Устройство для диагностики работоспособности датчиков Советский патент 1988 года по МПК G05B23/02 

4: 00 СО

сл

ОО 00

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и можеу быть использовано для технической диагностики роботоспособности тензодатчиков давления или усилия,

Целью изобретения является повышение достоверности диагностики работоспособности датчиков.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока параллельного сравнения5 на фиг. 3 - структурная схема блока последовательного сравнения; на фиг, 4 - структурная схема узла выделения модуля разности; на фиг. 5 - структурная схема блока регистрации.

Устройство для диагностики датчрц- ков содержит три аналого-цифровьпх: преобразрвателя (А1Щ) 1-3 с промежуточным преобразованием в частоту, блок 4 параллельного сравнения, блоки 5-7 последовательного сравнения,, блоки 8 и 9 памяти5 схемы 10-15 сравнения и блок 16 регистрации

Блок 4 содержит три узла 17-19 деления, узлы 20-2.2 памяти и узлы 23-25 вьщеления модуля разности.

Блоки содержат каждый по две; группы 26 и 27 элементов И, генератор 28 импульсов, счетный триггер 29, регистры 30 и 31, элементы 32 и 33 за держки, узел 34 вычисления модуля раз ности.

Блок вьиеления модуля разности содержит схему 35 сравнения кодов, четыре группы элементов И 36-39, узел 40 формирования дополнительного кода, сумматор 4.1 и элементы ИЛИ 42 и 43,

Блок р егистрации включает в себя шесть элементов И 44-49 и индикаторы 50-55.

Устройство работает следуюищм образом.

Выходные сигналы датчиков в виде, уровней медленно меняюпщхся напряже- НИИ цоступают на А1Щ 1-3, где последовательно превращаются в частотные сигналы с частотами fj-fj с помощью стандартных интегральных схем, а затем - в цифровые коды. Частотные сигналы с выходов (а) А11П 1-3 поступают в блок 4, С выходов б А1Щ 1-3 коды поступают в блоки 5-7.

Положим, что выходные сигналы дат- . чиков имеют вид у; ад, + а,; х

9538

1, 2, 3) Сигналы на входах блока деления после частотного преобразования: f; fд|-i- k.x. В результате давления первого сигнала на второй, второй на третий и третьего на первый на выходах узла 17-19 деления получаются числа

С i

, X

AiVl

ts

0

5

0

5

0

5

0

при условии, что все А1Ш имеют одинаковые коэффициенты преобразования. Результаты деления в виде кодов поступают на одни входы узлов 23-25, на другие входы которых поступают коды чисел С,, храняи еся в узлах 20-22 памяти.

Каждый из узлов 23-25, а также узел 34 с помощью входящей в его состав схемы сравнения кодов вьщеля- ет из чисел С; и Cj большее, меньшее преобразует в дополнительный код и осуществляет вычитание (фиг. 4). Результатом вычитания является число (С - С), которое поступает на одни входы схем 10-12 сравнения в соответствии с нумерацией выходов блока 4. На другие входы схем 10-12 сравнения поступает число Е, , хранящееся в блоке 8 памяти. Сигнал высокого уровня на выходах соответствующих схем сравнения появляется при выполнении условия /C f - С, I .

Выходные -сигналы преобразователей 1-3.в виде параллельного кода поступают в блоки 5-7. В каждом из них эти сигналы поступают на группы элементов 26 и 27, управляемых поочередно выходами триггера 29, счетный вход которого соединен с выходом генератора 2. Поступающие с выхода генератора 28 импульсы с периодом повторения Т осуществляют запись выходных кодовых сигналов А1Щ 1 (или 2, 3) в регистр 30 (в моменты времени t + + 2пТ) или в регистр 31 (в момент.ы времени t1+2(п+1)Т. Коды из регистров 30 и 31 подаются в узел 34, в котором вычисляется величина /у; f. + + y;{ltj -2(n+1). Результаты сравнения по каждому из блоков 5-7 поступают на соответствующие входы схем 13-15 сравнения. На другие входы этих схем 13-15 из блока 9 памяти поступает число 2 о При условии, что результат вычитания больше ,j ., на выходах схем 13-15 появляется высокий уровень.

10

15

Импульсами с выходов триггера 29, задержанными на время t , необходимое на пересылку кодов из регистров 30 31 в узел 34, элементами 32 и 33 задержки поочередно обнуляются регист-- ы 30 и 31 после каждого вычитания.

Для синхронизации работы узла 34 регистров 30 и 31 может использоваться импульс от генератора 28.

Выходы всех схем 10-15 сравнения одключены к входам блока 16 регистации. При изменении чувствительности или сдвиге нуля одного из датчиков, например, первого, высокий уровень появляется на выходе схем сравнения 10 и 12, поскольку изменяются отношения f,/f.t и ,. При этом срабатывает элемент 44 и загорается ндикатор 50, свидетельствующий в ча- 20 стичной неработоспособности первого атчика. Если при этом его выходной сигнал не изменяется в течение отрезка времени более 2Т, высокий уровень оявляется также и на выходе схемы 13 сравнения. Совпадение этого сигнала и сигнала с выхода элемента 44 открывает элемент 45 и зажигает индикатор 53, что говорит о полной потере работоспособности первого датчика.

Таким образом, включение индикаторов 50-52 показывает частичную неработоспособность соответствующего атчика (устраняемую после регулировки) , а включение индикаторов 53-55 свидетельствует о полном выходе из строя того или иного датчика (повреждение мембраны, обрыв тензорезисто- ра и т.п.) .

