Устройство для контроля аналоговых объектов Советский патент 1987 года по МПК G06F11/30 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для контроля аналоговых объектов, а также для поиска неисправных элементов в них.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения получения достоверных устойчивых сигнатур для флуктуирующих аналоговых сигналов.

На фиг. 1 представлена схема устройства для контроля аналоговых объектов; на фиг. 2 - блок согласования уровней; на фиг. 3 - схема изменения допуска флуктуации аналогового сигнала; на фиг. 4 - временная диаграмма работы устройства.

Устройство содержит блок 1 согласования уровней, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, индикатор 3, сумматор 4 по модулю два, сдвиго- вьй регистр 5, вторую 6 и первую 7 группы элементов И, группу 8 сдвиговых регистров, группу 9 сумматоров по модулю два, группу 10 элементов - ИЛИ, регистр 11, элемент И-НЕ 12,пер- вьй 13 и второй 14 триггеры, первый счетчик 15, третий 16, второй 17 и

первьй 18 элементы И, первый 19, вто- q,-. Указанный узел может быть реализован

30

рой 20 и третий 21 элементы ИЛИ,третий 22, первый 23 и второй 24 ключи, второй счетчик 25, цифроаналоговьй преобразователь (ЦАП) 26, генератор 27 импульсов, генератор 28 одиночного импульса и переключатель 29. Схема формирования сигнатур содержит элементы 4-10.

Контролируемьй объект 30 не входи в состав устройства, показан (фиг.1) для пояснения принципа его работы.

Блок 1 согласования уровней (фиг. 2) содержит последовательно соединенные делители 31 напряжения, переключатель 32 делителя 31 напряжения, усилитель-преобразователь 33 полярности, усилитель-согласователь 34, информационньй вход 35, входной полюс 36, вход 37, информационный выход 38 и выходной полюс 39.

Значение резисторов 31.1, 31.2, ..., 31.т делителя 31 напряжения выбираются так, что на всех диапазонах п измеряемых напряжений аналогового сигнала используют один и тот же АЦП 2, предельное входное напряжение которого составляет несколько вольт.

5

0

5

А1Щ 2 предназначен для преобразования аналогового сигнала в цифровой код и представляет собой одну или несколько типовых микросхем.

Индикатор 3 предназначен для дешифрации двоичного кода, получаемого (как результат преобразования входного аналогового сигнала) на сдвиговом |регистре 5 в семисегментньй десятич- ньй код, удобный для визуального восприятия оператором. В соответствии с назначением индикатор 3 содержит дешифратор, на вход которого поступает двоичный код и семисегмент- ные излучатели на светодиодах, связанные по входу с выходом дешифратора. Вместо семисегментных излучателей на светодиодах могут быть использованы и другие индикационные элементы, например, декатроныи т.д.

Сумматор 4 по модулю два и сдвиговый регистор 5 каждьй в отдельности представляет собой типовые элементы, а связанные вместе, как указано в предлагаемом устройстве,представляют собой узел сжатия двоичных последовательностей, поступающих на вход сумматора 4 по-модулю два.

Указанный узел может быть реализован

и в известном сигнатурном анализаторе с использованием 16-разрядного сдвигового регистра 5 и пятивходово- го сумматора 4 по модулю два, на один из входов которого подается двоичная последовательность, а четыре других соединяются с выходами седьмого, девятого, двенадцатого и шестнадцатого разрядов сдвигового регистра 5.

Элементы И групп 6 и 7 и элементы ИЛИ группы 10 представляют собой типовые двухвходовые логические элементы, предназначенные для реконфигурации группы 8 раздельно работающих сдвиговых регистров (8.1,..., 8.п) в один последовательно соединенный сдвиговый регистр и обратно.

Сдвиговьй регистр 8.1 (аналогично 8.2,...,8.п) совместно с сумматором 9.1 (аналогично 9,2,...,9.п) по модулю два представляют собой отдельно типовые элементы, а связанные вместе через открытые элементы 7.1 (аналогично 7.2,...,7.п) и 10.1 (аналогично 10.2,..., 10.П-1) представляют собой типовой узел сжатия двоичной последовательности, подобной сигнатурному анализатору.

Количество элементов в группах 6-10 определяется разрядностью АЦП 2 Очевидно, что для последовательной связи друг с другом п сдвиговых регистров 8.1, ..., 8.П требуется п-1 элементов связи, в данном случае п-1 элементов ИЛИ группы 10.

