Устройство для контроля метрологических характеристик средств измерений Советский патент 1984 года по МПК G05B23/02 G06F11/22 

пы вторых вентилей объединены с выходом двоично-десятичного умножителя, входы которого являются запирающими входами первой группы вентилей, а выходы второй группы вентилей подключены к второму информационному входу второго сумматора.

3. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что цифрочастотный преобразователь содержит генератор тактовых импульсов, третий счетчик, преобразователь прямого кода в обратный, сумматор кодов, вторую схему сравнения кодов, элемент задержки, депифратор и третью схему сравнения кодов,, причем выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом третьего счетчика, информационный вход преобразователя прямого кода вобратньш объединен с входом

592

цифрочастотного преобразователя, информационные входы второй схемы сравнениякодов связаны с выходами третьего счетчика и выходом старшего разряда сумматора кодов, управляющий вход элемента згадержки подключен к выходу второй cxejvibi сравнения кодов, информационные входы третьей схемы сравнения кодов подсоединены к разрядным выходам дешифратора, выходу элемента задержки и второй схемы сравне1адя кодов, разрядные входы дешифратора соединены с выходом младшего разряда сумматора кодов, выход третьей схемы сравнения кодов соединен с вьссодом цифрочастотного преобразователя и управляющ м входом сумматора кодов, а выход преобразователя прямого кода в обратный с информационным входом сумматора кодов.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ, содержащее генератор опорной частоты, последовательно соединенные триггер и вентиль, а также первый счетчик, первый и второй реверсивные счетчики, цифроаналоговый преобразователь, первьй и второй блоки-индикации, первую схему сравнения кодов и делитель частоты, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности формирования тестовых сигналов, изменяющихся по треугольному закону и по закону типа переходный процесс с варьируемой нелинейностью, в него введены последовательно соединенные первый двоичнодесятичный умножитель, первьш вентиль, второй двоично-десятичньй умножитель, блок задания коэффициента нелинейности и первый сумматор импульсов, а также блок задержки и цифрочастотный преобразователь, причем первый и второй информационные входы первого сумматора импульсов связаны с информационными выходами блока задания коэффициента нелинейности и второго двоично-десятичного умножителя, а выход первого сумматора импульсов соединен со счетным входом первого реверсивного счетчика, счетный вход блока задержки объединен со счетными входами первого двоично-десятичного умножителя и первого счетчика и подключен к выходу узла запуска, управляющий вход блока задержки объединен с входами реверса первого и второго реверсивных счетчиков и подклЕочен к выходу старшего разряда второго реверсивного счетчика, выхоД блока задержки Подсоединен к управляю(Л щему входу вентиля, информационный вход цифрочастотного преобразователя с связан с выходомпервого ревирсивного счетчика и информационным входом циф. роаналогового преобразователя, вход делителя частоты соединен с выходом первого двоичного-десятичного умножителя, вход второго реверсивного счетчи ел ка связан с выходом делителя частоты, а первый информационный вход первой со ю схемы сравнения кодов - с разрядными входами второго реверсивного счетчика . 2. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что каждый двоично-десятичный умножитель образован вторым сумматором импульсов, вторым счетчиком и двумя группами вторых вентилей, информационный выход второ го сумматора импульсов связан со счетным входом второго счетчика, разрядные выходы которого соединены с информационными входами двух групп вторых вентилей, выходы первой груп

