Устройство для контроля аналоговых объектов

(19) (111 06 Г 11/3 1 б 4 Д ЦЦ,У 11д ОПИС Е ИЗОБ И АВТОРСКОМ ВИДЕТЕЛЬСТ вателя огласоваалого-цифму формиов, ски амоконтроля тво т овые стей- его ан СССР981.ССР978,АНАЛОи о ранее на эт ед пе ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетельствоУ 851410, кл. ( 06 Р 11/16, 1Авторское свидетельство СР 798852, кл. С 06 Р 11/30, 1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯГОВЫХ .ОБЪЕКТОВ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для контроля аналоговых объектов, а также для поиска неисправных элементов в них. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения получения достоверных устойчивых сигнатур для флуктуирующих аналоговых сигналов. Указанная цель достигается путем поразрядного кодирования двоичного кода,снимаемого с выхода аналого-цифрового преобразователя, и наличия возможности загрубления результата кодирования за счет отброса значений преобразования данных младших разрядов аналого-цифрового преобр Устройство содержит блок ния уровней, индикатор, ровой преобразователь, с рования сигнатур, схему схему управления. Данное позволяет контролировать объекты формально на осн шего сопоставления получ ю компактных чисел - ключевых игнатур) с эталонными числа- орые могут быть получены запомощью того же устройства онном (исправном) объекте.отметить, что число тактов д измерения может измеряться сячами и больше при сохранени высокои достоверности контроля, поэтому возрастает скорость контроля,так как не нужно измерять и анализировать отдельно сигнал на каждомтакте. Данное устройство может бытьиспользовано для значительно болееширокого круга аналоговых объектовс различными допустимыми уровнямифлуктуаций аналоговых сигналов засчет гибкого изменения допуска напределы флуктуаций аналогового сигнала с целью получения при этом устойчивых сигнатур. 4 ил.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для контроля аналоговых объектов, а также для поиска неисправныхэлементов в них.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства путем обеспечения получения достоверных устойчивых сигнатур дляфлуктуирующих аналоговых сигналов.На фиг. 1 представлена схема устройства для контроля аналоговыхобъектов, на фиг, 2 - блок согласования уровней; на фиг. 3 - схема изменения допуска флуктуаций аналогового сигнала; на фиг. 4 - временнаядиаграмма работы устройства.Устройство содержит блок 1 согласования уровней, аналого-цифровойпреобразователь (АЦП) 2, индикатор3, сумматор 4 по модулю два, сдвиговый регистр 5, вторую 6 и первую 7группы элементов И, группу 8 сдвиговых регистров, группу 9 сумматоровпо модулю два, группу 10 элементовИЛИ, регистр 11, элемент И-НЕ 12,первый 13 и второй 14 триггеры, первыйсчетчик 15, третий 16, второй 17 ипервый 18 элементы И, первый 19, второй 20 и третий 21 элементы ИЛИ,третий 22, первый 23 и второй 24 ключи,второй счетчик 25, цифроаналоговыйпреобразователь (ЦАП) 26, генератор27 импульсов, генератор 28 одиночного импульса и переключатель 29. Схема формирования сигнатур содержитэлементы 4-10.Контролируемый объект 30 не входитв состав устройства, показан (фиг.1)для пояснения принципа его работы.Блок 1 согласования уровней(фиг. 2) содержит последовательносоединенные делители 31 напряжения,переключатель 32 делителя 31 напряжения, усилитель-преобразователь 33полярности, усилитель-согласователь34, информационный вход 35, входнойполюс 36, вход 37, информационныйвыход 38 и выходной полюс 39,Значение резисторов 31,1, 31.2,31.ш делителя 31 напряжениявыбираются так, что на всех диапазонах и измеряемых напряжений аналогового сигнала используют один и тотже АЦП 2, предельное входное напряжение которого составляет нескольковольт,АЦП 2 предназначен для преобразования аналогового сигнала в цифровой код и представляет собой одну илинесколько типовых микросхем.Индикатор 3 предназначен для дешифрации двоичного кода, получаемого(как результат преобразования входного аналогового сигнала) на сдвиговом ,регистре 5 в семисегментный десятич- Оный код, удобный для визуального восприятия оператором. В соответствии с назначением индикатор 3 содержит дешифратор, на вход которого5поступает двоичный код и семисегмент- ные излучатели на светодиодах, связанные по входу с выходом дешифратора, Вместо семисегментных излучателей на светодиодах могут быть использованы и другие индикационныеэлементы, например, декатроны и т,д.