Устройство для контроля и измерения параметров

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1 н 947833(1 М Кл 3 0 05 В 23/02 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытийОпубликовано 300782, Бюллетень М 928 Дата опубликования описания 30.07,82(72) Автор, изобретения Ю.Н.Самарцев г:;, (ЩК 1Киевский ордена Ленина политехнический инстивут 10им. 50-летия Великой Октябрьской социйлидтйческойреволюции(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И ИЗМЕРЕНИЯПАРАМЕТРОВ Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для автоматического контроля и измерения параметров функциональных элементов н схем,Известно устройство для контроля интегральных схем, содержащее вычислительную машину, блок ввода, блок управления, анализаторы, соединенные с выводами контролируемой интегральной схемы, блок опорных воздействий, генератор, формирователь сигналов и цифровой вольтметр 1 ).В известном устройстве посред ством анализаторов задаются испытательные воздействия на испытуемую схему и контролируются значения выходных параметров, снимаемых с выводов испытуемой схемы. Однако это устройство имеет низкую достоверность контроля из-за погрешностей преобразования и измерения контролируемых параметров.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является дискретная система автоматического контроля и измерения параметров, содержащая блок формирования испытательных сигналов, коммутаторы, промежуточные преобразователи контролируемых параметров, аналого-цифровой преобразователь, блок сопоставления, логический блок, устройствовыдачи результатов измерения, блоквывода, блок самопроверки, блок управления, блок формирования эталонных сигналов 2,В известном устройстве блок сопоставления анализирует разностькодов, соответствующих эталонномусиГналу, сформированному блоком формирования эталонных сигналов, и контролируемому параметру, подаваемых 15 по общему тракту, поэтому аддитив. ные погрешности промежуточного преобразования и кодирования вычитаются. Однако в этом случае достоверность контроля и точность измерениянедостаточны, так как на результатыконтроля и измерения значительноевлияние оказывают мультиплнкативнаясоставляющая погрешности и погрешность нелинейности промежуточных 25 преобразований, возникающая из-затого, что преобразование тестовогосигнала и контролируемого параметрапроисходит в разных точках динамической характеристики тракта пре образования и измерения.Цель изобретения - повышение достоверности контроля и точности измерения параметровПоставленная цель достигается тем, что н устройство для контроля и измерения параметров, содержащее блок 5 формирования испытательных сигналов, соединенный выходами с входами первого коммутатора, подключенного выходом к входу объекта контроля, второй коммутатор, соединенный выхода ми через соответствующие первые масштабные преобразователи с первыми входами третьегокоммутатора, логический блок и аналого-цифровой преобразователь, соединенные выходами с первым и вторым выходами устройства соответственно, управляющие входы блока формирования испытательных сигналов, первого, второго, третьего коммутаторов логического блока и блока формирования эталонных сигналон соединены с соотнетствуюцими выходами блока управления, внедены второй и третий масштабные преобразователи, сумматор, первый и втоРОЙ 25 блоки памяти, источник опорных сигналон, блок вычитания, усилитель, четвертый и пятый коммутаторы и ,двухпороговый компаратор, соединенный выходами с входами логического блока, первым входом - с выходом второго масштабного. преобразователя и первым входом блока вычитания, вторым и третьим входами - с соответстнуюцими первым и вторым выходами источника опорных сигналов, подключенного третьим выходом к второму входу блока вычитания, выход которого соединен через усилитель с первым входом четвертого коммутатора, подключенного первым выходом к.пер ному входу перного блока памяти и первому входу третьего масштабного преобразователя, соединенного вторым входом с четвертым выходом источника опорных сигналов, выходом - 45 с первым входом сумматора, соединенного вторым входом с выходом третьего коммутатора, выходом - с первым входом второго масштабного преобразователя, второй вход .