Устройство контроля импульсных сигналов Советский патент 1983 года по МПК H03K5/19 

Изобретение относится к контролю импульсных систем и может быть ис-пользовано для контроля многоканальных цифровых и ИМПУЛЬСНЫХ устройств, сигналы на входах ,и/или выходах, которых совпадают или перекрываются.

Известно устройство для контроля импульсов, основанных на контроле периода, поступающих на их вход импульсных сигналов, содержа11ее логические элементы И, ИЛИ, НЕ, одновибратор, задержки, триггеры 1 3Недостаток его зак.гпочается в возможности отказов указанных элементов в состояния, приводящие к скрытым отказам устройства контроля.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для контроля, включающее в себя входные шины и блок контроля совпадений с двумя выходами, содержащий два триггера, выходы которых являются выходами блока контроля совпадений, два двухвходовых элемента ИЛИ, входы которых являются входами блока контроля -совпадений,логический элемент НЕ, а входы блока контроля совпадений связаны с входными тинами, а также включающее в себя два элемента м и два элемента НЕ 23.

Недостатком устройства является возможность формирования неверной информации, а также возможность отказа по причине скрытых отказов используемых логических элементов внутри устройства контроля.

Цель изобретения - повышение надежности контроля за счет фиксирова10ния сбоев и отказов как контролируемого объекта, так и устройства контроля .

. Для достижения цели в устройство

15 контроля импульсных сигналов, включающее в себя входные шины и блок конт.роля совпадений с двумя выходами, содержащий два Iк-триггера,, выходы которых являются выходами блока контро20ля совпадений, два элемента ИЛИ,входы которых являются входами блока контроля совпадений, логический элемент НЕ, а входы блока контроля совпадений соединены с входными шинами,

25 а также включающее в себя два элемента И и два элемента НЕ, введены два индикатора, два элемента задержки, а также два переключателя и блок контроля последовательностей импульсов

