Анализатор экстремумов Советский патент 1985 года по МПК G05B13/02 

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и может быть использовано при построении анализаторов функции для автоматизации ряда технологических процессов, в частности в вакуумной технике при нанесении покрытий на оптические детали испарением материала покрытия, нанесенного на нагревательные элементы.

Нагрев указанных элементов соответствующим током в условиях вакуума 2-10 мм рт.ст. в период, предшествующий рабочему циклу нанесения покрытия, сопровождается ухудшением вакуума с последующими циклами улучшения и ухудшения вакуума по кривой, имеющей экстремумы в некотором диапазоне. Это объясняется дегазацией нагреваемых элементов, причем до достижения первого экстремума минимум обеспечивают ток нагрева (например, 1,6 А) такой величины, чтобы дегазация прошла быстрее, так как при этом бесполезно расходуется часть покрытия. После первого цикла экстремумов минимум-максимум устанавливают новое значение тока нагрева, например 2,2 А, что сопровождается новым циклом ухудшения и улучшения вакуума. При новом значении вакуума (КЮ мм рт.ст.) открывают заслон,ку и производят рабочее напыление покрытия. Таким образом, технологический цикл требует определения экстремумов сравнительно медленного технологического процесса.

Цель изобретения - расширение диапазона амплитуд и частот исследуемого сигнала и увеличение достоверности работы.

На фиг.1 изображена cTpyKTypnasf блок-схема анализатора экстремумов; на фиг.2 - структурная схема блока канала обратной связи5 на фиг. 3 и 4 - диаграммы, поясняющие работу элементов в областях формирования сигналов приближения к экстремуму и в положении экстремума минимум; на - диаграмма следящих опорных напряжений при измененной частоте и наклоне пилы в состоянии экстремума максимум.

На чертежах обозначены диаграммы А - формирования линейно изменяющегося напряжения срабатывания элементов блока аналогового срав968102

нения с задержкой С И - импульсов срабатываний элемента 2И, Ф , и Ф импульсов формирователей (единичных сигналов)j Kj, и К24 состояний

5 компараторов в блоке аналогового сравненияJ Фгв импульсов на выходе формирователя; Ф импульсов на выходе формирователя-инвертора/ Q - состояний триггера синхронизации.

Анализатор экстремумов/ содержит генератор 1 импульсов, первый 2 и второй 3 элементы памяти, соединен7 ные выходами с входами блока 4 сравнения кодов, блок 5 аналогового, цифрового сравнения, блок 6 стробирования, схему 7 формирования следящего сигнала, элемент 2И 8, блок 9 обратной связи, триггер 10 синхронизации, кодовый коммутатор 11 и делитель 12.

Схема 7 формирования следящего сигнала содержит второй делитель 13, два генератора 14 и 15 линейно изменяющегося напряжения, формирователи-ключи 16 и 17.

Блок 9 канала обратной связи включает элемент 2И-НЕ 18, два счетчика 19 и 20, R5 -триггер 21

30 и кодовый коммутатор 22.

Блок 5 аналогового сравнения включает два компаратора 23 и 24, а блок 6 стробирования - два элемента 2И-НЕ 25 и 26, формирователь-инвертор 27 и формирователь 28.

35

В каждом из генераторов 14 и 15 пилообразного напряжения (фиг.2) транзистор 29 в цепи нагрузочного резистора 30 шунтирует управляющий

. электрод тиристора 31 с его катодом, а зарядно-разрядный конденсатор 32 подключен к точке соединения анода тиристора с истоком полевых транзисторов , разной

,, проводимости в состоянии включения, сопротивления 10 Ом в вьпслюченном

состоянии. I

Кодовый коммутатор 11 при-соответствуннцем коде числа на управляющих 9 -входах подключает определенную А -шину информационных входов к инвертирующему выходу. Например, закодированное число 1 обеспечивает подключение первой

55 А -шины к вькоду, число 2 - второй А,,-шины и т.д. Этим обеспечивается возможность подключения; той или иной частоты с выходов

делителя 12 через кодовый коммутатор и второй делитель 13 на вход генераторов 14 и 15 линейно изменяющегося напряжения в зависимости от значения числа в счетчике 20 распшрения диапазона блока 9 канала обратной связи.

Генераторы 14 и 15 линейно изменяющегося напряжения формируют опорное напряжение (диаграмма А), а делителем 13 обеспечивается задержка на ь -период первой пилы относительно второй.

Одновременно с дискретным изменением частоты, опорного напряжения обеспечивается изменение наклона пилы в некоторых пределах и возникает синхронное слежение двумя линейно изменяющимися напряжениями за исследуемой кривой аналогового напряжения х ((;) (клемма 34, фиг.1) при изменении частоты и амплитуды, Изменение «аклона формирует кодовы коммутатор 22 в блоке 9 обратной связи коммутацией входа с соответствующей А,.шиной выхода (кодовые коммутаторы серии 564 содержат двунайравленные ключи). Тем самым подключается один из полевых транзисторов элементов разной проводимости.

