Многоканальное измерительно-регистрирующее устройство (его варианты) Советский патент 1983 года по МПК G01D5/25 

Изобретение относится к устройст вам автоматического измерения и регистрации различных физических вели чин и может быть использовано для регистрации результатов тензометри ческих измерений при испытаниях стр ительных конструкций. Известно устройство для многоканального измерения сигналов тензодатчиков, содержащее тензодатчики, блок коммутации/ блок измерения и стрелочный индикатор ll. Однако устройство не обеспечивае автоматическую регистрацию результа тов тензоиспытаний. Наиболее близким к предлагаемому является многоканальное измерительно-регистрирующее устройство (цифро вой тензометрический мост), содержа щее генератор, датчики (тензодатчик связанные через блок коммутации с блоком измерения (состоящим из последовательно соединенной мостовой схемы, нормирующего усилителя и ана лого-цифрового преобразователя), подключенным к блоку управления ( (состоящему из многоразрядного дешифратора и регистра сдвига), выход которого через блок усилителей мощности соединен с цифропечатающим устройством 2 }. Поскольку в данном устройстве опрос датчиков осуществляется синхронно с измерением и выводом резуль татов на цифропечать, его быстродействие определяется суммарным быс родействием коммутатора, измерителя и цифропечатающего устройства (ЦПУ) а также разрядностью выводимой информации. Увеличение быстродействия ЦПУ (наиболее инерционного элемента сопряжено со значительным усложнением его конструкции, снижением надежности и удорожанием всего устрой ства. В то же время повышение быстродействия ЦПУ не всегда приводит к удовлетворительным результатам, особенно когда предъявляются жестки требования к промежутку времени между отсчетами первого и последнего датчика, при большом количестве датчиков и при регистрации быстропротекающих процессов. Неодновремен ность отсчетов в измерительных кана лах приводит к существенным погрешностям измерений, искажающим характер протекающих в объекте испытания процессов. Кроме этого, требуемый интервал времени между соседними циклами измерений информации (по всем каналам) становится соизмеримым с циклом опроса датчиков, что также снижает эффективность получен ной информации. Цель изобретения - повышение надежности, быстродействия и точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор, датчики, соединенные через блок коммутации с блоком измерения, многоразрядный коммутатор-мультиплексер, подключенные к нему регистр сдвига, многоразрядный дешифратор и блок усилителей мощности, соединенный с цифропечатающим блоком, введены последовательно соединенные три счетчика и связанный с их .выводами блок фиксации обнуления, последовательно соединенные элемент НЕ, одновибратор и элемент И, селектор и связанные с ним оперативный запоминающий узел и триггер, причем генератор соединен с входами элемента НЕ и первого счетчика, разрядные выходы первого и третьего счетчиков соединены с информационными входами селектора, выход которого подключен к адресным входам блока коммутации и дешифратора, информационный вход последнего соединен с выходом оперативного запоминающего узла, информационный вход и вход разрешения записи которого подключены соответственно к выходу блока измерения и эле-. мента И, выход блока фиксации обнуления через триггер соединен с входом блокировки печати блока усилителей мощности и с вторым входом элемента И, при этом второй выход второго счетчика подключен к регистру сдвига. Поставленная цель достигается также тем,-что в устройство, содержащее генератор, датчики, соединенные через блок коммутации с блоком измерения, регистр сдвига,дешифратор, блок усилителей мощности и соединенный с ним цифропечатающий блок, введены последовательно соединенные три счетчика и связанный с их выходами блок фиксации обнуления, последовательно соединенные элемент НЕ, одновибратор и элемент И, селектор и соединенные с ним оперативный запоминающий узел, преобразователь кода и триггер, причем генератор соединен с входами элемента НЕ и первого счетчика, разрядные выходы первого и