные отклонения результирующих кодов выходных сигналов измеряемых величин контролируемых систем от истинны значений, связанные с изменениями параметров окружающей среды (температуры, влажности, давления, освещенности, радиации, теплового, светового ц акустического излучений, вибрации), старением и саморазогревом датчиков и элементов, ухудшением контактов, колебаниями питающих напряжений, паразитными электромагнитными полями, дрейфом напряжений смещения нуля и входных токов, коэффициентов усиления, значений сопротивлечий и емкостей, Надежность (живучесть) известных устройств снижена из-за отсутствия самокалибровки и самоконтроля, ,вследствие чего полеъны 1 л сигнал может быть полчостью искажен помехами и шумами.Оно содержит блок датчиков 1, блок сопряжения 2, коммутатор 3, блок АЦП 4, блок управления бпервьгй вычислитель б, генератор опорных сигналов 7, блок эталонов 8,второй вычислитель 9, блок сканирования 10, блок сравнения 1, блок памяти 12, блок искусственной дестабилизации 13, в состав которого входят регистр 14, ЦАП 6065 Целью изобретения является повышениеточности и надежности измерения параметров нескольких одновременно функционирующих радиотехнических ооъектов (сис. тем) в условиях непрерывно меняющихся систематическим и случайным образом дестабилизпруюгцих воздействий.Поставленная цель достигается тем, что.в устройство для контроля параметров радиотехнических объектов, содержащее по. следовательно соединенные блок датчикоь,блок сопряжения, коммутатор, блок аналого-цифровых, преобразователей, первый вычислитель ч блок управления, выход кото.рого подключен ко второму входу первого 15вычислителя, второй вход - к первому,входу устройства, а первый вход блока дагчиков - ко второмч,входу устройства вве. .1 лены генератор опорных сигналов, второйвычислитель, олог( сканирования, блогс сравнения, олок эталонов и последовательносоединенные блок памяти, регистр, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и формирователь дестаоилизггрующего воздействия, выход которого подключен к первому 25(АЦП), ко второму, входу коммутатора ико второму входу блока сопряжения, соединенного третьим входом со вторым, входомвторого вычислителя, с третьим входомблока АЦП, с выходом устройства, с первым входом блока сравнения, со входомблока памяти, со вторым входом регистра,со вторым входом ЦАП, со вторым входом 35формирователя дестабилизирующего воздействия и через блок сканирования с третьим входом коммутатора, выход которогоподключен к третьему входу второго вычислителя, соединенного выходом с четвертым входом блока АЦПпятый, вход которого подсоединен к третьему входу первоговычислителя, к первому входу генератораопорных сигналов, к выходу блока сопряжения, к четвертому входу блока сопряже.ния и через блок эталонов к пятому входублока сопряжения. Четвертый вход первоговычислителя соединен с выходом блокасравнения, а пятый вход - со вторым входом блока сравнения,и с выходом блокапамяти. Выход и второй вход блока датчиков подключены ко второму входу и выходу генератора опорных сигналов соответственно,На чертеже представлена структурная 55схема устройства. 15 и формирователь дестабилизирующего воздействия 1 б.Устройство работает следующим образом.Измеряемые величины по второму входу 17 поступают в блок 1. Датчики блока 1 преобразуют измеряемые величины в форму, удобную для дальнейшей дистанционной ,передачи измеряемых величин. Например, неэлектрические величины (угол, поворота, линейное перемещение, температура, освещенность) преобразуются в электрические, электрические величины преобразротся в другис электрические величины (магнитный поток, ток - в напряжения).С выхода блока 1 сигналы поступают на вход блока 2, функционирующего под уп. равлением вычислителя б и осуществляющего операции ввода - вывода над входны. ми сигналами (расширение, адресацию, уп. равление, сжатие, клапанирование, промежуточное запоминание и,преобразование уровней) .