Регистр 11 предназначен для заполнения двоичного кода, получаемого на сдвиговом регистре 5 в момент окончания преобразования входного аналогового сигнала, для его хранения и передачи на входы индикатора 3. Регистор 11 представляет собой набор типовых триггеров.

Счетчик 15 предназначен для изменения допуска, назначаемого при кодировании аналоговых сигналов (обеспечивает полное или частичное использование информации, накопленной в группе сдвиговых регистров 8) и представляет собой типовой узел.

Ключ 22 представляет собой переключатель на три положения и одно направление с фиксацией состояния.

Ключи 23 и 24 должны быть переключателями кнопочного типа без фиксации состояния и имеющими нормально замкнутые на корпус контакты.

Счетчик 25, ЦАП 26, генератор 27 импульсов, генератор 28, одиночного импульса и переключатель 29 (вместе с ключом 24) предназначены для обеспечения автономного контроля устройства и представляют собой совокупность типовых элементов. Переключатель 29 имеет два положения (контроль или работа) и четыре направления .

Переключатель 32 входного блока 1 представляет собой типовой элемент на m положений и одно направление. В качестве элементов устройства могут быть использованы типовые операционные усилители и элементы различных серий.

Устройство может работать в двух режимах работы: в режиме самоконтроля (без участия внешнего контролируемого объекта) и в режиме основной работы - контроля внешнего объекта.

В режиме самоконтроля переключатель 29 устанавливается в такое по

ложение, когда вход входного блока 1 соединяется с выходом ЦАП 26, первые входы элементов И 12,17 и 18 соединяются с выходом генератора 27 импульсов, первый вход элемента ИЛИ 21

JO

151

20

887024

соединяется с выводом генератора 28 одиночного импульса, первый вход элемента ИЛИ 20 и второй вход элемента ИЛИ 21 соединяются с выходом второго счетчика 25. При этом контролируемый объект 30 отключен от устройства.

Переключатель 32 устанавливается в такое положение, при котором наилучшим образом согласуются диапазоны преобразования выбранных ЦАП 26 и АЦП 2.

Для полной проверки устройства самоконтроль осуществляется в трех подрежимах его работы (для трех различных положений ключа 22, т.е. для трех различных допусков контроля). В зависимости от положения ключа 22 счетчик 15 отсчитывает 64 (третий вход ключа 22 соединен с его выходом) или 80 (второй вход ключа 22 соедикен с его выходом) или 96 (первый вход клю05

30

35

0

5

0

5

ча 22 соединен с его выходом) синхроимпульсов, осуществляющих сдвиг информации из группы 8 сдвиговых регистров в сдвиговый регистр 5. Для каждого из подрежимов при исправном устройстве на индикаторе 3 должно отобразиться строго однозначное ключевое слово. Эти три эталонных числа должны быть зафиксированы в инструкции по эксплуатации устройства. Количество отсчитываемых импульсов счетчиком 15 выбрано для случая п 6 и при использовании 16-разрядных сдвиговых регистров группы 8. При этом для использования всей накопленной информации в группе 8 сдвиговых регистров (под режим наиболее жесткого контроля, когда допуск не привышает значения шага квантования используемого АЦП) необходимо осуществить 96 сдвигов. Для отброса информации, накопленной в млад-, шем сдвиговом регистре 8.п () группы 8 сдвиговых регистров (допуск .не превьш1ает удвоенного значения шага квантования используемого АЦП), необходимо осуществить 80 сдвигов. Для отброса информации, накопленной в двух младших сдвиговых регистрах 8,п и 8.п-1 группы 8 сдвиговых регистров (допуск не превьшзает учетверенного значения шага квантования используемого АЦП), необходимо осуществить 64 сдвига.

При этом разрядность счетчика 15 ( 15) определяется из вьфажения

РСЧ 15 log,(16.n) 0:/прип 6

Работа устройства в указанных трех подрежимах отличается только количеством сдвигов информации из группы 8 сдвиговых регистров в сдвиговый регистр 5. Поэтому достаточно рассмотреть работу устройства в од ном из этих подрежимов, а; именно, когда третий вход ключа 22 соединен

с его выходом (фиг. 1 и 3) - в подрежиме на 64 сдвига-.

После установки ключа 22 в заданное положение нажимается ключ 23. При этом синхроимпульсы с генератора 27 импульсов через переключатель 29 и открытый элемент И-НЕ 12 поступают на входы установки в ноль триггеров 13 и 14 и сдвиговых регистров 8 и 5.

