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 результатов измерения, по существу выполняемых функций является 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 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+Т_прием+Т_{возврат},
где Т_н - время работы нормализатора;
Т_ацп - время работы АЦП;
Т_прием - время приема n результатов измерения;
Т_{возврат} - время возврата регистраторов на исходную позицию;
n - число каналов нормализации (число нормализаторов) регистратора.

К недостаткам следует отнести СТАРТ-СТОП-ный 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 блок синхронизации и счетчик-делитель, вход которого соединен с выходом тактового генератора и входом запуска аналого-цифрового преобразователя, а счетный выход - с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, выход деления - с синхровходом блока синхронизации, вход формирования которого соединен с выходом конца преобразования аналого-цифрового преобразователя, вход сброса - с выходом стробирования приемника данных, управляющий вход которого соединен с выходом готовности блока синхронизации, а вход формирователя управления нормализаторами подключен к выходу деления счетчика-делителя либо к его счетному выходу; блок синхронизации содержит элемент задержки, элемент ИЛИ и два D-триггера, выходы первого D-триггера, элемента задержки, элемента ИЛИ соединены соответственно с D-входом второго D-триггера, первым входом элемента ИЛИ, R-входом второго D-триггера, причем синхровходом, входом формирования, входом сброса, выходом блока синхронизации являются соответственно объединенные S-вход первого D-триггера и вход элемента задержки, R-вход первого D-триггера и С-вход второго D-триггера, С-вход первого D-триггера и второй вход элемента ИЛИ, выход второго D-триггера, а D-вход первого D-триггера подключен к источнику единичного сигнала; блок синхронизации содержит элемент ИЛИ и два D-триггера, выходы первого D-триггера и элемента ИЛИ соединены соответственно с D- и R-входами второго D-триггера, причем синхровходом, входом формирования, входом сброса, дополнительным синхровходом, выходом блока синхронизации являются соответственно S-вход первого D-триггера, объединенные R-вход первого D-триггера и С-вход второго D-триггера, С-вход первого D-триггера и первый вход элемента ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ, выход второго D-триггера, а D-вход первого D-триггера подключен к источнику единичного сигнала, дополнительный синхровход - к выходу тактового генератора.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого регистратора; на фиг. 2 и 3 - схема и временная диаграмма работы блока синхронизации, выполненного без дополнительного синхровхода; на фиг. 4 и 5 - схема и временная диаграмма работы блока синхронизации, выполненного с дополнительным синхровходом; на фиг. 6 - алгоритм работы приемника данных.

Многоканальный регистратор состоит из тактового генератора 1 и многоканального АЦП 2 с нормализаторами 3 на входах и приемником 4 данных на выходе, формирователя 5 управления нормализаторами 3, подключенного выходом к управляющим входам нормализаторов 3, счетчика-делителя 6, соединенного входом с выходом тактового генератора 1 и входом запуска АЦП 2, счетным выходом - с управляющим входом АЦП 2, и блока 7 синхронизации, соединенного синхровходом с выходом деления счетчика-делителя 6, входом формирования - с выходом конца преобразования АЦП 2, входом сброса - с выходом стробирования приемника 4 данных, причем приемник 4 данных имеет управляющий вход, соединенный с выходом готовности блока 7 синхронизации, а вход формирователя 5 управления нормализаторами 3 подключен к выходу деления либо счетному выходу счетчика-делителя 6 (фиг. 1). Блок 7 синхронизации имеет дополнительный синхровход, соединенный с выходом тактового генератора. Блок 7 синхронизации содержит элемент 8 задержки, элемент ИЛИ 9 и два D-триггера 10 и 11, выходы первого D-триггера 10, элемента 8 задержки, элемента ИЛИ 9 соединены соответственно с D-входом второго D-триггера 11, первым входом элемента ИЛИ 9, R-входом второго D-триггера 11, причем синхровходом, входом формирования, входом сброса, выходом блока 7 синхронизации являются соответственно объединенные S-вход первого D-триггера 10 и вход элемента 8 задержки, R-вход первого D-триггера 10 и С-вход второго D-триггера 11, С-вход первого D-триггера 10 и второй вход элемента ИЛИ 9, выход второго D-триггера 11, а D-вход первого D-триггера 10 подключен к источнику единичного сигнала (фиг. 2). Блок 7 синхронизации содержит элемент ИЛИ 12 и два D-триггера 13 и 14, выходы первого D-триггера 13 и элемента ИЛИ 12 соединены соответственно с D-, R-входами второго D-триггера 14, причем синхровходом, входом формирования, входом сброса, дополнительным синхровходом, выходом блока 7 синхронизации являются соответственно S-вход первого D-триггера 13, объединенные R-вход первого D-триггера 13 и С-вход второго D-триггера 14, С-вход первого D-триггера 13 и первый вход элемента ИЛИ 12, второй вход элемента ИЛИ 12, выход второго D-триггера 14, а D-вход первого D-триггера 13 подключен к источнику единичного сигнала (фиг. 4).

Регистратор работает следующим образом. Генератор 1 вырабатывает тактовые сигналы f регистратора, поступающие на счетчик-делитель 6 с коэффициентом деления (счета) n, равным числу нормализаторов 3 регистратора (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 считываемых 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 выходной аналоговой памяти соответствующие результаты предыдущего цикла нормализации. Цифровые результаты (данные) появляются на выходе АЦП 2 последовательно в соответствии с переключением его выходов, т.е. расположением нормализаторов. Сигналы на выходе конца преобразования АЦП 2 определяют моменты появления соответствующих цифровые результатов (данных). Прием результатов от АЦП осуществляется приемником 4 данных последовательно по сигналам на управляющем входе 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 результатов по одному непосредственно после появления каждого сигнала на выходе готовности данных блока 7 синхронизации. Прием каждого результата в приемнике 4 данных сопровождается стробирующим сигналом на его выходе стробирования. Сигналы управления для приемника 4 данных вырабатываются блоком 7 синхронизации, исходным сигналом для работы которого является сигнал цикла нормализации на его синхровходе.