30 выполненный в виде последовательно соединенных между собой элемента с дифференциальными входами, логического элемента И для последова тельностей импyJ:ьcoв, второй вход ко торого соединен с пятой входной шино и блока выявления неисправностей, причем в блок контроля совпадений введены четырехвходовый элемент И-НЕ Ъдновибратор и два двухвходовых элемента И-НЕ, при этом входы блока кон роля совпадений, подключенные к первым входам элементов ИЛИ, подключены к двум переключающим контактам перво го переключателя, его размыкающие контакты соединены с первой и второ входными шинами, а замыкающие контакты соединены с третьей входной шиной, входы блока контроля совпадений, подключенные ко вторым входам элементов ИЛИ, подсоединены к четвертой входной шине, выходы элементов ИЛИ соединены с двумя входами четырехвходового элемента И-НЕ и первыми входами двухвходовых элементов , вторые входы которых соединены с другими двумя входами четырехвходо вого элемента , с функциональными входами блока контроля последовательностей импульсов и выходами элементов задержки, а выходы подключены к объединенным входам g и К соответствующих 1К-триггеров, выход четырехвходового элемента И-НЕ подключен к входу одновибратора, выход которого через первый элемент НЕ связан с тактирующими входами I К-триггеров , выход каждого из которых через последовательно соединенные указанные другие элементы НЕ и И соединены с соответствующими индикатором и переключающим контактом второго переключателя, замыкающие контакты которого соединены с общей шиной, а размыкающие контакты с входами соответствующих элементов задержки. Кроме того, логический элемент И для последовательностей импульсов со держит двухвходовый элемент И, к одному входу которого подключен выход преобразователя последовательности импульсов в постоянное напряжение, состоящий из разделительного конденсатора, подключенного к катоду-шунти рующего диода и аноду выпрямительного диода, катод которого соединен с накопительным конденсатором и на рузочным резистором, а другие выводы накопительного конденсатора, нагрузочного резистора и анод шунтирующег диода подключены к общей шине, а второй вход является входом элемента И для последовательностей импульсов, а блик выявления неисправностей содержит повторитель из последовател но соединенных двух транзисторов, причем в базовую цепь первого транзистора включена разделительная цепочка из диода и резистора, а к эмиттеру второго транзистора подключены шунтирующий диод и импульсное реле, содержащее паргшлельно соединенные между собой два последовательно включенных коммутирующих диода, сглаживающий конденсатор, реле, два последовательно соединенных разделительных конденсатора, общая точка которых соединена с коллекторными резисторами транзисторов повторителя и шиной питания, индикатора неисправности, включенного через размыкаюцие контакты реле к шинам питания, а другие контакты реле являются выходом устройства. На чертеже приведена схема устройства. Устройство 1 контроля импульсных сигналов содержит блок 2 контроля совпадений, который состоит из логических элементов 3 ИЛИ, двух элементов 4 И-НЕ, четырехвходового элемента 5 И-НЕ, одновибратора б, инвертора 7, IК-триггеров,. 8 с единичными выходами 9 и нулевыми выходами 10, блок 11 контроля последовательностей импульсов, который состоит из дифференциального элемента 12 И-НЕ, в свою очередь состоящего из дифференциальных цепей 13 и элемента 14 И-НЕ, логического элемента 15 И для последовательностей импульсов, в свою очередь состоящего из конденсаторов 16 и 17, диодов 18 и 19, резисторов 20 и 21, элемента 22 И, выявителя 23 неисправностей, в свою очередь состоящего из- разделительной цепочки-диода 24 и резистора 25, нагрузочных резисторов 26 и 27, 1иунтирующего диода 28, транзисторов 29 и 30, коммутирующих диодов 31 и 32, разделительных конденсаторов 33 и 34, реле 35, сглаживающего конденсатора 36, индикатора 37 неисправности, выходных цепей 38-40. Кроме того, устройство контроля импульсных сигналов содержит две кнопки 41 и 42, индикаторы 43, два элемента 44 задержки на исчезновение импульсов, резисторы 45, элементы 46 НЕ и элементы 47 И,шину 48 питания и 49 общую шину питания, пятую 50, четвертую 51, третью 52, вторую 53 и первую 54 входные шины. Входы блока.2 контроля совпадений, подключенные к первым входам элементов 3 ИЛИ подключены к двум переключающим контактам первой кнопки 41, их размыкающие контакты соединены с 54 первой и 53 второй входными шинами, а замыкающие контакты соединены с 52 третьей шиной, входы блока 2 контроля совпадений, подключенные к вторым входам элемента 3 ИЛИ, подсоединены к 51 четвертой шине, выходы элементов 3 ИЛИ соединены с двумя входами четырехвходового элемента 5 И-НЕ и с первыми входами двухвходових элементов 4 Н-НЕ, вторые входы которых соединеньа с другими двумя входами четырехвходового элемента 5 Н-НЕ, с функциональными входа ми блока 11 контроля последовательнос тей импульсов и выходами элементов 4 задержки, а выходы подключены ко входам S и К соответствующих триггеров 8 , выход четырехвходового элемента 5 И-НЕ подключён к входу одновибратора б, выход которого через первый элемент 7 НЕ связан с тактирующими входами триггеров 8, выход 9 -каждого из которых через последовательно соединенные указанные другие элементы 46 НЕ и 47 И,соединены с соответству ющими индикатором 43 и переключающим контактом второй кнопки 42, замыкающие контакты которой связаны с общей шиной 49, а размыкаквдие контакты с входами соответствующих элементов 44 задержки. Функциональные входы блока 11 контроля последовательностей импульсов являются входами дифференциально го элемента 12 И-НЕ и подключены к дифференцирующим цепям 13, выходы которых соединены с входами элемента 14 И-НЕ, выход которого подключен к функционсшьному входу логического элемента 15 И для последовательноетей импульсов через разделительный конденсатор 16, другой вывод которого подключен к катоду шунтирующего диода 18 и аноду выпрямительного диода 19, катод которого соединен с накопительным конденсатором 17, нагрузочным резистором 20 и тремя входами элемента 22 И, четвертый вход которого является вспомогательным и соединен с входной пятой шиной 50 устройства 1, а выход его, соединенный с коллекторным резистором 21, подключен к аноду диода 24, катод ко торого соединен с резистором 25 пред ставляющие собой разделительную цепочку и к базе первого транзистора 29 выявителя неисправностей 23. Другие выводы накопительного конденсатора 17, нагрузочного резистора 20 и анод шунтирующего диода 18-соедине ны с эммитером первого транзистора 29 и другим выводом резистора 25 раз делительной цепочки и соединены с общей шиной 49 питания, а к эммитеру второго транзистора 30 подключены шунтирующий диод 28 и импульсное реле, содержащее параллельно соединенные между собой два последовательно включенных коммутирующих диода 31 и 32, сглаживающий конденсатор 36, рел 35 и два последовательно соединенных разделительных конденсатора 33 и 34 общая точка которых соединена с коллекторными резисторами 26 и 27, тран зисторов 29 и 30 повторителя, коллек торным резистором 21 элемента 22 И и шиной 48 питания. Индикатор 37 неисправности включен через размыкающие контакты реле 35 к шинам 48 и 49 пи-, тания, а другие контакты реле 35 являются выходом цепей 38-40 устройства 1. Блок 2 контроля совпадений предназначен для контроля и запоминания вида несовпадений. Индикаторы 43 показывают вид несовпадений, а 37 сигнализирует о неисправности. Вторая кнопка 42 позволяет вернуть элементы схемы контроля в исходное состояние, при нажатии кнопки 42 одновременно проверяется целостность индикаторов и их цепей. Первая кнопка 41 предназначена для проверки устройства 1 контроля импульсных сигналов. Блок 11 контроля последовательностей импульсов предназначен для контроля правильности работы всех элементов устройства, в том числе и входящих в него. Принцип работы устройства контроля импульсных сигналов заключается в следующем. Устройство контроля импульсных сигналов имеет два контролируемых входа. Устройство построено с использованием общеизвестной полной функции разложения единицы, т.е. при нормальной работе контролируемо:о объекта устройство работает по функции совпадения и вынуждает ритмично изменять состояния элементов, призванных регистрировать несовпадения при их появлении. Таким образом, все элементы устройства контроля при нормальной работе контролируемого объекта непрерывно изменяют свои состояния. Выде|Ляются характерные точки схемы контроля, характеризующие исправность всего устройства и с помощью достаточно надежного устройства контроля последовательностей импульсов, подключенного к контролируемом точкам, судят об исправном состоянии элементов устройства контроля. При нормальной работе контролируемого объекта с входных шин 53 и 54 через размыкающие контакты первой кнопки 41 и элементы 3 ИЛИ на входы элементов 4 И-НЕ и одновременно на входы четырехвходового элемента 5 И-НЕ блока 2 контроля совпадений поступают совпадающие ИЛИ, перекрывающиеся сигналы, при этом, если на оставшихся двух входах блокировки четырехвходового элемента 5 И-НЕ в данный момент присутствуют сигналы 1, то на его выходе появляется нулевой импульс, запускающий одновибратор 6 на время необходимое для нормальной работы логического элемента 15 И для последовательностей импульсов. Одновременно опоокидиваются триггеры 8 в состояние единица по их асинхронным входам нулевыми сигналами с выходов элементов 4 И-НЕ.