третьего счетчиков соединены с информационными входами селектора, выход которого связан с адресным входом блока коммутации, дешифратор соединен с информационным входом блока усилителей мощности и выходом оперативного запоминающего узла, информационный вход которого подключен к выходам блока измерения и преобразователя кода, вход разрешения записи - к выходу элемента И, а вход разрешения считывания - к выходу регистра сдвига, входом соединенного с вторым выходом второго счетчика, выход блока фиксации обнуления через триггер соединен с входом блокировки печати блока усилите лей мощности и с вторым входом элемента И, На фиг.1 дана структурная схема предлагаемого устройства, первый вариант; на фиг.2 - то же, второй вариант. Устройство содержит генератор 1, счетчики 2-4, элемент НЕ 5, блок фиксации обнуления, одновибратор 7, триггер 8, селектор 9, датчики 10-1 10-п, блок 11 коммутации, элемент И 12, блок 13 измерения, оперативный эапоминаюгций узел 14, многоканальный многоразр ядный дешифратор 1 блок 16 усилителей мощности, цифропечатающий блок 17, регистр 18 сдви га, преобразователь 19 кода и много разрядный коммутатор-мультиплексер 20. Двойными линиями показаны много разрядные входы и выходы. По первому варианту устройства генератор 1 и счетчики 2-4 соединены последовательно, а их выходы подключены к блоку 6, выход которог через триггер 8 связан с управляющими входами селектора 9, элемента И 12 и блока 16. Выходы счетчиков 2 и 4 подключены также к информацио ным входам селектора 9, выход которого соединен с адресными входами блока 11, оперативного запоминающег узла (ОЗУ) 14 и многоразрядного дешифратора 15 (несколько десятичных разрядов), выход которого связан с последовательно соединенньлми коммутатором 20, блоком 16 и цифропечатги щим блоком (ЦПУ) 17. Регистр 18 сдвига соединен с выходом счетчика 3 и входом коммутатора- мультиплексера 20 . Элемент И 1 связан с входом разрешения записи ОЗУ 14 и с одновибратором 7, соединенным через элемент НЕ 5 с генератором 1. Датчики 10 через блок 11 соединены с блоком 13, выход которо го подключен к информационному входу ОЗУ 14. В отличие от первого варианта во втором отсутствует многоразрядный коммутатор-мультиплексер 20, введен преобразователь 19 кода, а дешифратор 15 выполнен одноразрядным (один десятичный разряд). Выход регистра 18 сдвига соединен с входом разрешения считывания ОЗУ 14, а выход селектора 9 соединен с адресным входами блока 11, ОЗУ 14 и с его ин формационным входом через преобразо ватель 19 кода. Устройство работает следующим об разом. По первому варианту (фиг.1) сигнал ff от генератора 1 поступает на последовательно соединенные счетчики 2 - 4. Счетчики 2 и 4 имеют одинаковую емкость, соответствующую числу каналов измерения. Их выходны сигналы, снимаемые с разрядных выходов, являются адресными, определяющими двоичный код номера канала измерения, но с разной скоростью круговой периодической адресации, определяемой соотношением емкостей счетчиков 2-4. Адресные сигналы выбираются селектором 9 с одного из счетчиков 2 и 4 и поступают на блок 11, ОЗУ 14 и дешифратор 15. Счетчик 3 с емкостью, регулируемой от О до К служит для регулирования соотношения скорости адресации, которое равно 1ц, где i - установленная емкость счетчика 3; К - емкости счетчиков 2 и 4, соответствующие числу каналов измерения. Оперативно-запоминающий узел 14 представляет собой матрицу ячеек памяти со схемами управления, в которой строка (слово информационное) имеет число двоичных разрядов, необходимое для записи значения двоичного кода измеряемого параметра с требуемой точностью, а столбец (число строк) соответствует количеству каналов измерения (например, микросхемы ОЗУ серий 155РУ, К527РУ и т.