Сумматор 4 по модулю два и сдвиговый регистор 5 каждый в отдельности представляет собой типовые элементы, а связанные вместе, как указано в предлагаемом устройстве, представляют собой узел сжатия двоичныхпоследовательностей, поступающихна вход сумматора 4 по модулю два.Указанный узел может быть реализовани в известном сигнатурном анализаторе с использованием 16-разрядногосдвигового регистра 5 и пятивходового сумматора 4 по модулю два, наодин из входов которого подается 35двоичная последовательность, а четыре других соединяются с выходамиседьмого, девятого, двенадцатогои шестнадцатого разрядов сдвигового 40 РегистРаЭлементы И групп 6 и 7 и элементы ИЛИ группы 10 представляют собойтиповые двухвходовые логическиеэлементы, предназначенные для рекон фигурации группы 8 раздельно работающих сдвиговых регистров (8,18,п) в один последовательно соединенный сдвиговый регистр и обратно.Сдвиговый регистр 8.1 (аналогично 8.2, ,8,п) совместно с сумматором 9. 1 (аналогично 9.2 .9.п) помодулю два представляют собой отдельно типовые элементы, а связанныевместе через открытые элементы 7.1(аналогично 7.27.п) и 10.1 (аналогично 10.2 10.п) представляют собой типовой узел сжатия двоичной последовательности, подобнойсигнатурному анализатору.Количество элементов в группах 6-10 определяется разрядностью АЦП 2. Очевидно, что для последовательной связи друг с другом и сдвчговых регистров 8.1, , 8.п требуется и5 элементов связи, в данном случае иэлементов ИЛИ группы 10.Регистр 11 предназначен для заполнения двоичного кода, получаемого на сдвиговом регистре 5 в момент окончания преобразования входного аналогового сигнала, для его хранения и передачи на входы индикатора 3. Регистор 11 представляет собой набор типовых триггеров.Счетчик 15 предназначен для измекения допуска, назначаемого при кодировании аналоговых сигналов (обеспечивает полное или частичное использование информации, накопленной в группе сдвиговых регистров 8) и представляет собой типовой узел.Ключ 22 представляет собой переключатель на три положения и одно направление с фиксацией состояния.Ключи 23 и 24 должны быть переключателями кнопочного типа без фиксации состояния и имеющими нормально замкнутые на корпус контакты.Счетчик 25, ЦАП 26, генератор 27 импульсов, генератор 28, одиночного импульса и переключатель 29 (вместе с ключом 24) предназначены для обеспечения автономного контроля устройства и представляют собой совокупность типовых элементов. Переключатель 29 имеет два положения (контроль или работа) и четыре направления.40Переключатель 32 входного блока 1 представляет собой типовой элемент на ш положений и одно направление. В качестве элементов устройства могут быть использованы типовые операционные усилители и элементы различных серий.Устройство может работать в двух режимах работы: в режиме самоконтроля (без участия внешнего контролируемого объекта) и в режиме основной работы - контроля внешнего объекта.В режиме самоконтроля переключатель 29 устанавливается в такое положение, когда вход входного блока 1 соединяется с выходом ЦАП 26, первые55 входы элементов И 12,17 и 18 соединяются с выходом генератора 27 импульсов, первый вход элемента ИЛИ 21 соединяется с вы одом генератора 28 одиночного импульса, первый вход элемента ИЛИ 20 и второй вход элемента ИЛИ 21 соединяются с выходом второго счетчика 25. При этом контролируемый объект 30 отключен от устройства.Переключатель 32 устанавливается в такое положение, при котором наилучшим образом согласуются диапазоны преобразования выбранных ЦАП 26 и АЦП 2.Для полной проверки устройства самоконтроль осуществляется в трех подрежимах его работы (для трех различных положений ключа 22, т.е. для трех различных допусков контроля), В зависимости от положения ключа 22 счетчик 15 отсчитывает 64 (третий вход ключа 22 соединен с его выходом) или 80 (второй вход ключа 22 соединен с его выходом) или 96 (первый вход ключа 22 соединен с его выходом) синхроимпульсов, осуществляющих сдвиг информации из группы 8 сдвиговых регистров в сдвиговый регистр 5. Для каждого из подрежимов при исправном устройстве на индикаторе 3 должно отобразиться строго однозначное ключевое слово. Эти три эталонных числа должны быть зафиксированы в инструкции по эксплуатации устройства. Количество отсчитываемых импульсов счетчиком 15 выбрано для случая и щ = 6 и при использовании 16-разрядных сдвиговых регистров группы 8, При этом для использования всей накопленной информации в группе 8 . сдвиговых регистров (под режим наиболее жесткого контроля, когда допуск не привышает значения шага квантования используемого АЦП) необходимо осуществить 96 сдвигов. Для отброса информации, накопленной в млад-, шем сдвиговом регистре 8.