которого подключен к второму выходу четвертого коммутатора и первому входу второго блока памяти, соединенного управляющим входом с выходом блока управления, соединенным соответствующими выходами с соответствующими управляющими входами второго блока памяти, источника опорных сигналон и четвертого коммутатора, выход пятого коммутатора соединен с нходом второго коммутатора, первый вход - с вторым выходом первого коммутатора, второй вход - с выходом объекта контроля, третий вход - с выходом блока формирования эталонных сигналов. 65 На фиг,1 приведена блок-схемаустройства; на фиг.2 - обобщенныекривые функции преобразования устройства.Устройство содержит блок 1 формирования испытательных сигналов,включающий источники испытательныхвоздействий (генераторы) 2, первыйкоммутатор 3, блок 4 управления,пятый коммутатор 5, блок б формирования эталонных сигналов, второйкоммутатор 7, первые масштабные преобразователи 8, третий коммутатор 9,сумматор 10, третий масштабный преобразователь 11, источник 12 опор-,ных сигналов, днухпороговый компаратор 13, второй масштабный преобразователь 14, аналого-цифровой преобразователь 15, блок 16 вычитаний,усилитель 17, четвертый коммутатор18, первый 19 и второй 20 блоки памяти, логический блок 21, объект 22контроля соединен входами с выходамипервого коммутатора, а выходами свторыми нходами пятого коммутатора.На фиг.2 изображены следующиефункции преобразонания устройства;1 - идеализированная функция преобразования; 2 - реальная функция преобразования тракта преобразования;3 - скорректированная н результатедействий системы функция преобразования системы для контроля и измерения параметров; 4 - функция преобразования, по которой происходитпреобразование параметров в системе-прототипе,Устройство работает следующимобразом.Функция преобразования трактапреобразования, состоящего из коммутаторов 5, 7, 9 и преобразователей 8, н обцем виде имеет вид кривой2 (фиг.2) и описывается функциейвидаУ(Х) = КХ+Ь+ Ьнел(Х)где Х и У - входной и выходной сигналы тракта преобразования;К - коэффициент, характериэуюций линейную составляющую функции преобразования;Ь - начальное (нулевое) смещение функции преобразования, аддитивная составляющая погрешности преобразования;Д (Х) - нелинейная состанляющаяНЕЛфункции преобразованиязависимости от входногосигналаГодность контролируемого объекта 22 определяют по величине преобразованного сигнала Ж объекта 22, возбуждаемого испытательными сигналами, поступающими на вход объекта 22от блока 1 формирования испытатель= ных сигналов.Необходимо, чтобы значение контролируемого параметра И объекта 22 при возбуждении от одного из генераторов 2 испытательных сигналов находилось в пределах нижнего Жн и верхнегоа.е допустимых значений, т.е. если при контроле выполняется условиежн з1 Ото параметр принимается годным, в , противном случае - негодным.Суждение о годности объекта контроля производится в предлагаемой системе по значению преобразованного 15 системой сигнала.Система работает в двух режимах: режиме коррекции Функции преобразования тракта преобразования и режиме контроля и измерения.В зависимости от вида контролируемого параметра блок 4 управления выбирает с помощью коммутаторов 3, 7, 9 генератор 2.испытательных сигналов, входы и выходы контролируемого объекта 22, преобразователь 8, 25 эталонный сигнал, формируемый блоком 6 Формирования эталонных сигналов. Блок б формирует эталонные сигналы в зависимости от вида контролируемого параметра Ж объекта 22 30 контроля, Источник 12 опорных сигналов формирует опорные сигналы в соответствии с видом выходных сигналов У тракта преобразования.Режим коррекции функции преобразования тракта преобразований осуществляется в два такта.В первом такте блок 4 с помощью коммутаторов 7, 9 выбирает необходимый для преобразования контролируемого параметра преобразователь 8, а также устанавливает с помощью блока б формирования эталонных сигналов вид эталонного сигнала Хе, физически однородный контролируемо му параметру 26 . Коммутатор 5 подключает выход блока б Формирования эталонных сигналов к входу коммутатора 7.