МНОГОКАНАЛЬНЫЙ РЕГИСТРАТОР Российский патент 1994 года по МПК G01D9/00 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к электроизмерительной технике, и может быть использовано в тензо- и термометрии для измерения сигналов тензо- и термодатчиков.

Известен регистратор (система) "Прочность", предназначенный для автоматизации процессов измерения, сбора и обработки информации преобразователей различных величин, характеризующих тепловое, деформированное и напряженное состояние конструкций. Измерительные сигналы в каждом канале поступают на измерительный модуль, представляющий собой преобразователь сигналов датчиков в напряжение и АЦП на выходе, цифровые сигналы которого поступают через информационную шину цифровой части системы в ЭВМ. Поскольку получение цифрового результата измерения в АЦП (уравновешивание) проходит при совместной работе преобразователя сигналов датчиков, датчиков и линий связи, получение результата измерения требует большого времени из-за неизбежных переходных процессов, связанных с уравновешиванием входной измерительной цепи.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является регистратор (система) "Ресурс 23/27", состоящий из восьми нормализаторов и блока АЦП. Для формирования временной диаграммы управления работой регистратора имеется тактовый генератор. Имеется также один общий формирователь управления нормализаторами на их управляющих входах. Результаты измерения из блока АЦП поступают в ЭВМ. Блок АЦП с восемью аналоговыми входами и одним цифровым выходом представляет собой многоканальный АЦП. ЭВМ, осуществляющая прием цифровых результатов измерения (данных), по существу выполняемых функций является цифровым приемником данных, который может быть реализован не только ЭВМ как таковой, а и микропроцессором, цифровым автоматом, цифровым регистратором и т.д. В этой системе существенно увеличено быстродействие за счет введения нормализаторов, не требующих участия в аналого-цифровом преобразовании сигналов датчиков, проводов подсоединения их к системе и входных измерительно-преобразовательных цепей. Однако для ряда задач (статодинамические испытания конструкций) этого быстродействия оказывается недостаточно. Период поступления пакетов по n результатов измерений в приемник данных определяется выражением
Т=Т_н+Т_ацп+Тп_рием+Т_{возврат},
где Т_н - время работы нормализатора;
Т_ацп - время работы АЦП;
Т_прием - время приема n результатов измерения;
Т_{возврат} - время возврата регистратора на исходную позицию;
n - число каналов нормализации (число нормализаторов) регистратора.

К недостаткам следует также отнести СТАРТ-СТОП-й режим работы нормализаторов, отрицательно сказывающийся на точности результатов нормализации из-за ухудшения их повторяемости. Построение блока АЦП (многоканального АЦП) из восьми отдельных АЦП добавляет в результаты измерения дополнительную погрешность из-за неидентичности точностных характеристик отдельных АЦП и существенно усложняет и удорожает конструкцию регистратора, увеличивая, кроме того, его надежность и затраты на метрологическое обеспечение.

Целью изобретения является повышение быстродействия, точности и надежности регистратора.

Цель достигается тем, что в многоканальный регистратор, содержащий тактовый генератор и многоканальный аналого-цифровой преобразователь с нормализаторами на входах и приемником данных на выходе, формирователь управления нормализаторами, подключенный выходом к управляющим входам нормализаторов, введены счетчик-делитель и блок синхронизации, вход формирования которого соединен с выходом конца преобразования аналого-цифрового преобразователя, а синхровход - с выходом деления счетчика-делителя, вход которого соединен с выходом тактового генератора и входом запуска аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход которого соединен со счетным выходом счетчика-делителя, причем управляющие входы приемника данных соединены соответственно с выходами готовности данных и разрешения приема блока синхронизации, а вход формирователя управления нормализаторами соединен с выходом деления счетчика-делителя либо с его счетным выходом; блок синхронизации содержит RS-триггер и одновибратор, причем синхровходом, входом формирования, выходами разрешения приема и готовности данных блока синхронизации являются соответственно S-вход RS-триггера, объединенные R-вход RS-триггера и вход одновибратора, выходы RS-триггера и одновибратора; блок синхронизации содержит два RS-триггера и элемент ИЛИ, соединенный выходом с R-входом первого RS-триггера, причем синхровходом, входом формирования, входом сброса, выходами разрешения приема и готовности данных блока синхронизации являются соответственно объединенные S-вход второго RS-триггера и первый вход элемента ИЛИ, объединенные R-вход второго RS-триггера и S-вход первого RS-триггера, второй вход элемента ИЛИ, выходы второго и первого RS-триггеров, а вход сброса блока синхронизации соединен с выходом стробирования приемника данных.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого регистратора; на фиг. 2 и 3 - схема и временная диаграмма работы блока синхронизации, выполненного без входа сброса; на фиг. 4 и 5 - схема и временная диаграмма работы блока синхронизации, выполненного с входом сброса; на фиг. 6 - алгоритм работы приемника данных.