п (п=6) группы 8 сдвиговых регистров (допуск .не превышает удвоенного значения шага квантования используемого АЦП), необходимо осуществить 80 сдвиговДля отброса информации, накопленной в двух младших сдвиговых регистрах 8.п и 8.пгруппы 8 сдвиговых регистров (допуск не превышает учетверенного значения шага квантования используемого АЦП), несбходимо осуществить 64 сдвига.При этом разрядность счетчика 15 (Р,15) определяется из выраженияР 15 1 о (16.п) = упри и 6Работа устройства в указанныхтрех подрежимах отличается толькоколичеством сдвигов информации изгруппы 8 сдвиговых регистров в сдвиговый регистр 5. Поэтому достаточнорассмотреть работу устройства в одном из этих подрежимов, а; именно,когда третий вход ключа 22 соединенс его выходом (фиг. 1 и 3) - в под 1 Орежиме на 64 сдвига;После установки ключа 22 в заданное положение нажимается ключ .23.При этом синхроимпульсы с генератора 27 импульсов через переключатель29 и открытый элемент И-НЕ 12 поступают на входы установки в ноль триггеров 13 и 14 и сдвиговых регистров 8 и 5.Затем нажимается ключ 24, в результате чего на второй вход генератора 28 одиночного импульса от шиныпитания поступает сигнал на формирование одиночного импульса генератором 28 одиночных импульсов. С еговыхода одиночный импульс через переключатель 29 поступает через первыйвход и выход элемента ИЛИ 21 на входустановки в противоположное состоя,ние триггера 14 (в данном случае -в состояние логической 1), При этомс прямого выхода триггера 14 на вто-.рой вход элемента И 18 поступает сигнал разрешения. В результате этогос выхода генератора 27 через переключатель 29 через первый вход и выходоткрытого элемента И 18 синхроимпульсы начинают поступать одновременнона тактовые входы АЦП 2 и на счетныйвход счетчика 25. Нарастающий цифровой код с группы выходов счетчика 25поступает на группу входов ЦАП 26,на выходе которого формируется нарастающий по амплитуде аналоговый сигнал, Последний через переключатель 4525 поступает на вход входного блока1, где согласовывается и усиливаетсяна его элементах 31-34, С выходавходного блока 1 аналоговый сигналпоступает на вход АЦП 250Находящийся в состоянии нуля триггер 13 держит в открытом состоянииэлементы И 7.1, , 7,п и в закрытом состоянии элементы И 6,1,О.п и регистр 11.С переходом триггера 14 из состояния нуля в состояние единицы элемент И 18 начинает также пропускатьсинхроимпульсы через элемент ИЛИ 19 на вход сдвига группы 8 сдвиговых регистров. При этом по каждому синхроимпульсу в младший разряд каждого сдвигового регистра, 8,1, , 8,п через группу 9 сумматоров по модулю два и группы элементов И 7 и ИЛИ 10 принимаются соответствующие биты информации ("0" или "1"), сформированные в данный момент времени на соответствующих выходах АЦП 2. Выход" ной код АЦП 2 соответствует напряжению аналогового сигнала, поступающего на его вход через входной блок 1. Со всех выходов АЦП 2 (1, , и) всдвиговые регистры 8,1 8,п биты информации принимаются параллельно, С первого выхода АЦП 2 через сумматор 9. 1 элементы И 7 . 1 и ИЛИ 10, 1 по каждому синхроимпульсу один бит информации принимается в младший разряд сдвигового регистра 8.1 с одновременным сдвигом всего содержимого сдвигового регистра на один разряд от младших разрядов к старшим. На первых тактах (сдвигах) в связи с тем, что исходное состояние сдвиговых регистров 8.1,8.п нулевое, через цепь обратной связи из сдвигового регистра 8.1 на второй вход сумматора 9.1 передаются нулевые биты, 1(огда единичные биты в результате сдвигов достигают старшего разряда сдвигового регистра, от которого отведена цепь обратной связи, на соответствующих тактах в младший разряд сдвигового регистра принимается сумма по модулю два значений бита цепи обратной связи и бита, поступающего с первого выхода АЦП 2, При этом в сдвиговом регистре 8,1 способом сигнатурного анализатора осуществляется формирование (сжатие) двоичного кода с высокой достоверностью соответствующего исходной двоичной последовательности, формируемой на первым выходе АЦП 2, причем независимо от длины этой исходной двоичной последовательности аналогичным образом раздельно по каждому выходу осуществляется сжатие двоичной последовательности, формируемой на выходах 2, , и АЦП 2 в сдвиговых регистрах 8.2, , 8.