Устройство для бесконтактного измерения импульсного тока Советский патент 1987 года по МПК G01R31/302 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля электрических сигналов в узлах и блоках электронной аппаратуры при диагностике отказов и локализации неисправных элементов, смонтированных на печатных платах.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства ,нафиг . 2-времен- ная диаграмма работы устройства.

13

Устройство содержит генератор 1 стимулирующих импульсов, подключенный к диагностируемой шине 2 платы 3 печатного монтажа контролируемого цифрового блока. Бесконтактньй электромагнитный датчик 4 тока подключен через усилитель 5 к фазоинвертору 6, прямой выход которого присоединен к первому входу сумматора 7, а инверсный выход через первую линию 8 задержки - к второму входу сумматора 7 Выход сумматора 7 подключен к первому входу порогового блока 9, выходы которого через регистр 10 амплитуды и преобразователь 11 кода подключены к первым входам блока 12 индикации и регистра 13 знака, выходы которого через логический элемент ИЛИ 14 и подключены к второму входу блока 12 индикации. Генератор 1 подключен к входу блока 15 синхронизации, первый выход которого подключен к входам установки в начальное состояние регистра 10 амплитуды и регистра 13 знака. Второй и третий выходы блока синхронизации подключены соответственно к стробирующему входу порогового блока 9 и информационным входам регистра 13 знака. Первый 16 и второй 17 выходы устройства соединены

соответственно с первым и вторым вы- пульса, сдвинутых относительно один

ходами генератора 1. Блок 15 синхронизации содержит ждущие мультивибраторы 18 и 19, линию 20 задержки и ждутдий мультивибратор 21 . Входы мультивибраторов 18 и 19 соединены с вхо- сп дом блока 15 и через линию 20 задержки с входом мультивибратора 21. Первый, второй и третий выходы блока 15 соединены соответственно с выходами мультивибраторов 18 и 19 и 21.

Устройство работает следующим образом .

Генератор 1 стимулирующих импульсов генерирует импульсы (фиг.2,а,б.

другого на время с , определяемое линией 8 задержки, причем полярность первого импульса сигнала U совпадает с полярностью приращения измеря емого тока. Сигнал U, с выхода сумматора 7 поступает на вход порогового блока 9, выполненного на компараторах со стробированием, и вызьшает срабатьгоание тех компараторов, уро- вень компарирования которых он превы DiaeT. Эти компараторы переключаются по выходу в состояние 1, а на выхо де остальных компараторов остаются О. Таким образом, в пороговом блок

10

.

15

3074042

в), которые поступают на вход блока 15 синхронизации и через выходы 16 и 17 подаются на проверяемую шину 2 диагностируемой печатной платы 3, создавая в ней импульсы тока i, величина и направление которых характеризуют вид и место возникновения неисправности. В частности, если шина в какой-либо точке замкнута на землю, то 1 1мпульс тока i имеет положительную полярность (фиг.2а) т.е. соответствует вытекающему (из генератора) току, и наоборот, если шина замкнута на источник питания, то импульсньй ток i изменяет направление (фиг.26), т.е. втекает в генератор. Путем измерения величины и направления тока в отдельных ветвях общей шины локализуется место замыкания и неисправная ветвь, в которой величина тока наибольшая. Для прове- дения измерений бесконтактный электромагнитный датчик 4 тока устанавливается на проверяемый проводник с током 1 , кото рый создает вокруг пропорциональное импульс ное магнитное поле. В моменты формирования фронтов импульсов тока в обмотке электромагнитного датчика 4 индицируются короткие импульсы напряжения и (фиг.2 а,б,в), амплитуда которых пропорциональна амплитуде импульсов тока 1 , а полярность зависит от направления тока.

20

25

30

35

40

I

Импульсы после ус иления усилителем 5 поступают на вход фазоинверто- ра 6. Сигнал с инверсного выхода фа- зоинвертора 6 задерживается линией 8 задержки на время 2 (U-} фиг. 2) и суммируется с сигналом с прямого выхода фазоинвертора 6. Таким образом, сигнал Уд выходе сумматора 7 представляет собой два разнополярных им

другого на время с , определяемое линией 8 задержки, причем полярность первого импульса сигнала U совпадает с полярностью приращения измеряемого тока. Сигнал U, с выхода сумматора 7 поступает на вход порогового блока 9, выполненного на компараторах со стробированием, и вызьшает срабатьгоание тех компараторов, уро- вень компарирования которых он превы- DiaeT. Эти компараторы переключаются по выходу в состояние 1, а на выходе остальных компараторов остаются О. Таким образом, в пороговом блоке

осуществляется преобразование положительных импульсов сигнала ij в еди- ничньш нормальный код, который поступает с выходов порогового блока на информационные входы (5 -входы) регистра 10 амплитуды и записывается в нем.