Регистратор содержит тактовый генератор 1 и многоканальный АЦП 2 с нормализаторами 3 на входах и приемником 4 данных на выходе, формирователь 5 управления нормализаторами 3, подключенный выходами к управляющим входам нормализаторов 3, счетчик-делитель 6, соединенный входом с выходом тактового генератора 1 и входом запуска АЦП 2, счетным выходом - с управляющим входом АЦП 2 и блок 7 синхронизации, соединенный синхровходом с выходом деления счетчика-делителя 6, входом формирования - с выходом конца преобразования АЦП 2, причем приемник 4 данных имеет два управляющих входа, соединенных соответственно с выходами готовности данных и разрешения приема блока 7 синхронизации, а вход формирователя 5 управления нормализаторами подключен к выходу деления либо счетному выходу счетчика-делителя 6 (фиг. 1); блок 7 синхронизации имеет вход сброса, соединенный с выходом стробирования приемника 4 данных; блок синхронизации содержит RS-триггер 8 и одновибратор 9, причем синхровходом, входом формирования, выходами разрешения приема и готовности данных блока 7 синхронизации являются соответственно S-вход RS-триггера 8, объединенные R-вход RS-триггера 8 и вход одновибратора 9, выходы RS-триггера 8 и одновибратора 9 (фиг. 2); блок 7 синхронизации содержит два RS-триггера 10 и 11 и элемент ИЛИ 12, соединенный выходом с R-входом первого RS-триггера 10, причем синхровходом, входом формирования, входом сброса, выходами разрешения приема и готовности данных блока 7 синхронизации являются соответственно объединенные S-вход второго RS-триггера 11 и первый вход элемента ИЛИ 12, объединенные R-вход второго RS-триггера 11 и S-вход первого RS-триггера 10, второй вход элемента ИЛИ 12, выходы второго 11 и первого 10 RS-триггеров.

Регистратор работает следующим образом. Генератор 1 вырабатывает тактовые сигналы f системы, поступающие на счетчик-делитель 6 с коэффициентом деления (счета) n, равным числу нормализаторов 3 системы (фиг. 1). Счетчик-делитель 6 считает тактовые сигналы f и выдает на выходе деления сигнал f/n цикла нормализации через каждые n тактовых сигналов f, а на счетном выходе - кодовый или дешифрированный эквивалент числа считаемых тактовых сигналов f. АЦП 2 запускается каждым тактовым сигналом f, а через управляющий вход последовательно в соответствии с сигналами со счетного выхода счетчика-делителя 6 подключает информационные входы для аналого-цифрового преобразования сигналов нормализаторов 3 с цикличностью, равной циклу нормализации (время преобразования нормализаторов 3). Все нормализаторы 3 работают параллельно, по управляющим сигналам формирователя 5 управления нормализаторами 3, запускаются синхронно с сигналом f/n цикла нормализации и по окончании его в следующем цикле имеют на своих устройствах аналоговой памяти соответствующие результаты предыдущего цикла нормализации. Цифровые результаты (данные) появляются на выходе АЦП 2 последовательно в соответствии с переключением его входов, т.е. расположением нормализаторов. Сигналы на выходе конца преобразования АЦП 2 определяют моменты появления соответствующих цифровых результатов (данных). Прием данных от АЦП осуществляется приемником 4 данных последовательно по сигналам на управляющих входах данных. Один из управляющих входов приемника 4 данных, подключенный к выходу разрешения приема блока 7 синхронизации, определяет начало приема данных, другой - операции приема данных. Таким образом, нормализация входных сигналов, аналого-цифровое преобразование и подача цифровых результатов на вход приемника 4 данных происходят циклически, безостановочно, синхронно с работой тактового генератора 1 и счетчика-делителя 6 независимо от работы приемника 4 данных. Приемник 4 данных принимает пакет последовательных n результатов по одному непосредственно после появления каждого сигнала на выходе готовности данных блока 7 синхронизации, причем только после появления сигнала на выходе разрешения приема блока 7 синхронизации. В варианте по п.3 формулы прием каждого результата в приемнике 4 данных сопровождается стробирующим сигналом на его выходе стробирования, который используется для снятия сигналов "ГотД" готовности данных в блоке 7 синхронизации.

