Устройство для передачи телеизмерений в число-импульсном коде Советский патент 1983 года по МПК G08C19/18 

Изобретение относится к телемеханике и может использоваться для передачи информации об измеряемой величине в число-импульсном коде, например, в мультиплексной системе управления-элементами подводного устьевого оборудования при бурении нефтяных и газовых скважин с плавучих буровых установок и судов.

ИзЬестно устройство для телеизмерения и телесигнализации, содерркащее формирователь число-импульс-ного кода, в котором измеряемаявеличина преобразуется в число периодов переменного тока, пропущенных в линию связи ClЦ.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является цифровой компас, содержащий генератор синхроимпульсов и схему формирования числоимпульсного кода с генератором, импульсов. Принцип действия этого устройства состоит в следующем. Уго отклонения магнитной стрелки преобразуется в серию прямоугольных импульсов, передаваемую в линию связи, причем число импульсов.в серии пропорционально измеряемой величине отклонения Г2 3.

Недостатками известных устройств является относительно низкое быстродействие . Повышение быстродействия связано с увеличением частоты следования импульсов в серии импульсов, что приводит к расширению полосы пропускания лииии связи и затрудняет использование устро ства в многоканальных системах телеизмерения.

Цель изобретения - повышение бысродействия устройства путем уменьшения частоты следования импульсов в серии импульсов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для передачи телеизмерений в число-импульсном коде, содержащее первичный преобразователь, первый вход которого является входом устройства, генератор синхроимпульсов, введены блок управления, делители, счетчики, блок сравнения, элементы И, элемент ИЛИ., формирователь импульсов и шина постоянного потенциала, первый выход первичного преобразователя .соединен с первыми входами первого счетчика и первого делителя, выход которого со1единен с первым входом элемента ИЛИ и первым входом блока управления, второй выход первичного преоб разователя соединей с первым входом второго делителя, выход которого содинен с первым входом первого элемента И и вторым входом блока управления, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, выход первого элемента И соединен с первыми входами второго счетчика

и второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход, элемента ИЛИ соединен с входом .формирователя импульсов, выход которого является выходом устройства, выход генератора синхроимпульсов соединен с вторыми входами первичного преобразователя, делителей и счетчиков, выходы счетчиков соединены с соответствующими входами блока сравнения,кодов, выход . блока сравнения кодов соединен с вторым входом второго элемента И, третий вход блока управления подключен к шине постоянного потенциала.

Кроме того, блок управления выполнен на D-триггерах, выход первого D-триггера соединен с информационным входом второго D-триггера выход которого соединен с выходом блока управления, а синхронный вход первого D-триггера и объединенные синхронизирующие входы первого и второго D-триггеров. соединены соответственно с первым и.вторым входами .блока управления, информационный вход первого D-триггера соединен с третьим входом блока управления.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг . 2 временная диаграмма работы устройства; на фиг. 3 - вариант исполнения блока управления; на фиг. 4 временная диаграмма работы блока управления.

Устройство содержит первичный преобразователь1 с генератором импульсов (не показан), шину 2 постоянного потенциала (логической единицы), генератор 3 синхроимпульсов, первай 4 и второй 5 делители, первый 6 и второй 7 счетчики, первый 8 и второй 9 элементы И, блок 10 сравнения (кодов), блок 11 управления, элемент ИЛИ 12, формирователь 13 импульсов.

. Блок 11 управления (фиг. 3) может быть построен на D-триггерах и содержит первый D-триггер 14 с прямым .динамическим входом 15 синхронизации и асинхронным R-входом 16 и второй О-триггер 17с инверсным динамическим входом 18 синхронизадии. На фиг. 3 показаны также информационные вход 19 второго D-триггера и 20 первого 0-триггера-.

Устройство работает следующим образом.

Синхронизирующий импульс генератора 3 синхроимпульсов запускает преобразователь 1 и устанавливает в .О первый 4 и второй 5 делители и (Первый б и второй 7 счетчики. Преобразователь 1 вырабатывает серию импульсов, следующих с частотой, определяемой частотой работы генератора импульсов. Причем число импульсов в серии пропорционально измеряемой величине, поступающей на входустройства. Эта серия импульсов поступает на входы первого делителя 4 и первого счетчика 6. Первый делитель 4, имеющий коэффициент деления п, пропускает на вход элемента ИЛИ 12 и блока 11 управления кгиедый п-й импуль-с, и количест во импульсов на выходе первого де|лителя 4 равно частному от деления числа импульров в серии на п, причем эти импульсы след5«от с частотой в п раз ме(ньшей Частс ты генератора й мпульсов. Первый счетчик 6 имеет коэффициент пересчета п и по окончаний серии импульсов, вырабртанной пре.сгбраэователем 1, на его выходах устанавливается двоичный &квиваяент остатка от деления количества импульсов в серии на п. Второй делитель 5, аналогичный первому делители 4, пропускает на бле 11 управления каждай п-й импульс из непрерывной п ериодической последовательности илотульсов, поступающей с преобразователя: 1. Блок 11 управления фиксиру« Т одновременное поступление иш1ул ьс6в с выходов пер вого 4 и второго 5 делителей.