п соответственно.Процесс сжатия информации в сдвиговых регистрах 8.1, , 8.п продол жается до тех пор, пока от счетчика 25 не поступает на первый вход элемента ИЛИ 20 и второй вход элемента1288702 Таким образом, после 64-го сдвига последний бит (бит младшего разряда сдвигового регистра 8.п) двоичной информации, полученной в резуль тате преобразования и сжатия измеряемого аналогового сигнала, поступает через сумматор 4 по модулю два. в младший разряд сдвигового регистра 5, а на выходах счетчика 15 вырабатывается код, который через элементы И 16 и ИЛИ 20 устанавливает триггер 13 в состояние нуля. В результате этого закрывается элемент И 17 и прекраща- . ются сдвиги информации. Сформирован 55 ный двоичный код на сдвиговом регистре 5 через его первую группу выходов и через регистр 11 поступает на индикатор 3 и отображается как окончаИЛИ 21 сигнал переполнения "Стоп". По сигналу "Стоп через элемент ИЛИ 21 триггер 14 устанавливается в нулевое состояние, в результате чего закрывается элемент И 18 и прекращаются сдвиги информации в сдвиговых регистрах 8.1, , 8.п.Кроме того, по сигналу "Стоп" устанавливается в единичное состояние триггер 13, закрывающий элементы И 7.1, , 7.п и открывающие элементы,И 6.1, , б.п, С этого момента никакие изменения на выходах АЦП 2 не влияют на двоичные коды, зафиксированные в сдвиговых регистрах 8.1,8.п. Происходит реконфигурация сдвиговых регистров 8.1, , 8.п, которые с помощью группы 6 элементов И последовательно соединяются между собой. Старший разряд старшего сдвигового регистра 8.1 при этом через элемент 6.1 соединяется с первым входом сумматора 4 по модулю два..Старший разряд сдвигового регистра 8.2 через элементы И 26. и ИЛИ 10.1 соединяются с входом (с младшим разрядом) сдвигового регистра 8. 1 и так далее вплоть до сдвигового регистра 8.п, старший разряд которого через элементы И б.п и ИЛИ 10.псоединяется с входом сдвигового регистра 8.п.После установки в единичное состояние триггера 13 открывается элемент И 17, который начинает пропускать синхроимпульсы на счетный вход счетчика 15, на входы. сдвига сдвигового регистра 5 и группы 8 сдвиговых регистров. 10 15 го 25 30 35 40 тельный результат аналогового сигнала, сформированного на выходе ЦАП 26.В режиме контроля внешнего объекта,возбуждение контролируемого объекта 30 осуществляется с помощью встроенного.в него стимулятора. Устройство допускает использование и внешнего стимулятора. От контролируемого объекта 30 на устройство поступают сигналы "Пуск" и "Стоп", определяющие соответственно передний и задний фронты окна измерения, а также сигнал "Синхронизация", обеспечивающий синхронное преобразование в устройстве аналогового сигнала, поступающего от объекта 30 на информационный вход устройстваСигналы "Синхронизация", "Пуск" и "Стоп" для конкретного контролируемого объекта могут быть постоянными (наилучший случай), т.е. применяться на протяжении всего процесса контроля данного объекта. При этом перед контролем объекта к его заранее определенным контактам (гнездам) "Синхронизация", "Пуск" и "Стоп" подключаются соответствующие входы устройства.Поскольку для полного контроля даже простейшего объекта требуется контролировать (измерять) сигналы на совокупности различных его контактах, поэтому в процессе контроля объекта информационный вход устройства периодически должен последовательно переноситься с одного контакта объекта на другой. Указанный перенос может осуществляться с помощью ручного щупа или автоматически по определенной программе,Переключатель 29 устанавливаетсяв такое положение когда его рабочиевходы (" Информация", "Синхронизация","Пуск" и "Стоп" ) соединяются с егосоответствукцими выходами.Ключ 22 и переключатель 32 устройства устанавливаются в положения,соответствующие техническим условиямконтролируемого объекта 30. Затем нажимается ключ 23 для установки устройства в исходное состояние,Дальнейшая работа устройства,осуществляется аналогично списанной длярежима самоконтроля за исключениемлишь того, что сигналы "Информация","Синхронизация", "Пуск" и "Стоп"поступают не от элементов 26-28 и 25соответственно, а от контролируемогообъекта 30.