Затем нажимается ключ 24, в результате чего на второй вход генератора 28 одиночного импульса от шины питания поступает сигнал на формирование одиночного импульса генератором 28 одиночных импульсов. С его выхода.одиночный импульс через переключатель 29 поступает через первый вход и выход элемента ИЛИ 21 на вход установки в противоположное состоя- ние триггера 14 (в данном случае - в состояние логической 1). При этом с прямого выхода триггера 14 на второй вход элемента И 18 поступает сигнал разрешения. В результате этого с выхода генератора 27 через переключатель 29 через первый вход и выход открытого элемента И 18 синхроимпульсы начинают поступать одновременно на тактовые входы АЦП 2 и на счетньй вход счетчика 25. Нарастающий цифровой код с группы выходов счетчика 25 поступает на группу входов ЦАП 26, на выходе которого формируется нарас- таимций по амплитуде аналоговьй сигнал. Последний через переключатель 25 поступает на вход входного блока 1, где согласовывается и усиливается на его элементах 31-34. С выхода входного блока 1 аналоговый сигнал поступает на вход АЦП 2,

Находящийся в состоянии нуля триггер 13 держит в открытом состоянии элементы И 7.1, ..., 7.п ив закрытом состоянии элементы И 6.1, ..., 6.П и регистр 11.

С переходом триггера 14 из состояния нуля в состояние единицы элемент И 18 начинает также пропускать синхроимпульсы через элемент ИЛИ 19

5

0

5

0

5

0

5

0

5

на входсдвига группы 8 сдвиговых регистров. При этом по каждому синхроимпульсу в младший разряд каждого сдвигового регистра, 8.1, ..., 8.п через группу 9 сумматоров по модулю два и группы элементов И 7 и ИЛИ 10 принимаются соответствующие биты информации (О или 1), сформированные в данный момент времени на соответствующих выходах АЦП 2. Выходной код АЦП 2 соответствует напряжению аналогового сигнала, поступающего на его вход через входной блок 1. Со всех выходов АЦП 2 (1, ..., п) в сдвиговые регистры 8.1,..., 8.п биты информации принимаются параллельно. С первого выхода АЦП 2 через сумматор 9.1 элементы И 7.1 и ИЛИ 10.1 по каждому синхроимпульсу один бит информации принимается в младший разряд сдвигового регистра 8.1 с одновременным сдвигом всего содержимого сдвигового регистра на один разряд от младших разрядов к старшим. На первых тактах (сдвигах) в связи с тем, что исходное состояние сдвиговых регистров 8.1, ..., 8.П нулевое, через цепь обратной связи из сдвигового регистра 8.1 на второй вход сумматора 9.1 передаются нулевые биты. Когда единичные биты в результате сдвигов достигают старшего разряда сдвигового регистра, от которого отведена цепь обратной связи, на соответствующих тактах в младший, разряд сдвигового регистра принимается сумма по модулю два значений бита цепи обратной связи и бита, поступающего с первого выхода АЦП 2. При этом в сдвиговом регистре 8.1 способом сигнатурного анализатора осуществляется формирование (сжатие) двоичного кода с высокой достоверностью соответствующего исходной двоичной последовательности, формируемой на первым выходе АЦП 2, причем независимо от длины этой исходной двоичной последовательности аналогичным образом раздельно по каждому выходу осуществляется сжатие двоичной последовательности, формируемой на выходах 2, ..., п АЦП 2 в сдвиговых регистрах 8.2, ..., 8.п соответственно.

Процесс сжатия информации в сдвиговых регистрах 8,1, ..., 8.п продолжается до тех пор, пока от счетчика 25 не поступает на первый вход элемента ИЛИ 20 и второй вход элемента

ИЛИ 21 сигнал переполнения Стоп. По сигналу Стоп через элемент ИЛИ 21 триггер 14 устанавливается в нулевое состояние, в результате чего закрывается элемент И 18 и прекращаются сдвиги информации в сдвиговых регистрах 8.1, ..., 8.п.