В начальный момент вход коммута:тора 18 отключен от выходов. Источник опорных сигналов 12 формирует на своем выходе, подключенном к масштабному преобразователю 11, нулевой сигнал, следовательно, сигнал уо на выходе преобразователя 11 ра вен нулю, т.е, Уо = О Коэффициент преобразования К 4 масштабного преобразователя 14 равен единице, т.е, К,ц,=1, На одном из двух других выходов источника 12, соединенных 60 с двумя входами компаратора 13, фор-. мируется сигнал У =О, а на втором сигнал У, значение .которого заведомо больше значения сигнала УИ, пре,образованного трактом преобразования 65 входного сигнала Х, значение которогоравно нижнему допустимому значениюЖн контролируемого параметрам . Блок6 Формирования эталонных сигналов формирует эталонный сигнал Х , значение которого равно нижнему допустимому значению% контролируемого параметра , т.е.Х = Хо=Жи,где Х - сигйал на входе тракта преобразований.Преобразованный трактом преобразо-ваний сигнал У через сумматор 10,масштабный преобразователь 14 поступает на сигнальный вход компаратора 13. В зависимости от того, большеили меньше нуля значение У, преобразованного трактом преобразованиясигнала У =У=он, блок 4 управленияформирует в дальнейшем знак опорного сигнала на первом выходе источни-.ка 12 опорных сигналов, соединенномс преобразователем 11. Если УрО,то формируется опорный сигнал отрицательной полярности, если У О - положительной.Пусть (фиг.2) значение Хн, соответствующее кривой 2 реальной функциипреобразования тракта преобразования, больше нуля, т.е. Унт О, Тогдана выходе источника 12 формируетсяопорный сигнал определенной величины отрицательной полярности. Коммутатор 18 подключает выход усилителя 17 к управляющему входу масштабного преобразователя 11, так что усилитель 17 и преобразователь 11 образуют контур отрицательной обратной связи. На выходе источника опорных сигналов 12, соединенном с входом блока 16 формируется сигнал Уо,равный нулю, т.е. У =О, Коэффициентпередачи масштабного преобразователя 11, управляемого коммутатором 18,изменяется до тех пор, пока сигналу, равный разности сигналов у тракта преобразования и сигнала , преобразователя 11, не становится равным нулю, т.е.У -У+Ус-Уо - О.При этом значение сигнала Уна выходе масштабного преобразователя 11 равно значению Ун и противоположно ему по знаку, т.е,уо = унУправляющее воздействие Е вмомент равенства У = -у, запомнив"ется в блоке 19 памяти, а коммутатор 18 размыкает выход усилителя 17от входа преобразователя 11Во втором такте коррекции блок 6 формирования эталонных сигналов Формирует на своем выходе сигнал Х, значение которого равно величине верхнего допустимого значения Хэ контролируемого параметра , т.е.Хо =Жэ,На выходе источника опорных сигналов 12 формируется сигнал Уо, значение которого равно разности величин У 8, равного верхнему допустимо/му значению Жв контролируемого параметра Ж и ун, равного нижнему доцустимому значению, т,е.1 1, 1 11 Чв= ЗЕВ, Ун.фн 1 Ц Уо =Уе-Уи= Ев- н(кривая 1, фиг,2) .Величина сигнала о на первом выходе преобразователя 11 под управлением воздействия 2,. хранящегося вблоке 19 памяти, равнаО МфКоммутатор 18 подключает выходусилителя 17 к управляющеМу входумасштабного преобразователя 14, такчто усилитель 17 и преобразователь14 образуют контур отрицательнойобратной связи. По цепи обратной 20связи коэффициент преобразованияК 4 масштабного преобразователя 14изменяется управляющим сигналом Едо тех пор, пока значение сигналаУ на выходе преобразователя 14 не 25становится равным величине сигналаУ, т.е, при К =К= Чд =Ч в Чн= фЬ ЭнУправляющее воздействие Еа в момент равенсТва сигналов У и Узапоминается в блоке 20 памяти, после чего коммутатор 18 размыкаетвыход усилителя 17 от входа преобразователя 14,35На этом заканчивается режим коррекции функции преобразования трактапреобразования системы,В режиме контроля и измерения уст.ройство работает следующим образом.