Коммутатор 3 подключает сигнальные шины блока 2 ко входу вычислителя 9. Порядок подключения сигнальных шин определяется блоком О, функционирующим под управлением вычислителя б. В простейшем случае блок 10 может поочередно и последовательно во времени включать ключи коммутатора 3 и представлять собой рас пределитель импульсов. В зависимости ог числа и характера (веса) измеряемых па. раметров и числа контролируемых объек тов,возможны и более сложные алгоритмы управления коммутатором 3, реализуемые блоком 10. Вычислитель 9 осуществляет предварительную математическую обработку входных сигналов и,представляет собой набор огперациопных элементов (сумматоров-вы. читателей, интеграторов, дифференциаторов, перемножителей, фунжционалыньгх преобразователей), соединяемых друг с другом через ключи, управляемые сигналами вычислителя б, Таким образом, для каждого входного сигнала образуется свой дифференциальный анализатор, структура которого определяет последовательность и характер математических операций, выполняемых над входньгм сигналом. Указанная предварительная аналоговая обработка повышает общее оыстродействие устройства (т. е. в конечном итоге увеличивается число измеряемых параметров), позволяет уменьшить объем активной памяти вычислителя б (данные в аналоговом виде могут запоминаться на,интеграторах) и упрощает структуру вычислителя б. Интеграторьг, входящие в состав вычислителя 9, усредняют импульсные помехи, чем повышается помехоустойчивость всего устройства.Блок 4 преобразует входные сигналы в цифровой,код и представляет собой набор50 65 ЛПП (напряжение - код, временной интер.вал - код, частота - код).Синхронизация вычислителя б,и через вычислитель 6 остальных блоков устройства, загрузка устройства входной информацией через первый вход 18 осуществляется блоком 5.Параметры датчиков блока 1, цепей передачи данных блока 2, ключей коммутатора 3 операционных элементов вычислителя 9, аналоговых элементов блока 4 могут изменяться систематическим и случайным образом,при,неизменных первичных воздействиях (измеряемых параметров). Указанные изменения могут быть связаны с изменением параметров окружающей среды, особенно в полевых условиях (температуры, влажности, давления, радиации, теплового, светового и акустических излучений, вибраций), старением,и саморазогревом элементов, ухудшением контактов, колебаниями питающих напряжений, паразитными электромагнитными полями, дрейфом напряже. ний смещения, нуля и входных токов, коэффициентов усиления, значений сопротивлений,и емкостей. При неблагоприятном стечении обстоятельств .непредсказуемые изменения параметров могут лолностью исказить измеряемые, величины,Искажения сигналов в каждом из блоков 1, 2, 4, коммутаторе 3 и вычислителе 9 могут носить мультипликативный и аддитизный характер. В общем виде указанное положение можно записать в,виде формулы где У - искаженный сигнал;Э - эталонное значение сигнала;М - мультипликативный коэффициент; А - аддитивная составляющая сигнала.С помощью блока 13 определяются значения Ч и Л. Указанные значения М,и А используются для окончательных расчетов значений измеряемых величин, что позволяет получить точные значения измеряемых зеличин даже при существенном искажении измеряемых величин за счет влияния факторов дестабилизации и параметров,,Все операции по определению М и А осуществляются, вычислителем 6 и под управлением вычислителя б в интервале времени между двумя соседними измерениями или в начале каждого нового цикла, измерений, Поскольку один цикл, измерений за;нимает сравнительно небольшое время и за время цикла значения М .и А не успевают измениться заметным образом, можно:считать, что значения М и А корректируются непрерывно.В блоке 12 хранятся в цифровом виде эталонные значения измеряемых;величнн, верхняя и нижняя граница разрешенных изменений измеряемых величин и коды ис 5 О 15 20 25 30 35 4 О кусстзенных дестабилизирующих зоздейстзий. Хранение эталонов в цифровом,виде прп соответствующей разрядности эталона позволяет обеспечить долговременную стабильность,п точность эталона.1 алнброзка каждого олока тракта измерения и всего тракта в целом для каждой измеряемой величины носит индивидуальный характер.Из блока 12, управляемого вычислителем 6, в регистр 14 считывается код дестабилизируюцего воздействия, равный нулю. Преобразователь 15 преобразует указанный код з нулевое напряжение, которое формирователем 16 преобразуется в дестабилизирующий ток, мощность,и напряжение. После преобразования блоком 4 нулевого дестабилизурющего воздействия в код последний представляет собой аддитивную ошибку блока 4, которая записывается по соответствующему адресу ОЗУ вычислителя 6.