Кроме того, по сигналу Стоп -устанавливается в единичное состояние триггер 13, з акрьшающий элементы И 7.1, ..., 7.П и открывающие элемен- 6.1, ..., 6.п. С этого момента никакие изменения на выходах АЦП 2 не влияют на двоичные коды, зафиксированные в сдвиговых регистрах 8.1, ..., 8.п. Происходит реконфигурация сдвиговых регистров 8.1, ..., 8.п, которые с помощью группы 6 элементов И последовательно соединяются между собой. Старший разряд старшего сдвигового регистра 8.1 при этом через элемент 6.1 соединяется с первым входом сумматора 4 по модулю два

.Старший разряд сдвигового регистра 8.2 через элементы. И 26. и ИЛИ 10.1 соединяются с входом (с младшим разрядом) сдвигового регистра 8.1 и так далее вплоть до сдвигового регистра 8.п, старший )аэряд которого через элементы И б.п и ИЛИ IO.n-1 соединяется с входом сдвигового регистра 8.П-1.

После установки в единичное состояние триггера 13 открывается элемент И 17, который начинает пропускать синхроимпульсы на счетный вход счетчика 15, на входы.сдвига сдвигового регистра 5 и группы 8 сдвиговых регистров.

Таким образом, после 64-го сдвига последний бит (бит младшего разряда сдвигового регистра 8.П-2) двоичной информации, полученной в результате преобразования и сжатия измеряемого аналогового сигнала, поступает через сумматор 4 по модулю два в младший разряд сдвигового регистра 5, а на выходах счетчика 15 вырабатывается код, который через элементы И 16 и ШШ 20 устанавливает триггер 13 в состояние нуля. В результате этого закрывается элемент И 17 и прекраща- . ются сдвиги информации. Сформирован- ньш двоичной код на сдвиговом регистре 5 через его первую группу выходов и через регистр 11 поступает на индикатор 3 и отображается как оконча0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

тельный результат аналогового сигнала, сформированного на выходе ЦАП 26.

В режиме контроля внешнего объекта, возбуждение контролируемого объекта 30 осуществляется с помощью встроенного- в него стимулятора. Устройство допускает использование и внешнего стимулятора. От контролируемого объекта 30 на устройство поступают сигналы Пуск и Стоп, определяющие соответственно передний и задний фронты окна измерения, а также сигнал Синхронизация, обеспечивающий синхронное преобразование в устройстве аналогового сигнала, поступающего от объекта 30 на информационный вход- устройства.

Сигналы Синхронизация, Пуск и Стоп для конкретного контролируемого объекта могут быть постоднны- ми (наилучший случай), т.е. применяться на протяжении всего процесса контроля данного объекта. При этом перед контролем объекта к его заранее определенным контактам (гнездам) Синхронизация, Пуск и Стоп подключаются соответствующие входы устройства.

Поскольку для полного контроля даже простейшего объекта требуется контролировать (измерять) сигналы на совокупности различных его контактах, поэтому в процессе контроля объекта информационный вход устройства периодически должен последовательно переноситься с одного контакта объекта на другой. Указанный перенос может осуществляться с помощью ручного щупа или автоматически по определенной программе.

Переключатель 29 устанавливается в такое положение когда его рабочие входы (Информация, Синхронизация, Пуск и Стоп) соединяются с его соответству.к1щими выходами.

Ключ 22 и переключатель 32 устройства устанавливаются в положения, соответствующие техническим условиям контролируемого объекта 30. Затем нажимается ключ 23 для установки устройства в исходное состояние.

Дальнейшая работа устройства .осуществляется аналогично списанной для режима самоконтроля за исключением лишь того, что сигналы Информация, Синхронизация, Пуск и Стоп поступают не от элементов 26-28 и 25

соответственно, а от контролируемого объекта 30.

После получения ключевого слова для текущего (очередного) контакта контролируемого объекта 30 в соответ ствии с прогр 1ммой его контроля или диагностики осуществляется переход (перенос щупа информационного устройства входа) для получения ключевого слова для следующего контакта объекта.

Использование предлагаемого устройства позволяет контролировать аналоговые объекты формально на основе простейшего сопоставления получаемых с его помощью компактных чисел - ключевых слов (сигнатур) с эталонными числами, которые могут быть получены заранее с помощью того же устройства на эталонном (исправном) объекте.