Изобретение относится к измерител ной технике, а именно к устройствам для формирования тестовых сигналов при контроле метрологических характеристик средств измерений. Для контроля метрологических хара теристик средств измерений необходимо применять генераторы тестовых сигналов. Для этого используются раз личные измерительные генераторы и источники образцовых напряжений. Однако с помощью данных приборов возможно контролировать лишь статически характеристики средств измерений, в то время как реально измеряются пере менные во времени сигналы. Следовательно, необходимо применять генерат ры изменяющихся во времени тестовых сигналов. Известно устройство для формирования линейно-изменякщегося образцового напряжения, содержащее источник опорного напряжения, коммутатор, клю чи, интегратор и схемы сравнен1ия. Устройство, позволяет формировать треугольно-изменяющееся напряжение с двумя скоростями изменения О. Недостатками устройства являются ограниченные точность и стабильность из-за аналогового способа формкрова шя сиг«ала, невозможность фиксации сигнала на произвольном уровне по команде, в том числе от внешних устройств типа компараторы, селекторы и т.п., ограниченный вид выходного сигнала и форма развертки (невозможность моделирования кривых типа переходньй процесс), невозможность масштабирования развертки по/амплитуде и времени и учета времени измерения контролируемого средства для обеспечения равенства средних значений параметра при нарастании и спаде. Следовательно, устройство не обеспечивает выполнение функций, необходимых для автоматизации контроля современных средств измерений. Наиболее близким к предложенному является устройство для генерации сигналов специальной формы, содержащее задающий генератор, блоки формирования периода, задержки и длительности, блок формирования амплитуды. В устройстве исклю гена нестабильность, предусмотрено формирование сигналов специальной формы - импульсной Г2}, Однако известное устройство обладает ограниченными функциональньп1ет возможностями не обеспечивает формирование тестовых сигналов, изменяющихся по треугольному закону и по кривой типа переходной процесс с варьируемой нелинейностью, масштабир вание развертки по длительности и ам плитуде, формирование частотного сиг нала, учет времени измерения контро лируемого средства. ЦелЬю изобретения является обеспечение возможности формирования тес товых сигналов, изменяющихся по треугольному закону и по кривым типа переходньй процесс с варьируемой нелинейностью, а также учет времени измерения контролируемого средства и формирования аналоговых и частотных сигналов. Поставленная цель достигается тем что в устройство для контроля метрологических характеристик, средств измерений, содержащее генератор опорной частоты, последовательно соединенные триггер и вентиль, а также первый счетчик, первьм и второй реверсивные счетчики, цифроаналоговый преобразователь, первый и второй бло ки индикации, первую схему сравнения кодов и делитель частоты, введены последовательно соединенные первый двоично-десятичный умнсжитель, первый вентиль, второй двоично-десятичньй умножитель, блок.задания коэффициента нелинейности и первый сумматор импульсов, а также блок за держки и цифрочастотный преобразователь, причем первый и второй инфор мационные входы первого сз мматора импульсов связаны с информационными вькодами блока задания коэффициента нелинейности и второго двоично-десятичного умножителя, а выход, первого сумматора импульсов соединен со счетным входом первого реверсивного счетчика, счетный вход блока задержк объединен со счетными входами первого двоично-десятичного умножителя и первого счетчика и подключен к выходу узла запуска, управляющий вход блока задержки объединен с входами т еверса первого и второго ревер сивных счетчиков и подключен к выходу старшего разряда второго реверсивного счетчика, выход блока задержки подсоединен к управлякщему входу вентиля, информационный вход цифрочастотного преобразователя связан с вых дом первого реверсивного счетчика и информационным входом цифроаналогового преобразователя, вход делите1ЛЯ частоты соединен с выходом первог двоично-десятичного умножителя, вход второго реверсивного счетчика связан с выходом делителя частоты, а первый информационный вход первой схемы сравнения кодов - с разрядным выхода ш второго реверсивного счетчика . При этом каждый двоично-десятичный умножитель образован вторым сумматором импульсов, вторым счетчиком и двумя группами вторых вентилей, информационный выход второго сумматора импульсов связан со счетным входом второго счетчика, разрядные выходы которого соединены с информационными входами двух групп вторых вентилей, выходы первой группы вторых вентилей объединены d выходом двоично-десятичного умножителя, входы которого являются запирающими входами первой группы вентилей, а выходы второй группы вентилей подключены к второму информационному входу второго сумматора. Кроме того, цифрочастотный преобразователь содержит генератор тактовых импуЛьсов, третий счетчик, , преобразователь прямого кода в обратный, сумматор кодов, вторую.