Устройство для регистрации сигналов Советский патент 1987 года по МПК G01D9/00 

Изобретение относится к измерительной регистрирующей технике и может быть использовано для регистрации быстронротекаю- щих процессов (например, переходных процессов) с преобразованием масштаба времени при помощи многоканальных самопишущих приборов.

Целью изобретения является повышение точности, расширение частотного диапазона, а также упрощение устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства для регистрации сигналов сложной формы; на фиг. 2-4 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для регистрации сигналов .. сложной формы содержит последовательно соединенные коммутатор (Км) 1, аналого- цифровой преобразователь (АЦП) 2, запоминающее устройство (ЗУ) 3 и цифроана- логовый преобразователь (ЦАЦ) 4, выход

входом Сч 15, выход переполнения которого соединен с входом установки -в «О триггеров 16 и 17. Прямые выходы триггеров 16, 17 подключены к входам управления с БС 14, а их инверсные выходы через элемент И 18 связаны с входом установки в «О Сч 15. Входы установки в «1 триггеров 16, 17, соответственно «Ввод и «Вывод, являются входами управления режимами работы устройства.

Устройство работает в двух режимах - ввода и вывода информации.

В исходном состоянии, когда триггеры 16, 17 находятся в состоянии «О, элемент И 18 открыт, Сч 15 установлен в состояние «О.

В режиме ввода информации в ЗУ 3 заносятся коды выбором мгновенных значений сигналов LJi...ljn.

Импульсами на входе «ВВОД триггер 16 устанавливается в «1. В этом случае БС 14 запускается только импульсами Т1 Тм 13.

10

которого через интерполирующие устройства 20 Период следования этих импульсов равен (ИУ) 5 (5-1...5-п) связан с входами мно-At/n,

где At - шаг дискретизации входных сигналов;

п - количество входных каналов. После каждого импульса Т1 БС 14 вы- рабатывает сигнал «С1, «С2, и «+1Сч, которые поступают на входы запуска АЦП 2, синхронизации занесения информации в ЗУ 3 и на счетный вход Сч 15 (см. временную диаграмму на фиг. 2). Выходной код Сч 15 по -,,. ША поступает на адресные входы ЗУ 3 и Км 1. Последовательность взаимодействия блоков устройства в режиме ввода информации следующая. При помощи Км 1 на вход АЦП 2 подается один из входных сигналов и (k 1...п). Номер входа устройства,

наковую схему и содержит масштабно-сум- о подключаемого к АЦП 2, определяется ко- мирующий преобразователь (МПС) 9, ана- дом младших разрядов Сч 15 (например, логовое запоминающее устройство (АЗУ) 10 при п 8 Км 1 подключен только к трем и интеграторы (Инт) 11, 12. При этом вы- самым младщим разрядам Сч 15). АЦП 2 ход МСП 9 через АЗУ 10, вход управ- запускается сигналом «С I. Сигнал Uk преоб- ления которого является входом управле- разуется в АЦП 2 в код , i - номер ВИЯ ИУ, соединен с входом Инт 11. Выход 40 выборки сигнала в k-м канале. После окон- Инт 11 подключен к первому входу МСП 9,чания преобразования сигнала U в код чекоэффициент передачи которого Ki равен - рез время t,,, определяемое быстродействи- 3/2, и к входу Инт 12, выход которого яв- ем АЦП 2, код Xki заносится в соот- ляется выходом ИУ и соединен с вторымветствующую ячейку ЗУ 3 в момент поступвходом МСП 9, коэффициент передачи ко- , ления сигнала «С2 на вход ЗУ 3. За- торого К2 равен -1. Третий вход МСП 9, тем на счетный вход Сч 15 поступает сиггоканального регистрирующего устройства (РУ) 6. В состав устройства входят также дешифратор (Дш) 7, выходы которого подключены к входам управления ИУ 5 (5-1...5-п), и блок 8 управления (БУ), выходы которого С1-СЗ соединены соответственно с входами запуска АЦП 2, синхронизации занесения информации в ЗУ 3 и стробирования Дш 7, а адресная шина (ША) связывает выходы БУ 8 с адресными входами ЗУ 3, коммутатора 1 и дешифратора 7, причем адресные входы Км 1 и Дш 7 подключены только к нескольким младшим разрядам ША.