После получения ключевого словадля.текущего (очередного) контактаконтролируемого объекта 30 в соответствии с программой его контроля илидиагностики осуществляется переход(перенос щупа информационного,устройства входа) для получения ключево-го слова для следующего контактаобъекта.Использование предлагаемого устройства позволяет контролироватьаналоговые объекты формально на основе простейшего сопоставления получаемых с его помощью компактных чисел - ключевых слон (сигнатур) сэталонными числами, которые могутбыть получены заранее с помощью того, же устройства на эталонном (исправном) объекте.,формула изобретения25Устройство для контроля аналоговыхобъектов, содержащее генератор им пульсов, блок согласования уровней,, с я тем, что, с целью расширенияфункциональных возможностей устройст ва путем обеспечения получения устойчивых сигнатур для флуктуирующиханалоговых сигналов, в него введеныпервый элемент ИЛИ, элемент И-НЕ,первый элемент И, три ключа, генера ,тор одиночных импульсов, сумматорпо модулю два, сдвиговый регистр, 40последовательно соединенные группусумматоров по модулю два, группупервых элементов И, группу элементов ИЛИ, группу сдвиговых регистрови группу вторых элементов И, также 45последовательно соединенные второй, элемент И, первый счетчик импульсови третий элемент И и последовательно, соединенные, третий элемент ИЛИ, второй триггер, второй счетчик импуль-.совв, цифроаналоговый преобразовательи переключатель, второй информацион"ный вход переключателя является ин формационным входом устройства, арабочие входы "Синхронизация","Пуск" и "Стоп" являются управляющи 1 ми входами устройства, группа выхо,дов аналого-цифрового преобразователя соединена поразрядно с первойгруппой входов группой сумматоровЙо модулю два, вторая группа входовкоторых соединена с выходами группысдвиговых регистров, инверсный выход первого триггера подключен квторым входам группы первых элементов И и к второму входу первого счетчика импульсов, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, с тактовым входоманалого-цифрового преобразователяи с вторым входом счетчика импульсов,второй выход которого соединен с третьим информационным входом переключателя, первый выход которого подключен к первым входам первогои второгоэлементов ИЛИ,второй вход второгоэлемента ИЛИ соединен с выходом третьего элемента И, вторые входы первого и второго триггеров подключены кпервому установочному входу группысдвиговых регистров, к первому установочному входу сдвигового,регистраи к выходу элемента И-НЕ, первыйвход которого соединен с выходомпервого ключа, а второй вход - с вторым входом второго элемента И, с первым входом первого элемента И и свыходом "Синхронизация" переключателя, прямой выход второго триггерасоединен с вторым входом первого элемента И, прямой выход первого триггера подключен к вторым входам группывторых элементов И к первому входувторого элемента И, к первому входурегистра, выход которого подключенк индикатору, а второй вход - к первому выходу сдвигового регистра,второй выход которого соединен с первым входом сумматора по модулю два,второй вход - с выходом сумматорапо модулю два, а тактовый вход - стактовым входом группы сдвиговых регистров и с выходом первого элемента ИЛИ, соединенного вторым входомс выходом второго элемента И, н спервым входом первого счетчика импульсов, выход второй группы вторыхэлементов И соединен с входом сум" .матора по модулю два, выход "Пуск"переключателя соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выходгенератора одиночных импульсов подключен к входу "Пуск" переключателя,а вход - к выходу второго ключа, выход генератора импульсов - к входувый, второй и третий выходы первогосчетчика импульсов подключены к соответствующим входам третьего ключа,выход которого соединен с вторымвходом третьего элемента И, первый,вход первого и второго ключей соединен с шиной питания, а второй вход - с шиной заземления, выход информации переключателя подключен к входу блока согласования уровней.1288702 Составитель И,Ш Техред Л.Олейник Бабко дакт одписн Заказ 7810/48 Тираж . ВНИИПИ Государственно по делам изобрете113035, Москва, ЖПроизводственно-полиграфическое Ц Корректор Н.Король 673о комитета ССй и открытийРаушская наб. иятие, г.ужгород, ул.Проектная,