Вторе счётчик 7, аналогичный первс у счетчику б и.меет коэффициент пересчета п.-Счётчик 7 устанавливается в О синхронизирующим импульсом с rieHepatTopai 3 синхроимпульсов. Пб окончании серии нмпульсов с преоб эазователя 1 блок 11 управления после разделяющей паузы разрешает прохождение импульсов с делителя 5 через первый элемент И 8 на второй счетчик 7. Если первый счетчик 6 находится в состоянии, ртличнетл от нуля (т,е. если число импульсов в исходн эй: серии импульг сов делится на п. с остатком) j то блок 10 сравнения кодов разрешает прохождение импульсов с выхода первого элемента И JB через второй элёмеит И 9 на вход элемента ИЛИ 12. При поступлении на второй счетчик 7 поелёдрвательности импульсов, число KOToptjx равно рстатку от деления исходной серии импульсов на п, на выходах второзЕ о счетчика; 7 установится та же колшевая комбинация, что и на выходах первого счетчика; 6, блок 10 сравнения кодов запретит прохождение илшульсов с выхода первого элемента И 8 через второй элемент И 9 на вход элемента ИЛИ 12 Таким рбразс, число импульсов на выходе элемента ИЛИ 12 во второй серии икшульсов равно остатку от деления исходной серии импульров на п.

В результате на выход элемента ИЛИ 12 проходят последовательно

две серии импульсов, разделенных паузой. Количество импульсов в первой серии равно частному, а во второй - остатку от делении-исходной серии импульсов, выработанной преобразователем 1, на п. Причем частрта следования илшульсов в них в п раз меньше исходной частоты, равной частоте работы, генератора импульсов . Импульсы с выхода элеoмента ИЛИ 12 прохрдят на выход устройства через фррмиррватель 13, уменьшающий скважность выходных импульсов. При поступлении следующего синхронизирующего импульса с генератора 3 синхроимпульсов внрвь

5 запускается преобразователь 1. Первый 4 и втррой 5 делители, первый б и второй 7 счетчики устанавлива.Л)тся в О и цикл повторяется.

Формирование паузы и зад ержка

0 второй серии импульсов осуществляется блоком 11 управЛейия. На входы блока 11 управления поступают импульсы с преобразователя 1 через делители 4 и 5 соответственно. Так

5 как преобразователь 1 вырабатывает на своем выходе серию импульсов из непрерывной последовательности импульсов с генератора импульсов, то на входы делителей 4 и 5 соот0ветственно поступает ограниченная по количеству импульсрв серия и непрерывная последовательность синхронных и синфазных импульсов (т.е. следуюи х с одинаковой частотой и

5 совпадающих по фазе). На выходы делители 4 и 5 проходит 1саждый п-й импульс.

Таким образом, на вкиеоде делителя 4 появляется серия импульсов, число котЫЁжк равно частщаму от деления исходной серии импульсов на 11, а на В ЕлХоде делителя 5 - непрерывная последовательность импульсов. ПЕЖчем импульсы на выходах делИтелей 4 и 5 синхронны и синфаз5

.ны, а их частота в п раз меньше частоты генератора импульсов преобразователя 1. Блок 11 управления осуществляет проверку совпадения импульсов на выходах делителей 4 и 5

0 По окончании серии И1«1уЛьсов на вы-, ходе делителя 4 при поступлении очередного импульса с делителя 5. блок 11 управления зафиксирует отсутствие импульса На выходе делителя 4 .

5 и выдаст на своем выходе разрешающий сигнал.