Каждое из ИУ 5 (5-1...5-п) имеет одикоэффициент передачи которого Кз равен 1, соединен с выходом ЦАП 4. Коэффициенты передачи Ki-Кз определены из предположения, что Инт 11, 12, МСП 9 и АЗУ 10 не инвертируют сигналы. В случае приме- 50 нения Инт с инвертированием сигналов Ki 3/2, , Кз -1.

Блок 8 управления содержит таймер (Тм) 13, блок 14 синхронизации (БС), счетчик (Сч) 15 адреса, триггеры 16, 17 и элемент

нал «-|-1Сч (см. фиг. 2), Сч 15 увеличивает свое состояние на единицу, на вход АЦП 2 через Км 1 подается следующий сигнал Uk I и т.д. Указанный процесс продолжается до тех пор, пока не наступает переполнение Сч 15. В этом случае сигнал на выходе переполнения Сч 15 устанавливает триггер 16 в «О и устройство переходит в исходное состояние.

В ЗУ 3 занесены коды выборок мгноИ 18. Выходы ТГ, Т2 Тм 13 соединены с 55 венных значений входных сигналов в следую- входами запуска БС 14, выходы которогощем порядке: Хю, Хц,-.., Х;,„,..., , Хп,...,

Х, Х21,..., Х2П,..., Xi;,..., Xni,..., XIN I,..., Xn N ,

где величина N зависит от емкости ЗУ 3, равС1-СЗ связаны с входами управления АЦП 2, ЗУ 3, Дш 7 (см. выше) и со счетным

входом Сч 15, выход переполнения которого соединен с входом установки -в «О триггеров 16 и 17. Прямые выходы триггеров 16, 17 подключены к входам управления БС 14, а их инверсные выходы через элемент И 18 связаны с входом установки в «О Сч 15. Входы установки в «1 триггеров 16, 17, соответственно «Ввод и «Вывод, являются входами управления режимами работы устройства.

Устройство работает в двух режимах - ввода и вывода информации.

В исходном состоянии, когда триггеры 16, 17 находятся в состоянии «О, элемент И 18 открыт, Сч 15 установлен в состояние «О.

В режиме ввода информации в ЗУ 3 заносятся коды выбором мгновенных значений сигналов LJi...ljn.

Импульсами на входе «ВВОД триггер 16 устанавливается в «1. В этом случае БС 14 запускается только импульсами Т1 Тм 13.

0

ления сигнала «С2 на вход ЗУ 3. За- тем на счетный вход Сч 15 поступает сигнал «-|-1Сч (см. фиг. 2), Сч 15 увеличивает свое состояние на единицу, на вход АЦП 2 через Км 1 подается следующий сигнал Uk I и т.д. Указанный процесс продолжается до тех пор, пока не наступает переполнение Сч 15. В этом случае сигнал на выходе переполнения Сч 15 устанавливает триггер 16 в «О и устройство переходит в исходное состояние.

В ЗУ 3 занесены коды выборок мгновенных значений входных сигналов в следую- щем порядке: Хю, Хц,-.., Х;,„,..., , Хп,...,

ной n N. Младшая часть адреса ячейки, в которой хранится код Х,, определяет номер канала k, а старшая часть - номер выборки i.

В режиме вывода информации коды выборок мгновенных значений сигналов U|...Un из ЗУ последовательно преобразуются при помощи ЦАП 4 в прямоугольные импульсы, амплитуды которых равны соответствую- Ш.ИМ значениям выборок мгновенных значезначение А,- фиксируется в АЗУ 10 после поступления сигнала «СИ АЗУ-к на его вход в момент времени t/. Выходной сигнал АЗУ 10, равный А/, не изменяется в интервале времени t/, t, + ДТ до момента поступления следуюш.его импульса «СИ АЗУ-к, этот сигнал интегрируется Инт 11, выходной сигнал которого в свою очередь интегрируется Инт 12 (см. фиг. 4, на которой принято, что Инт 11, 12 сигнал не инний, а при помош,и ИУ 5-1...5-n осу- Ю вертируют). Постоянные времени Инт 11, 12

ществляется восстановление сигналов в виде непрерывных функций, которые регистрируются РУ 6. В качестве РУ б может быть использован многоканальный самопишуш,ий прибор.

Импульсом на входе «Вывод триггер 17 устанавливается в «1. В этом случае БС 14 запускается только импульсами Т2 Тм 13. Период следования этих импульсов равен ЛТ/п, где AT - шаг дискретизации выход15

равны шагу дискретизации выходных сигналов AT. Так как Инт 11 интегрирует постоянную (неизменяющуюся) величину, то его выходное напряжение изменяется по линейному закону, а выходное напряжение Инт 12 - по квадратичному. В момент времени (ti + ЛТ) выходные напряжения Инт 11, 12 равны соответственно А, и 1/2 А,-.