Все блоки устанавливаются в ис Оходное состояние по сигналу от блока 4 управления. В зависимости отвида контролируемого параметра спомощью, коммутаторов 3, 7, 9 блок 4выбирает генератор испытательных 45сигналов, входы и выходы контролируемого объекта и так.же, как и в режиме коррекции, необходимый промежуточный преобразователь 8 вид эталонного сигнала от блока б. 50Сигнал Уо = -УМ а КЛ 4 - К 4/2Вход коммутатора 18 разомкнут отвыходов. Коммутатор 5 подключает вы- .ход объекта 4 контроля к входу коммутатора 7, так что контролируемыйпараметров поступает в тракт преобразований, при этом Х=Х, Источник 12опорных сигналов на своих двухвыходах, подключенных к опорным вхо-.дам двухуровневого компаратораформирует сигналы У и У, значениякоторых равны соответственно1Ч=о;У=Уз-Ч 11 =ев-жнЕсли сигнал У при подаче на входобъекта 22 испытательного сигнала 65 от блока 1 лежит в пределах значений сигналов У 1 и У поступающихна опорные входы компаратора 13,то логический блок 21 по выходнымсигналам блока 13 признает объект22 годным,так как если Ууу,то параметрЖ лежит.в области допустимых значений.Если сигнал У 1 оказывается мЕньше значения сигнала У или большезначения сигнала У, то по сигналус компаратора 13 блок 21 выноситсуждение о выходе контролируемогопараметраЭй за пределы области допустимых значений ввиду выхода егопо величине за пределы соответственно нижнего или верхнего допусти 1мых эначений, т.е. если. УУ илиУ У 2, то параметр признаетсянегодным.Сигнал У с выхода преобраэова/теля 14 поступает также для измерения на вход аналого-цифрового преобразователя 15, а число-эквивалент измеренного сигнала У передается на ЗВМ или цифровую индикацию, Действительное значение контролируемого параметра ж равно сумме.значения измеренного сигнала1У и величины У,=Жл 1 равной нижнему допустимому значению контролируемого параметра Ж, т.е,+ун=у + ем.В предлагаемой системе возможентакже режим самоповерки, при котором сигнал заданной величины с выхода блока 1 формирования испытательных сигналов, минуя объект 22 контроля, через коммутаторы 5, 7, соответствующий преобразователь 8, коммутатор 9, сумматор 10, масштабныйпреобразователь 14 подается на сигнальный вход компаратора 13, Послепроведения контроля и сравнениярезультатов контроля и измерениявеличины. подаваемого с блока 1 сигнала с эталонными выносится решениео готовности системы к проведениюконтроля.Приведенные на фиг.2 кривые идеализированной 1, реальной 2 и скорректированной 3 функции преобразованияпоясняют работу системы.В конце первого такта коррекциифункция преобразованияЧ = У(Х)+УО .КХ+Ь+ЬНЕЛХ)+ УО=ОС учетом того, что х=ХО=Ж,фн Ь 11 щЛФН) УО=О;Чо= -Хнэ Енел 1 Мн) "- Чн.В конце второго такта коррекции1 1Ч -Ь+Чо)Х 1=ЧВ-Ун.С учетом значений сигналов У и УОа также при1К-К ; Х=ХО=Хв Ч -У =Ж -М,;947833 1 1 выходами источника опорных сигналов,подключенного третьим выходом к второму входу блока вычитания, выходкоторого соединен через усилительс первым входом четвертого комму"татора, подключенного первым выходом к первому входу, первого блока памяти и первому входу третьегомасштабного преобразователя,соединенного вторым входом с четвертымвыходом источника опорных сигналов, 1 Овыходом - с первым входом сумматора,соединенного вторым входом.с выходомтретьего коммутатора, выходом - спервым входом второго масштабногопреобразователя, второй вход которого 5подключен к второму выходу четвертого коммутатора и первому входу второго блока памяти, соединенного управляющим входом с выходом блока управления, соединенным соответствующими выходами с соответствующими унравляющими входами второго блока памяти, источника опорных сигналов,четвертого .коммутатора, выход пятогокоммутатора соединен с входом второгокоммутатора, первый вход - с вторымвыходом первого коммутатора, второйвход - с выходом объекта контроля,третий вход - с выходом блока Формирования эталонных сигналов.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1Авторское свидетельство СССРР 419852, кл. (3 05 В 23/02, 1974,2, Авторское свидетельство СССРМ 31 б 092, кл. С Об Р 15/46, 1972с За Тирсуда 4/ иал ППП Патентф, г. ужгород, ул, Проект 5650/71ВНИИПИпо д113035,аж 914 рственного ам изобретений сква, Ж, РаПо омитета СС открытий ушская наб.