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, обнуляется счетчик результатов в пакете (J=0) и приемник 4 приступает к анализу сигнала "Гот Д" готовности данных на его управляющем входе от блока 7 синхронизации. Если после анализа делается отрицательное заключение ("Нет") по наличию "Гот Д", приемник 4 возвращается на исходную позицию анализа; если положительное ("Да"), - число J счетчика результатов в пакете увеличивается на "1" (J=J+1) и приемник 4 данных приступает к приему J-го результата М-го пакета результатов. Далее проверяется условие J=n, означающее, принят ли последний (n-й) результат пакета или нет. Если "Нет" - переход на анализ сигнала "Гот Д", если "Да" - анализ условия М=К, означающего, принят ли последний (К-й) пакет или нет. Если "Нет" - переход на оператор J=0, 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 c 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 "Гот Д", по которому приемник 4 принимает соответствующий результат и сбрасывает сигналом стробирования сигнал "ГОТ Д" в блоке 7 синхронизации. 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 триггер 10 в "1". Каждый сигнал "КП АЦП" конца преобразования переписывает "1" из, триггера 10 в триггер 11 (появление сигнала "ГОТ Д" готовности данных) и обнуляет триггер 10. При приеме данных сигналом "СД" стробирования данных, поступающим от приемника 4 данных на вход сброса блока 7 синхронизации, обнуляется триггер 11 (сброс сигнала "ГОТ Д") и в триггер 10 записывается "1". Если приемник 4 данных прием данных не проводит (нет сигнала "СД"), то через элемент 8 задержки и элемент ИЛИ 9 сигналом "КП АЦП" происходит сброс "Гот Д" обнулением триггера 10, причем до появления нового сигнала "КП АЦП", но не ранее, чем через время, необходимое с гарантией для анализа приемником 4 сигнала "ГОТ Д".

Работа блока 7 синхронизации по другому варианту, показанному на фиг. 4 и 5, отличается тем, что сброс "ГОТ Д" при отсутствии приема данных осуществлен не через элемент 8 задержки, а с помощью сигнала генератора 1 через дополнительный синхровход.

В качестве многоканального АЦП 2 в системе может быть использован один АЦП с аналоговым коммутатором входов либо n АЦП с цифровым коммутатором на выходе. Известны стандартные счетчики-делители, например микросхема 564ИЕ11. 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. Формирователь 5 управления нормализаторами 3 выполняет задачу выработки необходимых сигналов функционирования нормализаторов 3. Конкретное исполнение его зависит от принципа, заложенного в работу нормализаторов 3; может быть использован известный формирователь 5, например, как в прототипе. 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. Управление коммутаторами через свои регистры позволяет расширить функциональные возможности измерения одновременно сигналов различных нормализаторов. Все это выгодно отличает данное техническое решение от ранее известных.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к электроизмерительной технике. С целью повышения быстродействия, точности и надежности многоканальный регистратор содержит тактовый генератор, многоканальный АЦП с нормализаторами на входах и приемником данных на выходе, формирователь управления нормализаторами, счетчик-делитель и блок синхронизации. Приведены варианты выполнения блока синхронизации. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. 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, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, точности и надежности, в него введены блок синхронизации и счетчик-делитель, вход которого соединен с выходом тактового генератора и входом запуска аналого-цифрового преобразователя, а счетный выход - с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, а выход деления - с синхровходом блока синхронизации, вход формирования которого соединен с выходом конца преобразования аналого-цифрового преобразователя, вход сброса - с выходом стробирования приемника данных, управляющий вход которого соединен с выходом готовности блока синхронизации, вход формирователя управления нормализаторами подключен к выходу деления счетчика-делителя либо к его счетному выходу. 2. Регистратор по п.1, отличающийся тем, что блок синхронизации содержит элемент задержки, элемент ИЛИ и два D-триггера, выходы первого D-триггера, элемента задержки, элемента ИЛИ соединены соответственно с D-входом второго D-триггера, первым входом элемента ИЛИ, R-входом второго D-триггера, причем синхровходом, входом формирования, входом сброса, выходом блока синхронизации являются соответственно объединенные S-вход первого D-триггера и вход элемента задержки, R-вход первого D-триггера и C-вход второго D-триггера, C-вход первого D-триггера и второй вход элемента ИЛИ, выход второго D-триггера, а D-вход первого D-триггера подключен к источнику единичного сигнала. 3. Регистратор по п.2, отличающийся тем, что блок синхронизации содержит элемент ИЛИ и два D-триггера, выходы первого D-триггера и элемента ИЛИ соединены соответственно с D- и R-входами второго D-триггера, причем синхровходом, входом формирования, входом сброса, дополнительным синхровходом, выходом блока синхронизации являются соответственно S-вход первого D-триггера, объединенные R-вход первого D-триггера и C-вход второго D-триггера, C-вход первого D-триггера и первый вход элемента ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ, выход второго D-триггера, а D-вход первого D-триггера подключен к источнику единичного сигнала, дополнительный синхровход - к выходу тактового генератора.