В соответствии с допуш,ением следующие выборки сигнала ,41, Х, ,2,... равны нулю.

ных сигналов. Обычно AT At. После каж- 20 Так как коэффициенты передачи входов МСП

дого импульса Т2 БС 14 вырабатывает сигналы «СЗ и «-|-1Сч (фиг. 3). Сигнал «СЗ поступает на вход стробирования Дл 7, на адресные входы которого поступает код с младших разрядов Сч 15. Выходные сигналы Дщ 7, совпадающие с моментами появления сигналов «СЗ, используются для синхронизации моментов фиксации выходных напряжений МСП 9 в АЗУ 10.

Из ЗУ 3 последовательно выводятся коды выборок Хю, Хзо,..., Х„о, Хи,..., XnN I, которые при помощи ЦАП 4 преобразуются в напряжение. Распределение выборок по каналам осуществляется при помощи выходных сигналов Дш 7. В момент преобразования выборки Xki в напряжение на управляющий вход k-ro ИУ с выхода Дш 7 поступает сигнал «СИ АЗУ-к, который изменяет выходное напряжение АЗУ 10 в k-м ИУ с учетом значения выборки Х,.

При помощи ИУ 5 (5-1...5-п) осуществляется интерполяция выходных сигналов сплайнами второго порядка. Рассмотрим работу k-ro ИУ 5 - к. Пусть все выборки сигнала U, кроме одной, равны нулю. Положим, что выборка X, равна А;. На вход ЦАП 4 последовательно выводятся выборки Х|о, Х||,..., Xfto,.-., . Так как все выборки Xjio, XAI, Xk i-i равны нулю, а выходные напряжения Инт 11, 12 также равны нулю, то в момент поступления на вход управления АЗУ 10 синхронизирующих импульсов «СИ АЗУ-к (см. фиг. 4) в АЗУ 10 фиксируется напряжение нулевой величины. Отметим, что выборки сигналов из других каналов не влияют на работу к-го ИУ, так как при их преобразовании в напряжение при помощи ЦАП 4 (пунктирные «ступеньки на временной диаграмме «Вход ИУ на фиг. 4) на входе АЗУ 10 в k-м ИУ отсутствует сигнал «СИ АЗУ-к.

При появлении i-й выборки сигнала U (заштрихованная ступенька на фиг. 4) ее

25

30

35

40

45

50

55

9 равны К: -3/2, Кг - 1, Кз 1, то на выходе МСП 9 к моменту прихода сигнала «СИ АЗУ-к в момент времени (ti + At) будет напряжение -2Ai, которое будет зафиксировано в АЗУ 10 в интервале времени t, + AT, t, + 2fJ. Интеграторы 11 и 12 продолжают интегрировать выходной сигнал АЗУ 10 с учетом тех напряжений, которые были на их выходах в момент времени (t, + AT), и к моменту времени (t, + 2АТ), их выходные напряжения равны соответственно -А, и 1/2 А/, а выходное напряжение МСП 9 равно величине А,. К моменту времени (t/ + ЗАТ) выходные напряжения АЗУ 10 и Инт 11, 12 равны нулю.

После переполнения Сч 15 сигнал на его выходе переполнения устанавливает триггер 17 в «О и устройство переходит в исходное состояние.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство отличается высокой точностью, широким частотным диапазоном и простотой.

Формула изобретения

1. Устройство для регистрации сигналов, содержащее последовательно соединенные коммутатор, аналого-цифровой преобразователь и запоминающее устройство, а также цифроаналоговый преобразователь, регистрирующее устройство и блок управления, выходы которого соединены с входами синхронизации занесения информации в запоминающее устройство и с адресными входами запоминающего устройства и коммутатора, отличающееся тем, что, с целью по- выщения точности и расщирения частотного диапазона, в него введены дешифратор и интерполирующее устройства, входы которых объединены и через цифроаналоговый преобразователь соединены с выходом запозначение А,- фиксируется в АЗУ 10 после поступления сигнала «СИ АЗУ-к на его вход в момент времени t/. Выходной сигнал АЗУ 10, равный А/, не изменяется в интервале времени t/, t, + ДТ до момента поступления следуюш.его импульса «СИ АЗУ-к, этот сигнал интегрируется Инт 11, выходной сигнал которого в свою очередь интегрируется Инт 12 (см. фиг. 4, на которой принято, что Инт 11, 12 сигнал не инвертируют). Постоянные времени Инт 11, 12

равны шагу дискретизации выходных сигналов AT. Так как Инт 11 интегрирует постоянную (неизменяющуюся) величину, то его выходное напряжение изменяется по линейному закону, а выходное напряжение Инт 12 - по квадратичному. В момент времени (ti + ЛТ) выходные напряжения Инт 11, 12 равны соответственно А, и 1/2 А,-.