д.). ОЗУ 14 работает в режиме пословной выборки, осуществляемой по адресному сигналу двоичного кода номера канала. При считывании на выходе появляется информация о значении параметра в данном канале. Запись информации, поступающей на вход ОЗУ 14, производится только по сигналу разрешения . Сущность заключается в том, что первоначально измеряемая информация всех каналов с максимально возможной скоростью записывается в память ОЗУ14 и потом со значительно меньшей скоростью выводится на цифропечаггь - ЦПУ 17. В момент обнуления счетчиков 2 и 4 блок 6 воздействует на триггер 8, который переключает селектором 9 сигнал адресации на счетчик 4, одновременно разблокируя блок 16 и запрещая перезапись информации в ОЗУ 14 блокировкой второго входа элемента И 12. При этом записанная ранее в ОЗУ 14 информация с замедленной скоростью поканально выводится на многоразрядный дешифратор 15, где преобразуется вместе с адресным сигналом по циклу двоичный код - двоично-делятичный код - десятичный код, выдавая десятичную информацию о номере опрашиваемого канала и значении измеренного параметра, образуя 5-10 или более десятичных разрядов Далее эта информация (многоразрядная десятичная) поступает на многоразрядный коммутатор-мультиплексер 20, выходы которого подключены к соответствующим знаковым входам (0,1,2,...,9) и вспомогательным входам усилителей мощности (пропуск между группами отпечатков, перевод строки, смена цвета lilt II II и т.д.); блока печати, 16,выходы которого нагружены на электромагниты привода знаков ЦПУ 1 С ,помощью регистра 18 сдвига, управ ляемого промежуточной частотой fp о счетчика 3, производится последовательное подключение в требуемом порядке входной десятичной информации коммутатора-мультиплексера 20 на ег выход и реализация последовательной печати канальной информации на ЦПУ 17.Регистр 18 сдвига совершает пол ный цикл работы в пределах каждого адреса, формируемого счетчиком 4, сдвигая импульс от своего первого выхода к последнему. Число выходов соответствует количеству необходимы операций, определяемых числом десятичных разрядов номера канала и измеряемого параметра, количеством пропусков между группами отпечатков и т.п. При коммутации коммутатороммультиплексером 20 очередного десятичного разряда дешифратора 15 сигн о числовом значении этого десятичного, разряда проходит через блок 16 возбуждал соответствующий электромагнит ЦПУ 17. Пропуск между .группа ми отпечатков формируется непосредств енно от соответствующего разряда регистра .18 сдвига через канал пропуска коммутатора-мультиплексера 20При небольших соотношениях скоростей ввода - вывода информации счетчики 3 и 4 исключаются из струк туры устройства, а оба адресных выхода берутся с разрядных выходов счетчика 2 (с увеличенным числом разрядов) со сдвигом друг относитель но друга на число-двоичных разрядов обеспечивающих заданное соотношение скоростей. Соответствующим образом переключается и вход регистра 18 сдвига. Сигнал разрешения записи информации в ОЗУ 14 поступает на половину периода позже прихода каждого адресного сигнала, такая задержка записи обеспечивается элементом НЕ 5, формирующим сдвиг по фазе 180° между счетными импульсами и моментами запуска одновибратора 7, который через элемент И 12 воздействует на вход разрешения записи ОЗУ 14. Половины периода адресации достаточно для завершения переходных процессов,вызванных коммутацией (с помощью блока 11) очередного датчика 10 на. вход блока 13, и установления на выходе последнего достоверн ой информации. При использовании в качестве блока 11 герконового коммутатора предлагаемое устройство позволяет сократить время измерения в 3-5 раз по сравнений с устройством-прототипом, работающим с максимально возможной скоростью. Использование бесконтактных аналоговых ключей (например, микросхем Н284КН1, К 590КН1, К591КН1 -, коммутирующих потенциальные сигналы датчиков (или полумостов с датчиками) на высокоомный вход операционного усилителя в блоке 13, позволит еще более значительно (на 2-3 порядка) сократить время измерения информации (записи в ОЗУ, 14) , Поскольку на точность (синхронность) измерения влияет только длительность цикла записи -информации, скорость печати можно установить значительно ниже номинальной в пределах требуемого интервала дискретности между циклами измерений, что существенно повышает надежность ЦПУ 17. Второй вариант устройства отличается от первого тем, что преобразование выводимой информации во временную последовательность десятичных знаков осуществляется