Алгоритм работы приемника 4 данных показан на фиг. 6. Перед пуском системы в приемнике 4 данных отводят место для К пакетов по n результатов. С пуском системы обнуляется счетчик пакетов в приемнике 4 данных оператором М=0, увеличивается на "1" оператором М=М+1 и проводится анализ сигнала "РП" разрешения приема на соответствующем управляющем входе приемника 4 данных. Если сигнала "РП" нет - переход на повторный анализ; если "Да" - обнуление счетчика J результатов в пакете (J= 0). Далее анализ появления сигнала "ГотД" готовности данных на соответствующем управляющем входе приемника 4 данных. "Появлением" сигнала "ГотД" считается факт наличия этого сигнала сразу же после его отсутствия (путем анализа самого сигнала "ГотД").

Если в результате анализа появления сигнала "ГотД" делается заключение "Нет" - возврат на повторный анализ, если "Да" - увеличение счетчика J на единицу (J=J+1), после чего осуществляется прием J-го результата М-го пакета и переход на анализ условия J=n, означающего, принят ли последний результат в данном пакете. Если "Нет" - повторный анализ появления сигнала "ГотД", если "Да" - анализ условия М=К, означающего, принят ли последний пакет результатов при данном пуске системы. Если "Нет" - возврат на оператор М=М+1, если "Да" - "Стоп".

Входные сигналы нормируются и заносятся в свои выходные устройства аналоговой памяти за время Т_н цикла нормализации. АЦП 2 по сигналам со счетного выхода счетчика-делителя 6 (для переключения входов АЦП 2) и по сигналам f с генератора (для запуска АЦП 2) для каждого пакета вырабатывает последовательно n цифровых результатов, соответствующих сигналам на выходах n нормализаторов 3. При этом по окончании преобразования каждого результата своим сигналом конца преобразования АЦП 2 инициирует появление сигнала "ГотД", по которому приемник 4 принимает соответствующий результат. Следовательно, пакеты результатов измерения поступают в приемник с периодом, равным времени Т_н цикла нормализации, что существенно меньше, чем у прототипа.

Рассмотрим работу блока 7 синхронизации по фиг. 2 и 3. Каждый сигнал f/n цикла нормализации устанавливает RS-триггер 8 в "1", чем реализует появление сигнала "РП" разрешения приема на выходе блока 7 синхронизации. Первый же после этого сигнал "КП АЦП" возвращает RS-триггер 8 в состояние "0", чем снимает сигнал "РП" с выхода блока 7 синхронизации. По каждому сигналу "КП АЦП" одновибратор 9 вырабатывает сигнал "ГотД" длительностью, необходимой с гарантией для анализа этого сигнала приемником 4 данных, но не более времени такта (1/f), уменьшенного на ту же величину времени анализа.

Работа блока 7 синхронизации по другому варианту, показанному на фиг. 4 и 5, отличается тем, чот сигнал "ГотД" формируется RS-триггером 10 через S-вход сигналов "КП АЦП", а снимается сигналом "СД" стробирования через элемент ИЛИ 12 при каждом приеме результата. При отсутствии приема данных в каком-либо цикле в конце цикла сигналом f/n сигнал "ГотД" снимается принудительно. RS-триггер 11 выполняет ту же функцию, что и RS-триггер 8.

В качестве многоканального АЦП 2 в системе может быть использован один АЦП с аналоговым коммутатором входов, либо n АЦП с цифровым коммутатором на выходе. В качестве приемника 4 данных могут быть использованы микропроцессоры, мини- и микроЭВМ или специальные цифровые автоматы и цифровые регистраторы. Возможны и другие модификации выполнения блока 7 синхронизации и алгоритмов работы приемника 4 данных. Для случаев, когда стробирующий сигнал не используется для сбросов сигнала "ГотД" готовности, в алгоритмах должен присутствовать для сигналов "ГотД" анализ их "появления"; если используется, то - анализ их "наличия". Формирователь 5 управления нормализаторами 3 выполняет задачу выработки необходимых сигналов функционирования нормализаторов 3. Конкретное исполнение его зависит от принципа, заложенного в работу нормализаторов 3. На вход его должен быть подан сигнал, позволяющий синхронизировать работу нормализаторов 3 с работой счетчика-делителя 6, чтобы обеспечить циклическую работу нормализаторов 3 синхронно с рассмотренными ранее блоками.