Вр избежание состязания фронтов импульсов с делителей 4 и. 5 при их сравнении блоком 11 управления и

О

;для фор 4иррвания разделительной паузы разрешающий сигнал устанавливается на выходе блока 11 управления по спаду того И11шульса с дели.теля 5, при поступлении которого .б. 11 управления зафиксировал от5

сутствие очередного импульса с де-. лителя 4, Поэтому этот импульс с делителя 5 через первый элемент И 8 не проходит на второй счетчик 7 и через второй элемент И 9 на элемент ИЛИ 12. На.выходе элемента-ИЛИ 12 в этот момент времени импульс отсутствует, так как импульсы с делителя 4 уже прекратились, а импульсы с делителя 5 еще не пропускаются блоком 11 управления через первый элемент И 8. Прохождение импульсов с делителя 5 разрешается блоком 11 управления, начиная со следующего после того импульса, по которому блок 11 управления фиксирует отсутствие импульса с делителя 4, Таким образом, задержка блоком 11 управления прохождения- импульсов с .делителя 5 через первый элемент И 8 на один период следования этих импульсов определяет паузу между первой и второй сериями импульсов на выходе элемента ИЛИ 12.

Принцип работы число-импул-ьсного устройства телеизмерения иллюстрируется временной диаграммой, представленной на фиг. 2.

Цикл работы устройства начинается при поступлении синхронизирующего импульса с генератора 3 синхроимпульсов (фиг. 2а). Этим импульсом устанавливаются в О делители 4 и 5 и счетчики 6 и 7, а также запускается преобразователь 1, который вырабатывает серию импульсов, число которых пропорционально измеряемой величине (фиг. 2в) Временная диаграмма устройства для наглядности построена для конкретного значения числового эквивалента измеряемой величины N 10. Так как преобразователь 1 вырабатывает серию импульсов из непрерывной последовательности импульсов с генератора импульсов (фиг. 2б), то эти импульсы следуют с одинаковой частотой и совпадают по фазе (фиг. 26, ив). Делители 4 и 5 пропускают каждый п-й импульс из последовательности импульсов, поступающей на их вход. При построении диаграммы выбрано п 4. Таким образом, делители 4 и 5 пропускают каждый четвертый импульс из поступивших на их вход (фиг. 2г и д), причем на выходе делителя 4 появится только два импульса, что соответствует частному от деления исходной серии из де.сяти импульсов на четыре (фиг. 2д). При этом на выходах сче чика б установится кодовая комбинация, соответствующая числу 2, т.е. остатку от деления исходной серии на четыре.

Блок 11 управления по окончании серии импульсов с преобразователя 1 фиксирует, что на его входфз поступил импульс .только с делителя 5

(фиг. 2г и д), и по спаду этого импульса выдает разрешающий сигнал (фиг. 2е) на прохождение импульсов с делителя 5 через элемент И 8 на счетчик 7. Прохождение импульсов на

счетчик 7 разрешается блоком 11 уп. равления,.начиная со следующего

после того, во время которого зафиксировано отсутствие импульса с делителя 4 (фиг. 2ж) .1 Блок 10 сравнения кодов запрещает прохождение импульсов через второй элемент И 9 на элемент ИЛИ 12 после поступления на вход счетчика 7 двух импульсов с делителя 5 (фиг. 2ж и з), так как

5 при этом на выходах счётчика 7 ус танавливается та же кодовая комбинация, что и на выходах счетчика б. Следовательно, через элемент И 9 на элемент ИЛИ 12 поступает два импульса с делителя 5 (фиг. 2и). что соответствует остатку от деления исходной серии импульсов на четыре. Таким образом, на выходе элемента ИЛИ 12 образуется две серии импульсов (фиг. 2к), причем число импульсов в первой серии равно частному от деления исходной серии на четыре, а число импульсов во второй серии - остатку от деления. Пунктиром изображен отсутствующий на выходе i элемента ИЛИ 12 импульс с делителя . 5, который определяет разделяющую паузу между двумя сериями импульсов. Импульсы с выхода элемента ИЛИ 12 проходят на выход устройства через

5 формирователь 13, который уменьшает их скважность (фиг, 2л).

Работа блока 11 управления поясняется временной диаграммой, представленной на фиг. 4. На входы 15

0 и 18 синхронизации триггеров 14 и 17 поступают импульсы со второго делителя 5 (фиг, 4а), по переднему фронту которых происходит запуск первого триггера 14. Так как на

5 его информационный вход 20 подается постоянный потенциал логической е,циницы, триггер устанавливается в единичное состояние (.фиг, 4в). Если при этом на R-вход 16 первого

0 триггера 14 приходит импульс с первого делители 4 (фиг. 4б), то-триггер 14 возвращается в нулевое состояние. По окончании серии импульсов с первого делителя 4 (фиг. 4б)