без помощи многоразрядного коммутатора-мультиплексера 20 (он исключен из структуры устройства) о Эта операция производится ОЗУ 14, сгруппированным из разрядных блоков, каждый из которых предназначен для запоминания четырех разрядов двоично-десятичного кода одного десятичного разряда выводимой информации. Блок 13 вьщает информацию о параметре в двоично-десятичном коде, преобразователь 19 кода выдает двоично-десятичный код номера канала. Эти коды подаются для записи в свои (объединенные по выходу), разрядные блоки ОЗУ 14, количество которых соответствует числу десятичных разрядов выводи-Мой информации. Разрядные выходы регистра 18 сдвига подключены к соответствующим разрядным блокам ОЗУ 14, управляют последовательным выводом информации с этих блоков на одноразрядный дешифратор 15, который преобразует 4-разрядную информацию двоично-десятичного кода в одноразрядную десятичную информацию. Адресация (выбор канальной информации) блоков ОЗУ 14 осуществляется параллельно, а считывание с блоков в пределах адреса последовательно. Таким образом, второй вариант в сравнении с первым за счет усложнения блока памяти (ОЗУ 14) позволяет значительно упростить дешифратор 15, печатный монтаж блоков и исключить коммутатор-мультиплексер 16. При отсутствии в распоряжении разработчика ОЗУ большой емкости, устройство достаточно.-;просто реализуется по первой структуре. Оба варианта устройства позволяют значительно повысить надежность работы, быстродействие и точность измерения.

at. 2.

1. Многоканальное измерительнорегистрирующее устройство, содержащее генератор, датчики, соединенные через блок коммутации с блоком измерения, многоразрядный коммутатормультигшексер, подключенные к нему регистр сдвига, многоразрядный дешифратор и блок усилителей мощности, соединенный с цифропечатающим блоком, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, быстродействия и точности измерения, в него введены последовательно соединенные три счетчика и связанный с их выводами блок фиксации обнуления, последовательно соединенные элемент НЕ, одновибратор и элемент И, селектор и связанные с ним оперативный запоминающий узел - и триггер, причем генератор соединен с входами элемента НЕ и первого счетчика, разрядные выходы первого и третьего счетчиков соединены с информационными входами Селектора, выход которого подключен к адресным входам блока коммутации и дешифратора, информационный вход последнего соединен с выходом оперативного запоминающего узла, инфор дт ятй 1 1й мационный вход и вход разрешения записи которого подключены соответственно к выходу блока измерения и элемента И, выход блока фиксации обнуления через триггер соединен с входом блокиро вки печати блока усилителей мощности и с вторым входом элемента И, при этом второй выход второго счетчика подключен к регистру сдвига. 2. Многоканальное измерительнорегистрирующее устройство, содержащее генератор, датчики, соединенные Через блок коммутации с блоком измерения, регистр сдвига, дешифратор/ блок усилителей мощности и соединенный с ним цифропечатающий блок, о тличающееся тем, что в него (Л введены последовательно соединенные три счетчика и связанный с их выходами блок фиксации обнуления, посI ледовательно соединенные элемент НЕ, одновибратор и элемент И, селектор и соединенные с ним оперативный запоминающий узел, преобразователь кода и триггер, причем генератор соединен с входами элемента НЕ и первоОр го счетчика, разрядные выходы первого и третьего счетчиков соединены 00 с информационными входами селектора, ас выход которого подключен к адресным .входс№1 блока коммутации, дешифратор соединен с информационным входом бло-i ка усилителей мощности и выходом оперативного запоминающего узла, информационный вход которого подключен к выходам блока измерения и преобразователя кода, вход разрешения записи - к выходу элемента И, а вход разрешения считывания - к выходу регистра сдвига, входом соединенного с вторым выходом второго счетчика, при этом выход блока фиксации обнуления через триггер соединен с входом блокировки печати блока усилителей мощности и с вторым входом элемента И.