При изменении частоты на входе делителя 12 в результате синхронно работы кодового коммутатора 12с коммутатором 22 изменяется частота на выходе делителя и период задержки D.

Формирователи - ключи 16 и 17 формируют логические единичные сигналы совпадения и несовпадения на элементе 2И 8, а при срабатьтании компараторов 23 и 24 они закрываются минусовым сигналом - 1 (фиг. 3 и 4 диаграммы Ф , и Ф.).

Блоком 6 стробирования формируются стробирующие импульсы на счетчики 2 и 3, в которых С-входы являются входами последовательного ввода импульсов, PV-входы - входами разрешения ввода, РЕ-входы - входами разрешения передачи числового кода с выходов счетчиков на входы числового компаратора 4J R-входы являются входами обнуления счетчихов.

Триггер синхронизации обеспечивает следующую логику работы. При логической единице на 1-йходе пе196810

репад с О на на С-входе обеспечивает Q (1); Q (0) - состояние триггера, а логическая единица на R-входе - приоритетное состояние

5 триггера.

Блок 4 при равенстве кодов чисел на А- и В-входах формирует на втором выходе логическую единицу, при А В - логическую единицу

to на первом выходе и при А В - логическую единицу на третьем выходе.

Анализатор экстремумов работает следующим образом.

Пусть функциональньй исследуеJ5 мый сигнал xCt) подан на вход 34 устройства. На выходе кодового коммутатора 11 формируется сигнал, поступающий по подключенной шине его А--входа на вход блока 6 стро20 бирования и на вход делителя 13, Дел.итель 13 формирует частоту сигнала i/K где 1ч - коэффициент деления, причем сигнал i/K является синхронизирунщим для работы генераторов 14 и 15 линейно изменяющегося напряжения (фиг.З, диаграмма А). С начала формирования шш напряжения - первой и задержанной компараторы 23 и 24 в блоке 5 аналогового сравнения 1Гаходятся в

30 Ш1ЮС-СОСТОЯ1ШЯХ (фиг,4, диаграммы К 2 и К24) ДО моментов срабатывания в точках т, и т (фиг,3, диаграмма А) и формируют логические единицы на первых входах элемен-

тов 2И-НЕ 25 и 26, обеспечивая формирование на их выходах стробирующих импульсов частотой. После срабатьшания компараторов 23 и 24 (фиг,4, диаграммы К и К) в указанных точках при переходе их в минус-состояния стробирование заперещено, т,е, Ю4пульсы не строби- руют С-входы счетчиков 2 и 3,

При разрешении логическим нулем

45 на PV-входе разрешения стробирования блоки 2 и 3 заполняются по С-входу, а периоды разрешения С и 1 (фиг. 3 и 4, диаграмма А) определены работой элемента 2И 8 и

формирователей-ключей 16 и 17.

Рассмотрим работу этих элементов .

В начальный период формирования 55 пилы на выходе генератора 14 и задержанной пилы на выходе генератора 15 соответственно срабатывают формирователи-ключи 16 и 17 с неко5

торой задержкой (фиг.З и 4, диаграммы Ф и Ф). На входах элемента 2И 8 логические единицы вызьшают егб срабатывание (фиг.З, диаграмма и) и логическая единица запрещает стробирование блока 3 (фиг.З, )1), а логическш нуль разрешает стробирование в t -период (фиг.З, диаграмма А), квантованный частотой (п4),Блок 2 разрешен по PV-входу (фиг.1) для стробирования при логическом нуле в -период от формирователя-ключа 17 (фиг.З, диаграммы Ф). В блоке 2 за этот период будет записано число п (фиг.З, диаграмма А), а в блоке 3 за период oj - число п,.

Рассмотрим пр.оцесс обновления числовой информации в блоках 2 и 3, осуществляемый триггером Ю синхронизации, а также разрешение логическим нулем по РЕ-ВХОДУ блоков

2и 3 на перезапись числовой информации с их выходов и операцию сравнения в блоке 4.

Формирователь 28 формирует логический нуль (фиг.4, диаграмма Ф ) при переходе компаратора 24 в минус-состояние (фиг,4, диаграмма К.), а формирователь-инвертор 27 - логическую единицу (диаграмма Фгг) которой триггер 10 синхронизации подготавливается в состояние переключения (фиг.4, диаграмма Q|o ) При перепаде с О на 1 на С-входе триггер переключается в состояние Q (1), Q (0), что обеспечивает обнуление блоков 2 и

3по R-входу. Через ДеГ -период триггер возвращается в исходное состояние Q(0), Q(1) переключением по приоритетному R-входу при импульсе 1 на выходе формирователя 16 в Т -период (фиг.4, диаграмма Ф.; логика 1К-триггера серии 564).

До обнуления счетчиков 2 и 3 логическим нулем с выхода формирователя 28 по РЕ-входам счетчиков разрешена операция сравнения их числовых массивов на компараторе 4.

Для рассматриваемого случая (фиг.З) и, П;у,так как периодГ l что вызывает формирование логической единицы на первом выходе минимум блока 4, а при п, п ( ) (фиг.4, диаграмма А) т.е. при равенстве числовых массивов в блоках

968106

2 и 3 на втором выходе блока 4 формируется логическая единица строб-импульс экстремума.