Изобретение обладает существенно большим быстродействием. Постоянный циклический режим работы нормализаторов и АЦП положительно сказывается на точности результатов измерения за счет улучшения их повторяемости. Возможность построения АЦП с коммутатором на входе устраняет погрешности из-за неидентичности аналого-цифрового преобразования для разных нормализаторов, существенно упрощает и удешевляет конструкцию системы, увеличивая, кроме того, ее надежность и уменьшая затраты на метрологическое обеспечение. Все это выгодно отличает данное техническое решение от ранее известных.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к электроизмерительной технике. Целью изобретения является повышение быстродействия, точности и надежности регистратора. Многоканальный регистратор содержит тактовый генератор (ТГ) и многоканальный АЦП с нормализаторами (Н) на входах и приемник данных (ПД) на выходе, формирователь управления нормализаторами (ФУН), подключенный выходом к управляющим входам Н, а также счетчик-делитель (СД) и блок синхронизации (БС), вход формирования которого соединен с выходом конца преобразования АЦП, а синхровход - с выходом деления СД, вход которого соединен с выходом ТГ и входом запуска АЦП, управляющий вход которого соединен со счетным выходом СД. Управляющие входы ПД соединены соответственно с выходами готовности данных и разрешения приема БС, а вход ФУН соединен с выходом деления СД, либо с его счетным выходом. БС содержит RS-триггер и одновибратор, причем синхровходом, входом формирования, выходами разрешения приема и готовности данных БС являются соответственно S-вход RS-триггера, объединенные R-вход RS-триггера и вход одновибратора, выход RS-триггера и одновибратора: БС содержит два RS-триггера и элемент ИЛИ, соединенный выходом с R-входом первого RS-триггера, причем синхровходом, входом формирования, входом сброса, выходами разрешения приема и готовности данных БС являются соответственно объединенные S-вход второго RS-триггера и первый вход элемента ИЛИ, объединенные R-вход второго RS-триггера и S-вход первого RS-триггера, второй вход элемента ИЛИ, выход второго и первого RS-триггеров, а вход сброса БС соединен с выходом стробирования ПД. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. МНОГОКАНАЛЬНЫЙ РЕГИСТРАТОР, содержащий фактовый генератор и многоканальный аналого-цифровой преобразователь с нормализаторами на входах и приемником данных на выходе, формирователь управления нормализаторами, подключенный выходом к управляющим входам нормализаторов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, точности и надежности, в него введены счетчик-делитель и блок синхронизации, вход формирования которого соединен с выходом конца преобразования аналого-цифрового преобразователя, а синхровход - с выходом деления счетчика-делителя, вход которого соединен с выходом тактового генератора и входом запуска аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход которого соединен со счетным входом счетчика-делителя, причем управляющие входы приемника данных соединены соответственно с выходами готовности данных и разрешения приема блока синхронизации, а вход формирователя управления нормализаторами соединен с выходом деления счетчика-делителя либо с его счетным входом. 2. Регистратор по п.1, отличающийся тем, что блок синхронизации содержит RS-триггер и одновибратор, причем синхровходом, входом формирования, выходами разрешения приема и готовности данных блока синхронизации являются соответственно S-вход RS-триггера, объединенные R-вход RS-триггера и вход одновибратора, выходы RS-триггера и одновибратора. 3. Регистратор по п.1, отличающийся тем, что блок синхронизации содержит два RS-триггера и элемент ИЛИ, соединенный выходом с R-входом первого RS-триггера, причем синхровходом, входом формирования, входом сброса, выходами разрешения приема и готовности данных блока синхронизации являются соответственно объединенные S-вход второго RS-триггера и первый вход элемента ИЛИ, объединенные R-вход второго RS-триггера и S-вход первого RS-триггера, второй вход элемента ИЛИ, выходы второго и первого RS-триггера, а вход сброса блока синхронизации соединен с выходом стробирования приемника данных.