После исчезновения контролируемых входных сигналов на входах к, включенных параллельно входам триггеров 8,появляются сигналы единица, при этом на тактовых входах указанных триггеров присутствует сигнал единица, обусловленный выходным сигналом элемента 7 НЕ. После восстановления одновибратора 6 сигнал на выходе элемента 7 НЕ становится нулевым и триггеры 8 возвращаются в соетояние ноль, Таким образом, при нормальной работ.е контролируемого объекта триггеры 8 ритмично перебрасываются один раз в период поступления контролируемых импульсов в соетояние единица на время, равное времени запуска одновибратора б. Сигналы с единичных выходов 9 триггеров 8 инвертируются элементами 46 НЕ и затем усиленные элементами 47 И поступают на индикаторы 43, которые загораются (светятся) при появлении нулевого потенциала на выходах элементов 47 И. Однако при нормальной работе контролируемого объекта индикаторы 43 светиться не будут, так как длительность их свечения при это определяется длительностью времяза- . дающей цепи одновибратора 6, а она крайне мала, и не может быть замеченной невооруженным глазом при рабочей частоте поступления контролируемых импульсов. Сигналы с выходов элементов 47 И поступают также через размыкающие контакты второй кнопки 42 на входил элементов 44 задержек на ис чезновение импульсов, выходы которых в виде сигналов блокировки поступают на входы элементов 4 И-НЕ и четырехвходового элемента 5 И-НЕ. Время задержки выбрано из условий времени неодновременности поступления контролируе их импульсов и не позволяет блокироваться схеме контроля при нормальном состоянии контролируемого объекта. Задержанные сигналы на выходах указанных задержек 44 характеризуют исправное состояние всех элементов блока контроля совпадений, таким образом, выходы задержек являются контрольными точками. Эти сигналы поступают на входы дифференциального элемента 12 Н-НЕ блока 11 контроля последовательностей импульсов. Возврат в нулевое состояние триггеров 8 происходит одновременно, поэтому передние фронты на входах диффе- . ренциальных цепей 13 появляются также одновременно. Времязадающие цепи дифференциальных цепей выбраны из расчета, необходимого по длительности нулевого сигнала на входе логичес

кого элемента 15 И для последовательности импульсов (выходе элемента 14 И-НЕ).