схему сравнения кодов, элемент задержки, дешифратор и третью -схему сравнения кодов, причем выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом третьего счетчика, информационньш вход преобразователя прямого кода в обратный объединен с входом цифрочастотного преобразователя, информационные входы второй схемы сравнения кодов связаны с выходами третьего счетчика и выходом старшего разряда сумматора кодов, управ- ляющий вход элемента задержки подключен к вькоду второй схемы сравнения кодов, информационные входы третьей схемы сравнения кодов подсоединены к разрядным выходам дешифратора, выходу элемента задержки и выходу второй схемы сравнения кодов, разрядные входы дешифратора соединены с выходом младшего разряда сумматора кодов, выход третьей схемы сравнения кодов соединен с выходом цифрочастотного преобразователя и управляющим входом сз мматора кодов, а выход преобразователя прямого кода в обратный - с информационным входом сумматора кодов. На фиг. 1 приведена блок-схема устройстваJ на фиг. 2 - схема двоично-десятичного умножителя-, на фиг. 3 - схема цифрочастотного преобразователя; на фиг. 4-6 - диаграммы, поясняющие работу устройства. Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, узел 2 запуска, образованный триггером 3 и вентилем 4, первый двоично-десятичный умножитель 5, вентиль 6, второй двоичнодесятичный умножитель 7, блок 8 заДания коэффициента нелинейности, пер вый сумматор 9 импульсов, первый реверсивньй счетчик 10., первый блок t1 индикагдаи, цифрочастотньй преобра зователь 12, дафроаналоговьй преобразоватеяь 13, блок 14 задержки, пер вый счетчик 15, ВТ.ОРОЙ блок 16 индикации, делитель 17 частоты, второй, реверсивный счетчик 18, первую схему 19 сравнения кодов, шину 20 пуска и шину 21 останова. Двчоично-десятичные умножители 5 и 7 содержат вtopoй сумматор 22 импульсов, второй счетчик 23 и две группы вентилей 24 и 25. Цифрочастот ный преобразователь -12 образован генератором 26 тактовых импульсов, . третьим счетчиком 27, второй схемой 28 сравнения кодов, элементом 29 задержки, сумматором 30 кодов, третьей схемой 31 сравнения кодов, дешифратором 32 и преобразователем 33 прямого кода в обратный. Изменение тестового сигнала (фиг 4, кривая а) происходит по треуголь ному закону, варианты того же сигнала пр масштабировании по амплитуде и по времени показаны кривыми б, в и г. Формирование кривой б (фиг. 5) типа переходный процесс осуществ ляется из треугольного тестового сигнала (кривая а) с помощью функции отклонения (кривая в), амплитуда ко торой варьируется и соответственно изменяет., выпуклость кривой б. На диаграмме фиг. 6 показано как осуществляется учет времени измерения контролируемого средства: спадающий участок а задерживается н время, равное време,ни измерения б, которое начинается синхронно с импульсом пуска в. Устройство работает следующим об разом. Перед пуском на входах блока 14 устанавливается код времени измерени контролируемого средства, который м жет быть равен нулю или некоторому экачекию, на входах умножителей 5 и 7 - коды скорости и амплитуды развертки соответственно в процентах от наибольшего значения,на входах схемы 19 сравнения кодов - номер участка развертки, на котором производится пуск контролируемого средства, на нходе блока 8 - коэффициент нелинейности кривой типа переходной процесс. При подаче команды на запуск развертки по шине 20 отпирается узел 2 запуска и импульсы с выхода генератора 1 начинают поступать на входы узлов 5, 14 и 15. С этого момента времени осу1цествляются следукяцие опера1щи: отсчет и индикация времени развертки в счетчике 15 и в блоке 16 индикации, формирование приращений параметра умножитепями 5 и 7, а также импульсов пуска контролируемого средства делителем 17, счетчиком 8 и схемой 19 сравнения кодов. Частота генератора 1 масштабируется первым двоично-десятичным умножителем 5 по скорости райвертки и подается на вход делителя 17, благодаря чему при различных скоростях развертки формируется всегда одно и то же число импульсов пуска. Импульсы с выхода унножителя 5 через открытый вентиль поступают на вход второго двоично-десятичного умножителя 7, масштабирующего развертку по амплитуде (фиг. 4, кривые виг). Затем импульсы приращения параметра поступают на входы блока 8 и сумматора 9. В зависимости от того, какой график развертки отрабатывается, величина установки блока 8 может быть равна нулю (треугольный сигнал) или некоторому значению (кривая типа переходный процесс). Нелинейность формируется следующим образом. Из основной частоты импульсов, поступающей с выхода умножителя 7, вычитается, а затем суммируется с ней; частота импульсов функции отклонения (фиг. 5 в), в результате чего линейное нарастание параметра преобразуется в нелинейное. Код параметра, накапливаемый в счетчике 10, подается на входы блока 11, цифрочастотного преобразователя 12 и цифроаналогового преобразователя 13. В момент достижения кода нарастающего участка развертки на выходе старшего разряда счетчика 18 изменяется сигнал, в результате чего реверсируется счетчик 18 и счетчик 10 на вычитание и в случае времени измерения контролируемого средства, не рав ного нулю, запускается блок 14 задержки, запирающий вентиль 6 на время, равное времени измерения конт ролируемого средства (фиг. 6 б), благодаря чему пуск контролируемого средства одновременным импульсом (фиг. 6 г) сдвигается относительно спадающего участка таким образом, что средние значения параметров, измеренные при нарастании и спаде, оказываются равными. Это