Затем нулевое дестабилизирующее воздействие поочередно подается на вход вычислителя 9, коммутатора 3, блока 2, выходы которого подключены,непосредственно к блоку 4. Блок 4 преобразует последовательно напряжения с выхода указанных блоков в коды, которые записываются по соответствующим адресам ОЗУ вычислителя 6. Аддитпвная ошибка каждого из блокоз 2, 3, 9 равна алгебраической сумме полученной аддитивной ошибки и аддитивной ошибки блока 4. Результирующая аддитивная ошибка последовательно включенных блоков 2, 3, 9 и 4 равна алгебраической сумме аддитивных ошибок каждого из,перечисленных блоков. Все,вычисления над ошибками производятся з цифровом виде в вычислителе 6. Затем на вход блока 4 с блока 12 через блок 13 подается дестабилизирующее воздействие, не равное нулю. Полученный код, представляюгций собой в общем случае код У искаженного сигнала, засылается в ОЗУ вычислителя 6,По,известным значениям кодов У, Э и А блока 4 з вычислителе 6 вычисляется значение мультипликативного коэффициента М по формуле Поочередно возбуждая каждый из блоков 2, 3 .и 9 ненулевым дестабилизирующим воздействием и преобразуя результаты воз. б видения з код в блоке 4 с учетом собственного мультипликативного коэффициента блока 4, вычисляются в вычислителе б м льтипликативные коэффициенты указан. ных блоков.Результирующий мультипликативный ,коэффи циент последовательно включенных блоков , 3, 9 н 4 равен произведению мультнплнкатизного коэффициента каждого из блоков 2, 3, 9 и 4.Определение аддитивных ошибок и мультипликатнвных,коэффициентов датчи- НОВ Олокз 1, как наименее надежных и стз бильных элементов в тракте контроля из. меряемых величин, осуществляется несколько более сложным способом.Сначала дестабилизирующими воздействиями возбуждается блок 8, который содержит эеВиВяленты датчиков Олока 1, формирующие сигналы, связанные по набору параметров (амплитуда, форма, длительность) с параметрами соответствующих датчиков блока 1 линейными зависимостями. Эквиваленты датчиков блока 8, не связанные с реальными измеряемыми зелячи нами, конструктивно представляют собой высокостабильные элементы. Например, эквивалент датчика - шунта в блоке 1 в блоке 8 может быть выполнен небольших раз- МЕРОВ ИЗ МЯНГЯНИНЯ ИЛИ КОНСТЗНТЗНЯ; ЭКЗП- валент датчика - фотоприемника может быть вьполнен в виде эталонной оптической пары (лампа накаливания - фотоумножитель), эквивалент датчика - ,измери- ТЕЛЯ ТОНЯ МОЖЕТ ОЫТЬ ВЫПОЛНЕН В ВИДЕ ЭТЯ- лонного генератора тока. Сказанное отно. снтся и к любым другим датчикам. Следует отметить, что блок 8 может быть также тер. мостатирован, тщательно экранирован. Блок 8 позволяет определить сквозные ошибки тракта от блока 1 до вычислителя.Ошибки датчиков блока 1, вызванные изменением знешннх условий, определяются с помощью генератора 7. Конструктивно опорные элементы генератора 7 встроены в датчики блока 1. Например, датчик внешнего осве 1 цения может освещаться источником эталонного светового потока, датчик- трансформатор может возбуждаться эталонным магнитным потоком эталонного единичного витка, намотанным на тот же сердечник трансформатора, датчик угла поворота может через редукторную передачу с эталонным приводом поворачиваться на единичный угол.Сигналы с датчиков блока 1, полученные в результате возбуждения опорных элементов датчиков генератора 7 блоком 13, сравниваются с сигналами с эквивалентов датчиков с блока 8, Поскольку все сигналы в предлагаемом устройстве преобразуются в коды,и записываются в ОЗУ Вычислителя б, то вычислитель б в течение каждого заданного интервала времени постоянно вычисляет индивидуальные ошибки каждого из блоков 1, 2, 3, 9 и 4 ,и эквивалентну 1 о ошибку всего измерительного тракта. В вычислителе б при известных ошибках измерительного тракта определя 1 отся действительные значения измерительных величин путем вычитания из искаженных сигналов датчиков блока 1 суммарной ад 1 О 15 20 с 30 35 404550 55 60 65 днтР 1 вной ошно:;и и деления на результир ющнй мультипликативный коэффициент.В блоке 11 сравниваются неискаженнье значения измеренных величин с выхода з . - чнслителя б и эталонные значения измеренных везичин с выхода регистра блока 12, Результат сопоставления (измеренная велРичина выше, чиже, равна заданными верхней и нижней эталонной границе измененРия измеряемой величины) с выхода блока 11 через вычислитель б поступает для соответствующей;1 нтерлретации на вход выходнон информации (внешние устройства, сигнал нрсрывя РН 1 я., оператор) .