Преобразователь кода 11 осуществляет непрерывное преобразование единичного нормального кода на выходе регистра 10 амплитуды в натуральный двоично-десятичный код, который управляет блоком 12 индикации и одновременно подается на входы синхронизации С-входы регистра 13 знака.

С приходом от генератора 1 переднего фронта импульса U, фиг.2 а) запускаются одновременно ждущие мультивибраторы 18 и 9 блока 15 синхронизации. Ждущий мультивибратор 21 запускается с задержкой относительно фронта импульса U, на время , определяемое линией 20 задержки, время задержки которой должно быть равно времени задержки первой линии 8 задержки. Мультивибратор 19 формирует короткий импульс сброса Ug (фиг.2), котррый подается на R -входы регистров 10;13 и переводит их в начальное состояние. Мультивибратор 18 формирует импульс первого строба U (фиг.2 в течение -которого осуществляется запись максимального значения выходного кода порогового блока 9 в регистр 10 амплитуды. Это происходит следующим образом.

Импульс строба U g поступает на вход стробирования порогового блока 9 и тем самым разрешает его работу в течение времени своего действия. С выхода порогового блока 9 единичньй нормальньм код поступает на 5 -входы регистра 10. Регистр 10, построенный на R5 -триггерах, запоминает максимальное значение кода на выходе порогового блока 9 и хранит этот код до прихода следующего импульса сбро- са Us- Мультивибратор 21 формирует импульс второго строба 1) (фиг.2) вдвое меньший по длительности, чем импульс первого строба U который поступает с задержкой на время сГ относительно фронта первого строба U на информационные входы (О -входы) регистра 13 знака и разрешает тем самым во время своего действия запись сигнала высокого уровня в ре - гистр 13. Длительность импульса пер074044

вого строба I выбирается таким образом, чтобы за время его действия с сумматора 7 прощли оба ггмпульса и (положительный и отрицательный), 5 возникающие при преобразования датчиком 4 переднего фронта импульса измеряемого тока i , а за время действия импульса второго строба {J-, вдвое меньшего по длительности, чем О первый строб проходит только второй импульс напряжения U, сдви- нутьй относительно первого на время с ( фиг .2а).

15 Положительный импульс сигнала tJ,j вызывает срабатьшание тех компараторов порогового блока 9, уровень сравнения которых он превьш1ает по амплитуде, поэтому записываемые в регистр

2Q 10 выходные состояния компараторов порогового блока характеризуют значение амплитуды сигнала i . Записанные в регистре 10 значения через преобразователь кода 11 поступают

5 на блок 12 индикации и на входы синхронизации регистра 13 знака, на информационные входы которого поступает импульс второго строба U- . Этот импульс записывается в регистр 13 и

0 передается через элемент ИЛИ 14 на знаковый разряд блока 12 как знак минус только в том случае, если за время действия импульса строба У, происходит изменение кода на ходе преобразователя 11 кода. Следовательно, при положительном напряжении измеряемого тока { фиг.2а), когда в сигнале U4 первый импульс EJ положительньй, а второй Е. отрица0 тельньш, в регистр 10 амплитуды запи- сьтается значение первого импульса Е,.а второй отрицательный импульс, совпадающий по времени с импульсом второго строба 11, не вызывает изме- 5 нения кода на выходе преобразователя 11 кода. Выходы преобразователя 11 подключены к входам синхронизации регистра 13 знака, а на информационные входы регистра 13 подается им- 0 пульс второго строба (J , который

при отсутствии сигнала синхронизации не записывается в регистр 13, и зна- ковьш разряд блока 12 индикации соответствует знаку плюс. При отри- 5 цательном направлении тока i (фиг.2б) в сигнале U первый импульс становится отрицательнымi а второй - положительным, поэтому запись положительного импульса в регистр 10 амплитуды совпадает по времени с импульсом второго строба U-,. Следовательно, хотя бы на одном из синхровходов регистра знака 13 происходит перепа уровня сигнала за время действия строба и хотя бы в один из разрядов регистра 13 знака записьгоается высокий логический уровень и на знаковом разряде блока 12 индикации происходит перепад напряжения U g, соответствующий сигналу минус. Таким образом предлагаемое устройство обепечивает бесконтактное измерение и индикацию амплитуды тока с учетом знака.