позволяет оценить и получить среднеарифметичес кое значение погрешности при подхода к одному и тому же значению параметра сверху и снизу. Окончание работы устройства происходит либо по окончании цикла развертки, либо по внешней команде. Во втором случае проверяются устройства типа компараторов путем подачи на их вход сигналов, изменяющихся по кривой типа переходной пр-оцесс. В момент достижения сигналам уровня срабатывания компаратора с его выхода поступает сигнал на шину 21 и устройство останавливается. Сравнени уровня настройки и показаний блока 11 позволяет оценить точность работы контролируемого устройства. Работа двоично-десятичных умножит лей 5 и 7 происходит следующим образом. Входная частота подается на сумматор 22 и далее на вход счетчика 23 с выходов которого двоично-взвешенны компоненты частоты поступают на груп пы вентилей 24 и 25. На управляющих входах группы вентилей 25 установлен код постоянного числа 6, в результате чего за одно переполнение счет чика при поступлении на его вход шестнадцати импульсов с выхода групnbj вентилей 25 поступает шесть импульсов, т.е. на шестнадцать поступающих на вход счетчика 23 импульсов десять поступают через вход умножителя 5(7) и далее через сумматор 22, а шесть добавляются с выхода групп вентилей 25 также через сумматор 22. Отсюда следует, что наибольшее число, которое можно снять с умножителя 5(7) за одно переполнение счетчика 23, равно десяти, код которого устанавливается на управлякшщх входах группы вентилей 24. Таким образо умножитель 5(7) реализует преобразоваиие входной чиcлo-и myльcнo последовательности с коэффициентом ряда 1/10, 2/10, ... 10/10, .знаменователь которых фиксирован, а числитель задается двоично-десятичными кодами. Цифрочастотный преобразователь 12 работает следующим образом. Поступающий на вход преобразователя 12 с выхода счетчика 10 код преобразуется с помощью преобразователя 33 в код, обратный входному (например, с помощью ПЗУ 155РЕ), и подается на входы суммато1 а 30, осуществляющего cyMNOtpOBaHHe входного кода с самим собой каждый раз при поступлении импульса с выхода схемы 31. Старшие разряды сумматора 30 сравниваются в схеме 28 с кодом счетчика 27, который находится в режиме непрерывного счета, и в момент равенства кодов с выхода схемы 28 поступает импульс, который подается на вход элемента 29 задержки. Сигнал с выхода схемы 31 поступает тогда, когда этот импульс доходит до отвода, который подключен к разряду, открытому единицей с соответствующего выхода дешифратора 32, и этим же импульсом сумматор 30 производит суммирование кода с выхода обратного преобразователя 33 с находящимся в сумматоре 30 кодом. Допустим, что с выхода преобразователя 33 подается код периода 21,1 мкс. Разряды сумматора 30, содержащие целую часть кода периода, подключены к входам схемы 28 сравнения кодов и, если счетчик 27 в нулевом состоянии, то первьш импульс с выхода схемы 28 поступает через 21 мкс. Так как младшие разряды сумматора 30, которые содержат дробную часть кода периода О,1 мкс, подключены к входам дешифратора 32, то с выхода схемы 31 импульс, на выход устройства поступает задержанным на О,1 мкс, а сумматорная длительность периода составляет 21,1 мкс, этим же импульсом в сумматор 30 добавляется код 21,1 мкс и код в нем становится равным 42,2 мкс. При коде в счетчике 27, равном 42 мкс, с выхода схемы 28 поступает импульс также через 21 мкс, но с выхода схемы 31 импульс поступает уже через 0,2 мкс. Так как в предьщущем периоде уже сформирована дробная часть 0,1 мкс, то очевидно, что следующий импульс тоже будет равным 21,1 мкс. Описанный процесс продолжается непрерывно и, как показал анализ работы устройства и его проверка н& макете при частоте генератора 23,1 мГц, быстродействие сумматора 30, а также его периодическое переполнение значения не имеет. При изменении кода на выходе обратного преобразователя 33 выходные периоды отрабатываются с очень малой динамической погрешностью ; Введение двсшчно-десятичных умножителей позволяет масштабировать развертку как по времени, так и по амплитуде. Блок задержки дает возможность учесть время измерения контролируемого средства, что необходимо для обеспечения равенства средних значений измеренного параметра при на растении и спаде при метрологической аттестащш контролируемого средства. Введе{ше блока задания коэффициента нелинейности и сумматора импульсов позволяет преобразовывать треугольно-изменягацийся сигнал в криволинейфи 1

но-изменяющийся, как при переходных режимах ГТД, причем с варьируемой нелинейностью, что необходимо для исследований и контроля устройств типа компараторов. Предлагаемая схема цифрочастотного преобразователя дает возможность уменьшить дискретность формируемой частоты без увеличения быстродействия элементной цифровой

базы.

Изобретение развивает проблемы автоматизации контроля статических и динамических характеристик средств измерений и обладает широкими функциональными возможностями, что позволяет использовать его для контроля многоканальной измерительной .аппаратуры, применяемой при испытаниях ГТД, вместо используемого для этого эталонного двигателя, экономить топливоэнергетические ресурсы, увеличить пропускную способность стенда и упростить экспериментальные исследования разрабатываемой аппаратуры.

п

Фиг.2

Vi(Pi)