Изложенный принцип работы предлагаемого устройства основан на том, что при линейных выходных характеристиках таких датчиков вида у + а.. Х, отношение выходных сигналов

40

+

двух датчиков всем диапазоне изменения измеряемой вели25

gg .

30

35

45

чины X

X

будет изменяться

пределах:

,.J i, 2iL5ii2.Sji2fi.

li-n

i;

При достаточно малой величине начального смещения а

о

что

достигается масштабированием и сдвигом нуля в усилителях датчиков, это

отношение

будет практичес(

ки неизменным, так как все три датчи10

15

е --

20

40

.

SO

25

ка расположены в непосредственной близости один от другого.

Поскольку отношение выходных сигналов не зависит от измеряемой величины, его можно принять за критерий работоспособности двух датчиков. Наличие случайной погрешности датчиков и преобразователей может приводить к тому, что полученное в процессе диагностики отношение С будет превосходить заранее известное значение С , определяемое при тарировке датчиков. Чтобы уменьшить вероятность ложного решения о неисправности датчика, при сравнении назначается допуск , , который выбирается на основе анализа плотности распределения вероятности погрешности i и i+1 датчиков. Предлагаемое устройство не фиксирует неисправности трех датчиков одновременно, если их чувствительности изменялись на одинаковую величину в одну сторону, а также, если выходная характеристика одного из датчиков изменила знак крутизны и пересекает характеристику другого датчика. Однако такие ситуации полагаются маловероятными. Работа блоков последовательного сравнения основана на анализе временных изменений сигналов датчиков. Если датчик является полностью неработоспособным, его выходной сигнал будет оставаться неизменным при любом изменении измеряемой величины (исключая случай паразитной генерации) . Чтобы с высокой достоверностью утверждать, что диагностируемый подобным образом датчик является действительно неисправным, необходимо быть уверенным в том, что в период между двумя последовательно через время Т взятыми отсчетами сигнала измеряемая величина не является постоянной. При работе датчика в замкнутой системе регулирования заданное значение управляемой величины не может быть строго постоянным вследствие неизбежного присутствия помех на входе регулятора, а при работе датчика в разомкнутой измерительной цепи при постоянной измеряемой величине пропадает смысл проведения измерений. Время опроса Т датчиков выбирается gg большим, чем время корреляции измеряемой величины X,корреляционная функция которой или ее спектр полагаются . известными. Допуск на величину разности двух последовательных отсче30

35

45

тов определяется случайными погрешностями датчика и шумами в преобразователе.

При частичной неисправности двух датчиков одновременно устройство регистрирует выход из строя всех трех датчиков, так как две частоты выходных сигналов А1Щ будут входить во все три отношения выходных сигналов, Этот недостаток не является существенным, поскольку проведение дополнительной проверки и регулировки датчиков в данном случае неизбежно.

Формула изобретения

1, Устройство для диагностики работоспособности датчиков, содержащее первый и второй блоки памяти и блок регистращш, отличающеес тем, что, с целью повьпиения достоверности диагностики, в устройство введены три аналого-11;ифровых преобразователя с промежуточным преобразованием в частоту, блок параллельного сравнения, три блока последовательного сравнения, шесть схем сравнения, выходы которых соединены с входами блока регистрации, первые входы первых трех схем сравнения связаны с выходом первого блока памяти, первые входы вторых трех схем сравнения подключены к выходу второг блока памяти, а вторые входы - к выходам блоков последовательного сравнения, вторые входы первых трех схем сравнения подсоединены к выходам блока параллельного сравнения, входы

6

выходами аналого-цифровых преобразователей с промежуточным преобразованием в частоту, кодовые выходы которых подключены к входам блоков последовательного сравнения, а информационные входы являются информационными входами устройства.

2, Устройство поп, 1, отличающееся тем,- что блок параллельного сравнения содержит три узла деления, три узла памяти и три узла выделения модуля разности, выходы которых являются выходами блоков, первые входы соединены с выходами узлов памяти, а вторые входы - с выходами узлов деления, входы делимых и делителей которых объединены попарно и образуют входы блока.

0

3, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что калщый блок последовательного сравнения содержит генератор импульсов, счетный триггер,

5 две группы элементов И, два элемента задержки, два регистра и узел выделения модуля разности, выход .которого является выходом блока, а входы соединены с выходами регистров, ин0 Формационные входы которых связаны с выходами соответствуюЕ1 1х групп элементов И, а входы сброса - с выходами элементов задержки, входы которых и управляющие входы групп элементов И подключены к прямому и инверсному выходам счетного триггера, счетньй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, группы входов .групп элементов И объединены и образу

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для технической диагностики работоспосбиости датчиков. Цель изобретения - повьтгение достоверности диагностики. Устройство содержит аналого-цифровые преобразователи 1-3 с промежуточным преобразованием в частоту, блок 4 параллельного сравнения, блоки 5-7 последовательного сравнения, блоки 8, 9 памяти, схемы 10-15 сравнения и блок 16 регистрации. Устройство позволяет выявить и идентифицировать как полную потерю работоспособности датчиков, так и изменение их метрологических характеристик. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. (О сл

I кЮ

К11

к 12

)

Фае. 5

Фи8.

От to

От а

OmY2

Omi

Фие. «f

//

50

W4

S2

f Si

c«

й

A