Логический элемент 15 И для последовательностей импульсов состоит и преобразователя последовательности импульсов в напряжение постоянного уровня, содержащего конденсаторы 16 и 17, диоды 18 и 19 и резистор 20, выход которого поступает на три входа элемента 22 И, на четвертый вход которого (вспомогательный вход) поступает последовательность импульсов установленной частоты от пятой 50 входной шины. Резистор 21 является коллекторной нагрузкой для элемента 22 И. Выход этого элемента является входом выявителя 23 неисправностей. Сигнал в виде последовательности импульсов установленной частоты через разделительную цепочку диода 24 и резистора 25 поступает не вход стандартной схемы, собранной аналогично выходному каскаду интегрального элемента. При поступлении единичного сигнала транзистор 29 открывается, а транзистор 30 запирается, при этом происходит заряд разделительных конденсаторов по цепям: шина 48 питания конденсатор 33, коммутирующий диод 31, шунтирующий диод 28, переход коллектор-эммитер транзистора 29, общая шина 49 и шина 48 питания, разделительный конденсатор 34, катушка реле 35 и сглаживающий конденсатор 36,коммутирующий диод 31, ц унтирующий диод 28, переход коллектор-эммитер транзистора 29, общая шина 49. При появлении на входе паузы транзистор 29 запирается, а транзистор 30 отпирается, при этом разряд конденсаторов происходит по цепям: общая точка соединения разделительных конденсаторов 33 и 34, резистор 27, коллектор-эмг.штер транзистора30, коммутирующий диод 32, вывод разделительного конденсатора 34 и через катушку реле 35 обкладка конденсатора 33, сглаживающий конденсатор 36 разряжается через катушку реле 35.