Устройство работает аналогичным образом и при наличии импульсной помехи, обусловленной паразитным выбросом на фронте переключения измеремого тока фиг.2в. В этом случае сигнал 0, поступающий на вход порогового блока 9, содержит два импульса положительной полярности с амплитудами Е , и Е , первый из которых (EJ обусловлен действием импульсной помехи, а второй (Е4) обусловлен полезным сигналом переключения проверяемой схемы в новое логическое состояние. При подаче сигнала на вход порогового блока 9 сначала преобразуется и записьшается в регистр 10 значение амплитуды помехи EI , затем аналогичным образом за письтается в регистр 10 амплитуда полезного сигнала Е. Поскольку амплитуда Е второго импульса больше амплитуды помехи Е, то импульс Е полезного сигнала, совпадающий по времени с импульсом Btoporo строба U-J5 приводит к срабатыванию боле старших разрядов порогового блока и увеличению кода в регистре 10. Изменение кода за время действия строба и7 приводит, как было показано ранее, к записи в регистре 13 и блоке 2 знака минус.

1

третий ждущие мультивибраторы и линию задержки, входы первого и второго ждущих мультивибраторов соединены с входом блока синхронизации и через линию задержки -с входом третьего

Таким образом,при наличии импульсной помехи в регистре 10 записывается только значение амплитуды полезного импульса с учетом знака, а влия- 50 ждущего мультивибратора, а первый, ние помехи на результат измерения второй и третий выходы блока синхро- исключается, что позволяет повысить -низации соединены соответственно с точность бесконтактного измерения им- выходами первого, второго и третье- пульсного тока.го яодущих мультивибраторов.

6

зоб

р е т е н и я

5

0

5

1.Устройство для бесконтактного измерения импульсного тока, содержащее генератор стимулирующих импульсов, лервый и второй выходы которого соединены с первьм и вторым выходами устройства, бесконтактный электромагнитный датчик тока, соединенный с входом усилителя пороговый блок и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены фазоинвертор, сумматор, линия задержки, запоминающие регистры амплитуды и знака, преобразователь кода, элемент ИЛИ и блок синхронизации, при этом выход усилителя соединен с входом фазоинвертора, прямой выход которого присоединен к первому входу сумматора непосредственно, а инверсный вьссод соединен через линию задержки с вторым входом сумматора, выход которого соединен с входом порогового блока, выход которого соединен с входом регистра амплитуды, выход которого через преобразователь кода соединен с первыми входами блока индикации и информационным входом регистра знака, выход которого через логический элемент ИЛИ соединен с вторым входом блока индикации, третий выход генератора Iстимулирующих импульсов соединен с

5 ;входом блока синхронизации, первый выход которого соединен с входом установки в начальное состояние регистра амплитуды и регистра знака, второй выход - со стробирующим входом порогового блока,третий выход - со стробирующим входом регистра знака.

2. Устройство по П.1, о тл и - чающееся тем, что блок синхронизации содержит первый, второй и

третий ждущие мультивибраторы и линию задержки, входы первого и второго ждущих мультивибраторов соединены с входом блока синхронизации и через линию задержки -с входом третьего

0

0

0 ждущего мультивибратора, а первый, второй и третий выходы блока синхро- -низации соединены соответственно с выходами первого, второго и третье- го яодущих мультивибраторов.

u

.

6

Изобретение может быть использовано для бесконтактного контроля электрических сигналов в узлах и блоках электронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит генератор I стимулирующих импульсов, подключенный к диагностируемой шине 2 платы 3 печатного монтажа, бесконтактный электромагнитный датчик 4 тока, усилитель 5, пороговый блок 9 и блок 12 индикации. В устройство введены фазоинвертор 6, сумматор 7, линия 8 задержки, регистры 10 и 13 амплитуды и знака, преобразователь 11 кода-, элемент ИЖ 14 и блок 15 синхронизации. Благодаря этому при наличии импульсной помехи в регистре 10 амплитуды записывается только значение амплитуды полезного импульса с учетом знака. При этом влияние помехи на результат измерения исключается. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. € сл о 4; о 4;