Определение истинных значений измерясмых величРВН в условиях непрерывно ме. няющихся внешних воздействий, что характерно для полигочных условий, осуществляется благодаря непрерывной самокал- брозке и самонастройке данного устройст. ва. Указанные адаптивные свойства позь 1- шают надежность (живучесть) устройства и позволяют выделить полезнысигнал при отношении сигнал в поме (эквивалентное воздействие всех дестабилизи.- рующих факторов рассматривается как помеха), меньшем единицы. Используемая в устройстве обратная отрицательная аналого-цифро-аналоговая связь с вычислителем в контуре обратной связи позволяет показатель качества устройства поддерживать на оптимальном, заранее заданном уровне, причем значение указанного уровня может изменя гься или программно, или оператором. форма дестабилизирующих воздействий (релейные, постоянные, пилообразные, сит соидальные, экспоненциальные) с выхода блока 13 может задаваться и изменяться вычислителем б через блок 12, в котором могут храниться в цифровом виде последовательности кодов, соответствующие указанным выше дестабилизирующим воздействиям, т. е, блок 13 может выпол,нять также функции генератора тестового возмущения.При отсутствии дестабилизирующих возмущений описанный режим функционирования устройства эквивалентен непрерывной самопроф 14 лактике и самоконтролю,Использование в устройстве новых элементов выгодно отличает предлагаемое устройство для автоматизации контроля лара- метров радиотехнических объектов и систем от известных, так как исключаются систематические и случайные отклонения кодов выходных сигналов, измеряемых величин контролируемых систем от истинных значе:1 ий 1. связанных с изменением параметров окружающей среды (температуры, влажности, дазления, освещенности, радиации, теплового, светового и акустического излучеРРия, вибрации), старением и саморазогревом датчиков и элементов, ухудшением .;Онтзктоз, колебаниями питающих напряжений, пяразитными электромагнитнымиполями, дрейфом напряжений смещения нуля и входных токов изменением коэффициентов усиления и значения радиоэлементов. Также повышается надежность (живучесть) предлагаемого устройства благодаря самокалибровке и самоконтролю. Формула изобретения10Устройство для контроля параметров радиотехнических объектов, содержащее последовательно соединенные блок датчиков, блок сопряжения, коммутатор, блок аналого-цифровых преобразователейпер вый вычислитель и блок управления, выход которого подключен ко второму входу первого вычислителя, второй, вход - к первому входу устройства, а,первый вход блока датчиков - ко,второму входу устройства, 20 отл ич а ющее ся тем, что, с целью по,вышения достоверности результатов контроля и надежности устройства, в;него введены генератор опорных сигналов, второй вычислитель, блок сканирования, блок сравнения, блок эталонов,и последовательно соединенные блок памяти, регистр, циф.ро-аналоговый преобразователь и формирователь дестабилизирующего воздействия, выход которого подключен к первому,входу второго вычислителя, второму входу блока аналого-цифровых преобразователей, ко второму входу коммутатора и ко,второму входу блока сопряжения, соединенного третьим входом со вторым входом второю,вычислителя, с третьим входом блока аналого-цифровых преобразователей, с выходом устройства, с первым входом блока сравнения, со входом блока памяти, со вторым входом регистра, со вторым входом цифро-аналогового преобразователя, со вторым входом формирователя,дестабилизирующего воздействия и через блок скани. рования - с третьим входом коммутатора, выход которого подключен к третьему входу второго вычислителя, соединенного,выходом с четвертым входом блока аналогоцифровых преобразователей, пятый вход которого подсоединен к третьему входу первого вычислителяк первому входу генератора опорных сигналов, к выходу блока сопряжения, к четвертому входу блока сопряжения и через блок эталонов к пятому входу блока сопряжения, четвертый вход первого вычислителя соединен с выходом блока сравнения, а пятый вход - со вторым входом сравнения и с выходом блока памяти, причем выход и второй вход блока датчиков подключен ко второму входу и выходу генератора опорных сигналов соответственно. Источники информации, принятые во внимание,при экспертизе:1. Акцептованная заявка Франции2285659, кл. 6 06 Р 11/06, опублик. 1976.2. Патент США4025767, кл, 235-153, опублик. 1977.3. Патент США3665399, кл. 340-152, опублик. 1972 (прототип),,раж Заказ 1761129 тизл М 131 1 КГО сПоиск Государственного коь".итета СССР пс 113035, Москва, Ж.35, Рауцская