В соответствии с допуш,ением следующие выборки сигнала ,41, Х, ,2,... равны нулю.

Так как коэффициенты передачи входов МСП

0 Так как коэффициенты передачи входов МСП

5

0

5

0

5

0

5

9 равны К: -3/2, Кг - 1, Кз 1, то на выходе МСП 9 к моменту прихода сигнала «СИ АЗУ-к в момент времени (ti + At) будет напряжение -2Ai, которое будет зафиксировано в АЗУ 10 в интервале времени t, + AT, t, + 2fJ. Интеграторы 11 и 12 продолжают интегрировать выходной сигнал АЗУ 10 с учетом тех напряжений, которые были на их выходах в момент времени (t, + AT), и к моменту времени (t, + 2АТ), их выходные напряжения равны соответственно -А, и 1/2 А/, а выходное напряжение МСП 9 равно величине А,. К моменту времени (t/ + ЗАТ) выходные напряжения АЗУ 10 и Инт 11, 12 равны нулю.

После переполнения Сч 15 сигнал на его выходе переполнения устанавливает триггер 17 в «О и устройство переходит в исходное состояние.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство отличается высокой точностью, широким частотным диапазоном и простотой.

Формула изобретения

1. Устройство для регистрации сигналов, содержащее последовательно соединенные коммутатор, аналого-цифровой преобразователь и запоминающее устройство, а также цифроаналоговый преобразователь, регистрирующее устройство и блок управления, выходы которого соединены с входами синхронизации занесения информации в запоминающее устройство и с адресными входами запоминающего устройства и коммутатора, отличающееся тем, что, с целью по- выщения точности и расщирения частотного диапазона, в него введены дешифратор и интерполирующее устройства, входы которых объединены и через цифроаналоговый преобразователь соединены с выходом запоминающего устройства, а их выходы подключены к входам регистрирующего устройства, а входы управления - к выходам дешифратора, адресные входы которого объединены с адресными входами коммутатора, а вход стробирования дешифратора подключен к соответствуюшему выходу блока управления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем.

штабно-суммируюш,ий преобразователь, аналоговое запоминающее устройство, первый и второй интеграторы, выходы которых соединены с первым и вторым входами масштабно-суммирующего преобразователя, тре- тий вход которого является входом интерполирующего устройства, при этом вход управления аналогового запоминающего устройства является входом управления интерполирующего устройства, а выход второго

что каждое из интерполирующих устройств 10 интегратора - выходом интерполирующего содержит последовательно соединенные мае-устройства.

Вход ИУ

-Y.tirJ

ilti- T ti+2u7 f +

Составитель H. Ланьков

Редактор H. СлободяникТехред И. ВересКорректор .Л. Ильин

Заказ 2954/44Тираж 693Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и отк|)ыти|.

I 13035, .Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, А

штабно-суммируюш,ий преобразователь, аналоговое запоминающее устройство, первый и второй интеграторы, выходы которых соединены с первым и вторым входами масштабно-суммирующего преобразователя, тре- тий вход которого является входом интерполирующего устройства, при этом вход управления аналогового запоминающего устройства является входом управления интерполирующего устройства, а выход второго

интегратора - выходом интерполирующего устройства.

n,i-H

Изобретение может быть использовано для регистрации быстропротекающих процессов с преобразованием масштаба времени при помощи многоканальных самопишущих приборов. Цель изобретения - повышение точности, расширение частотного диапазона и упрощение устройства. В режиме вывода информации коды выборок мгновенных значений сигналов из запоминающего устройства 3 последовательно преобразуются при помощи цифроаналогового преобразователя 4 в прямоугольные импульсы, амплитуды которых равны соответствующим значениям выборок мгновенных значений, а при помощи интерполирующих устройств 5-1...5-П осуществляется восстановление сигналов в виде непрерывных функций, которые регистрируются устройством 6. 1 з.п. ф-лы. 4 ил. (Л со N5 00 00 СП 05 фи