Для теоретического обоснования 5 возможности поиска экстремума следящим опорным напряжением рассмотрим тождество

(n,), (1)

10 где п, It f числа, записываемые.

в блоках 2 и 3j

П 2 и К , - числовые эквиваленты соответствующих периодов (фиг.2 и 3). 15 Если f) n что соответствует одинаковым уровням срабатываний в . точках т, и т.(фиг.4), то согласно Ф1

(2)

20

т.е. при экстремуме числа, записанные в блоках 2 и 3, равны, а на входах блока 4 коды чисел одинаковы А В.

5 Пусть в результате больших амплитудных уровней исследуемой функции x(t имеет место увеличение периода (1) - сигнала элемента 2И 8 (фиг.1 и 2), который квантуется импульсами частотой х на элементе 2И-НЕ 18 в блоке 9 обратной связи (фиг.2 и 3, диаграмма И), На R-выходе счетчика 19 при его переполнении в тактовый период Т

5 формируется импульс, переключающий () S-триггер 21 в состояние Q (1), Q (0), что определяет режим вычитания счетчика 20 и уменьшение числа (кода числа) на Sj-входах

управления кодового коммутатора 11 и блока 9. I

Частота опорного сигнала дискретно увеличивается, так как подключается А-шины с меньшим порядковым номером 1 т.е. коммутируется соответствующий полевой транзистор с проводимостью 1, из группы 33j-33 в генераторах 14 и -15 (фиг.2). Наклон пилы изменяется синхронно с изменением частоты опорного сигнала (фиг.5). Это ведет к уменьшению периода (1)-сигнала в периоде совпадения (фиг.5, диаграмма И).

При переполнении блоков 2 и 3 (фнг.2 и 5, точки срабатывания , fn периор, совпадения (фиг.З.

диаграмма И) может уменьшаться до значения, близкого к нулю. Но при переполнении осуществляется переброска триггера 21 (фиг.2) в противоположное состояние по R.- или К -входам, что обеспечивает режим суммирования счетчика 20 (фиг.2), т.е. процесс, противоположный рассмотренному случаю увеличения периода совпадения и,. Опорный сигнал следует в динамическом режме изменения частоты и наклона пил линейно изменяющегося напряжения в режиме сканирования за функцией исследуемого напряжения x(t) сохраняя допредельные значения периодов с, о, и и. При этом обеспечивается информация об экстремумах и их различии, как бьш рассмотрено ранее.

1968108

Выбором соответствующей емкости блоков 2,3, и 19 можно существенно расширить амплитудный диапазон напряжения 11) X что имеет место в 5 рассмотренном случае изменения вакуума с двутчя экстремумами минимум, а изменением коэффициента деления счетчика 20 - интенсивность динамического состояния изменений

10 частоты опорного напряжения и связанного с ним диапазона наклона пилы. То есть можно обеспечить соответствующую чувствительность (загрубление) для случая сравнительно медленного процесса изменений функхщи X () аналогового измерения вакуума4 Обеспечивается отстройка от флуктуации и ложных экстремумов, что повьшает достоверность работы.

АНАЛИЗАТОР ЭКСТРЕМУМОВ, содержащий генератор импульсов, первый и второй элементы памяти, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами блока сравнения кодов, блок аналогового сравнения и блок стробирования, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона амплитуд и частот исследуемого сигнала и увеличения достоверности работы, дополнительно введена схема формирования следящего сигнала, элемент И 2, блок обратной связи, триггер синхронизации, кодовый коммутатор, делитель подключенный выходом к информационному входу кодового коммутатора, а входом - к генератору импульсов, при этом кодовый коммутатор выходом подключен к входу схемы формирования следящего сигнала и к входу блока стробирования, подключенного вторым и третьим входами к соответствующим выходам блока аналогового сравнения, первьй и второй выходы которого соединены с соответствуювшми выходами схемы формирования следящего сигнала, подключенной третьим выходом к первому входу триггера синхронизации и первому входу элемента И 2, второй вход которого соединен с четвертым выходом схемы формирования следящего сигнала и первым входом первого элемента памяти, выход элемента И. 2 соединен с первьм входом второго элемента памяти, и первым входом блока обратной связи, второй вход которого соединен с пятым выходом схемы формирования следящего сигнала, второй и третий входы которой i соединень. соответственно с первым и вторым выходами блока аналогового сравнения, первьш и выходы блока стробирования подключены соответственно к вторым входам первого и второго элементов памяти, вторые выходы которых соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока обратной связи, вто о рой и третий выходы которого соединены соответственно с четвертым входом схемы формирования следящего сигнала и вторым входом кодового коммутатора, третий выход блока стробирования соединен с третьими входами первого и второго элементов памяти, четвертые входы.которых соединены с вькодом триггера синхронизации, пятьй и шестой выходы блока стробирования подключены соответственно к второму и третьему входам триггера синхронизации.

ИН

Фиг.г

Фи%3