е очередной импульс со второго делителя 5 (фиг, 4а) запускает первый триггер 14,и поскольку на R-вход 16 импульсы уже не поступают, первый триггер 14 устанавливается в единичное состояйие до окончания

цикла (фиг. 4в),

На информационный вход 19 второго триггера 17 подается сигнал с выхода первого триггера 14. Запись 5 информации во втором триггере 17 происходит по спаду импульсов со второго делителя 5, поступающих на его вход 18 синхронизации. Так как при условии поступления импульсов с первого делителя 4 на R-вход 16 первого триггера 14 последний устанавливается в нулевое состояние до начала спада импульса со второго 5, покоторому во-втором триггере 17 происходит запись информации, второй триггер 17 сохра няет нулевое состояние. При поступ лении тлюгульса со второго делителя 5 J отсутствии при этом импульса с Первого делителя4 (фиг. 4а и б) к моменту записи информации во втором триггере 17 первый триггер 14 находится в единичном сострянии, и по спаду импульса со второго делителя 5 триггер 17 устанавливается в единичное состояние и сохраня ет его до окончания цикла (фиг. 4г При этом блок 11 управления разрешает прохождение импульсов со второго делителя 5 через первый элемент И 8 на второй счетчик 7. Первый 14 и второй 17 триггеры блока 11 управления могут устанавл ваться в нулевое состояние в начале цикла синхронизирующим импульсом с генератора 3 синхроимпульсов С целью облегчения понимания работы схемл (фиг. 3) цепи обнуления триггеров синх оимпульсов не показаны. Таким образом, предлагаемое уст ройСтво в сравнении с базовым объе том - цифровым компасом С2Эг имеет следующие технико-экономические преимущества: повышается быстродействие устройства при той же частоте следования импульсов и ширине полосы пропускания связи; уменьшается частота следования импульсов в передаваемой серии импульсов/ уменьшается полоса пропускания линии связи; сокращается время на. телеизмерение и обеспечивается возможность производить телеизмерение дополнительных объектов в многоканальной системе телеизмерения. Так, если число импульсов в серии, соответствующей максимальной величине измеряемого паранетра, равно N, а коэффициент деления выбран .равным п, то коэффициент уменьшения частоты следования импульсов К можно приближенно определить по формуле п N N+n2 Коэффициент уменьшения частоты следования импульсов икеет максимальное значение, если коэффициент деления выбран равным п УН. При этом он равен К -5- Так, если N 100, то максимально возможный выигрьвя в частоте при коэффициенте деления п 10 будет равен пяти.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ В ЧИСЛО-ИМПУЛЬСНОМ КОДЕ, содержащее первичный преобразователь, первый вход которого является входом устройства, генератор синхроимпульсов, отличающее с я тем, что, С целью повышения быстродействия устройства, в него введены блок управления, делители, счетчик, блок сравнения, элементы И, элемейт ИЛИ, формирователь импульсов и шина постоянного потенциала, первый выход первичного преобразователя сЬедииен с первыкш входами парпервого счетчика и первого делителя, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и первым входом блока управления, выход первичного преобразователя соединен с первым входом второго делителя, выход которого соединен с первымвходом первого элемента И и вторым входом блока управления, выход которого соединен с. вторьм входом первого элемента И, выход первого элемента И соединен с первыми входами второго счетчика и второго-элемента И, выход которого соединение вторым входом элемента ИЛИ, выход элемента ИЛИ соединен с Ьходом формирователя импульсов, выход которого является выходом устройства, выход генеоатрра синхроимпульсов соединен с вторыми входами первичного преобр зователя, делителей и счетчиков, выходы счетчиков соединены с соответст вукадими входаьм блока сравнения кодов,выход блока сравнения кодов соединен с вторьа«1 входом второго элемента И, третий вход блока управ(/) ления подключен к шине постоянного потенциала. 2. Устройство по п. 1, о т. л ичаюадееся тем, что блок управ ления выполнен на D-триггерах, выход первого D-триггера соединен с информационным входом второго D-триг гера, выход которого соединен с выходом блока управления, асинхронный вход первого D-триггера и объединенные синхронизируюиб е входы первого и второго D-триггеров соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления, информационный вход первого D-тригirepa соединен с третьим входом бло;ка управления.

0uffi

1 2 5ti. 5 6 7 8 S /О

S

п п

п п

)К

гпгпт

V

о

л

Фие2

1

-

-f

О П п

1

f

я

/

-I

п п -i

1-bfu Вхр f6

w

og.f Iff

/s

i9

быуо

18

17

tpU8.3

tj9u . ч