Таким образом, при наличии входного импульса через катушку реле 35 протекает зарядный ток, разделительного конденсатора 34, а при наличии |на входе паузы через катушку реле 35 в том же направлении протекают разрядные токи от разделительного конденсатора 33 и сглаживаю1цего конден.сатора 36. За счет этого при нормальной работе контролируемого объекта иустройства 1 контроля на функциональные входа блока 11 контроля ,последовательностей импульсов поступают контролируемые последовательности импульсов и реле выявителя неисправности 35 переключается пульсирующим током, достаточным для его включения. Работа выявителя 23 неисправностей не нарушается, если коммутирующие диоды 31 и 32 включить в обратном направлении, или если общую точку соединения разделительных конденсаторов 33 и 34 подключить не к шине питания 48, а к общей шине 49 устройства, меняется лишь направление токов, протекающих через реле 35. Схема блока 11 контроля последовательностей импульсов выполнена таким образом, что она реагирует лишь на последовательности импульсов.Непрерьюные сигналы ноль или единица на ее входах воспринимаются схемой как сигнал ноль, при этом якорь реле 35 выявителя 23 неисправности под действием пружины реле отпадает, эашлкая соответствующие контакты реле 35 цепей 39 и 40 и сигнализируя о наличии несовпадения контролируемых импульсов или о неисправности схекы устройства 1 контроля импульсных сигналов, куда входит и блок 11 контроля последовательностей импульсов. Пр наличии несовпадения входных контролируемых иютульСов пришедший входной . кoнтpoлиpye 1ый импульс опрокидывает свой триггер 8, при этом одновибратор 6 не запускается и после исчезновения пришедшего входного контроли руемого импульса указанный триггер 8 не возвращается в нулевое состояние и задержанный сигнал с выхода элемен та задержки блокирует блок 2 контрол совпадений. При этом светится индика ;тор 43, указывая на вид несовпадения Ложный О или Ложная 1, а блок 11 контроля последовательности формирует световой и контактный сигналы о наличии неисправности. Если несовпадение было единичным и в дальнейше входные контрольные импульсы продолжают поступать, оператор, нажав крат ковременно вторую кнопку 42, возвращает схему в исходное нормальное сос тояние. Если нажатием второй кнопки 42 схема в нормальное состояние не возвращается, необходимо наясать кноп ку 41, при этом контролируемые входные сигналы обрываются размыкающими контактами, а с помощью замыкающих контактов, подключенных к третьей 52 входной шине на функциональные входы блока 2 контроля совпадений через элементы 3 ИЛИ поступает сигнал в диде последовательности импульсов с частотой, близкой к контролируемой. Восстановление нормальной работы уст ройства 1 контроля в нормальное соегояние указывает на наличие отказа в контролируемом объекте и наоборот, и тем самым позволяет произвести быстр диагностический поиск. При полном до статочно длительном отсутствии входых контролируеьих импульсов, автомаически на четвертой 51 входной шине, ключенной к вторым входам элементов 3 ИЛИ, появляется сигнал в виде последовательности импульсов с частотой и длительностью импульса, аналогичными контрольному сигналу, тем самым устройство 1 контроля непрерывно контролируется. При построении устройства были приняты допущения, что вероятность пробоя конденсаторов, выполняющих функции разделения и вероятность залипания якоря реле 35 выявителя 23 неисправностей, катушка которого обтекается пульсирующими токами, крайне малы. Таким образом, устройство 1 позволяет значительно повысить коэффициент готовности контролируемого объекта и устройства контроля за счет возможности моментального определения любых сбоев в их работе и отказов элементов, определения вида и места сбоя или отказа и замены неисправного устройства на исправное. Формула изобретения 1. Устройство контроля импульсных сигналов, содержащее входные шины и блок контроля совпадений с двумя выходами,состоящий из д-;ух |К-триг-. геров, выходы которых являются выходами блока контроля совпадений, двух элементов ИЛИ, входы которых являются входами блока контроля совпадений, логического элемента НЕ, причем входы блока контроля совпадений соединены с входными шинами, а также содержащее два элемента И и два элемента НЕ, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности контроля за счет фиксирования сбоев и отказов как контролируемого объекта, так и устройства контроля, в него BJвeдeны два индикатора, два элемента задержки, а также два переключателя и блок контроля последовательностей импульсов, выполненный в виде последовательно соединенных между собой элемента И-НЕ с дифференциальными входами, логического элемента И для последовательностей импульсов, второй вход которого соединен с пятой входной шиной , и блока выявления неисправностей , причем в блок контроля совпадений введены четырехвходовый элемент И-НЕ, одновибратор и два двухвходовых элемента И-НЕ, при этом входы блока контроля совпадений, подключенные к первым входам элементов ИЛИ, подключены к двум переключающим контактам первого переключателя, его размыкающие контакты соединены с первой и второй входными шинами, а замлкающие контакты соединены с тре.тьей входной шиной, входы блока контроля совпадений, подключенные ко вторым йходам элементов ИЛИ, подсоединены к четвертой входной шине, выходы элементов ИЛИ соединены с двумя входами четырехвходового элемента И-НЕ и с первыми входами двухвходовых элементов И-НЕ, вторые входы которых соеди нены с другими двумя входами четырехвходового элемента И-НЕ, с функциональными входами блока контроля последовательностей импульсов и выходами элементов задержки, а выходы подключены к объединенным входам S и К соответствующих 1К-триггеров , выход четырехвходового элемента И-НГ подключен к входу одновибратора, выход которого через первый элемент HF соединен с тактирующими входами | к- . триггеров, выход каждого из которых через последовательно соединённые другие элементы НЕ и И соединены с соответствующими индикатором и переключающим контактом второго переключателя, замыкающие контакты которого соединены с общей шиной, а размыкающие контакты - с входами соответству ющих элементов задержки. 2. Устройство ПОП.1, отлича ю щ е е с я тем, что логический элемент И для последовательностей им пульсов содержит двухвходовый элемент И, к одно1.1у входу которого под.ключен выход преобразователя последовательности импульсов в постоянное напряжение, состоящий из разделитель ного конденсатора, подключенного к катоду шунтирующего диода и аноду выпрямительного диода, катод которого соединен с накопительным конденсатором и нагрузочным резистором, другие выводы накопительного конденсатора, нагрузочного резистора и анод шунтирующего диода подключены к общей шине, а второй вход является входом элемента И для последовательностей импульсов . 3. Устройство поп;1отличаю щ е е с я тем, что блок выявления неисправностей содержит повторитель из последовательно соединенных двух транзисторов, причем в базовую цепь первого транзистора включена разделительная цепочка из диода и резистора, а к эмиттеру второго транзистора подключены шунтирующий диод и импульсное реле, содержащее параллельно соединенные между собой два последовательно включенных коммутирующих диода, сглаживающий конденсатор, реле и два последовательно соединенных разделительных конденсатора, общая точка которых соединена с коллекторными резисторами транзисторов повторителя и шиной питания индикатора неисправности, подключенного через размыкающие контакты реле к шинам питания, а другие контакты реле являются выходом устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское сгвидетельство СССР № 558392, кл. Н 03 К 5/19, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР 586557, кл. Н- 03 К 5/19, 1976.