Форм, ула изобретения

Устройство для контроля аналоговы объектов, содержащее генератор импульсов, блок согласования уровней, соединенный вьжодом с входом аналого цифрового преобразователя, индикатор первый регистр, отличающее- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения получения устойчивых сигнатур для флуктуирующих аналоговых сигналов, в него введены первый элемент ИЛИ, элемент И-НЕ, первый элемент И, три ключа, генератор одиночных импульсов, сумматор по модулю два, сдвиговый регистр, последовательно соединенные группу сумматоров по модулю два, группу первых элементов И, группу элементов ИЛИ, группу сдвиговых регистров и группу вторых элементов И, также последовательно соединенные второй элемент ИЛИ, первый триггер, второй элемент И, первый счетчик импульсов и третий элемент И и последовательно соединенные, третий элемент ИЛИ, второй триггер, второй счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь и переключатель, второй информационный вход переключателя является ин- формационньм входом устройства, а рабочие входы Синхронизация, Пуек и Стоп являются управляющи1МИ входами устройства, группа выходов аналого-цифрового преобразовате

0

5

0

5

0

5

0

5

ля соединена поразрядно с первой группой входов группой сумматоров rto модулю два, вторая группа входов которых соединена с выходами группы сдвиговых регистров, инверсньш выход первого триггера подключен к вторым входам группы первых элементов И и к второму входу первого счетчика импульсов, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя и с вторым входом счетчика импульсов, второй выход которого соединен с третьим информационным входом переключателя, первый выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов ИЛИ,второй вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом третьего элемента И, вторые входы первого и второго триггеров подключены к первому установочному входу группы сдвиговых регистров, к первому установочному входу сдвигового.регистра и к выходу элемента И-НЕ, первьй вход которого соединен с выходом первого ключа, а второй вход - с вторым входом второго элемента И, с первым входом первого элемента И и с выходом Синхронизация переключателя, прямой выход второго триггера соединен с вторым входом первого элемента И, прямой выход первого триггера подключен к вторым входам группы вторых элементов И к первому входу второго элемента И, к первому входу регистра, выход которого подключен к индикатору, а второй вход - к первому выходу сдвигового регистра, второй выход которого соединен с первым входом сумматора по модулю два, второй вход - с выходом сумматора по модулю два, а тактовый вход - с тактовым входом группы сдвиговых регистров и с выходом первого элемента ИЛИ, соединенного вторым входом с выходом второго элемента И, и с первым входом первого счетчика импульсов , выход второй группы вторых элементов И соединен с входом сум- - матора по модулю два, выход Пуск переключателя соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход генератора одиночных импульсов подключен к входу Пуск переключателя, а вход - к выходу второго ключа, выход генератора импульсов - к входу Синхронизация переключателя первый, второй и третий выходы первого

.вход первого и второго ключей соедисчетчика импульсов подключены к соот-рен с шиной питания, а второй вход ветствующим входам третьего ключа,с шиной заземления, выход информации

выход которого соединен с вторымпереключателя подключен к входу блока

входом третьего элемента И, первыйсогласования уровней.

.вход первого и второго ключей соеди f/г. /

J6

J4

Г1«./

39

J4f

Изобретение относится к вычис- лительной технике и может быть использовано для контроля аналоговых объектов, а также для поиска неисправных элементов в них. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения получения достоверных устойчивых сигнатур для флуктуирующих аналоговых сигналов. Указанная цель достигается путем поразрядного кодирования двоичного кода,снимаемого с выхода аналого-цифрового преобразователя, и наличия возможности загрубления результата кодирования за счет отброса значений преобразования данных младших разрядов аналого-цифрового преобразователя. Устройство содержит блок согласования уровней, индикатор, аналого-цифровой преобразователь, схему формирования сигнатур, схему самоконтроля, схему управления. Данное устройство позволяет контролировать аналоговые объекты формально на основе простейшего сопоставления получаемых с его помощью компактных чисел - ключевых слов (сигнатур) с эталонными числами, которые могут быть получены заранее с помощью того же устройства на эталонном (исправном) объекте. Следует отметить, что число тактов в период измерения может измеряться тысячами и больше при сохранении высокой достоверности контроля, поэтому возрастает скорость контроля, так как не нужно измерять и анализировать отдельно сигнал на каждом такте. Данное устройство может быть использовано для значительно более широкого круга аналоговых объектов с различными допустимыми уровнями - флуктуации аналоговых сигналов за счет гибкого изменения допуска на пределы флуктуации аналогового сигнала с целью получения при этом устойчивых сигнатур. 4 ил. СЛ С

ujj/fAjj/j Т / Л то

J/

,. .fn

К1й:1Ж э

J7

J5

Фш.г

1

Редактор Н.Бобкова

Составитель И.Швец

Техред Л.Олейник Корректор Н.Король

Заказ 7810/48Тираж 673 Подписное

-. ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4