Устройство для контроля параметров Советский патент 1993 года по МПК G08C19/32 G06F15/46 G06F3/00 

ел

с

Использование: в системах контроля водных параметров. Сущность изобретения: устройство содержит: 1 группу датчиков параметров (1), 1 группу компараторов (2), 3 элемента ИЛИ (3.19. 21), 2 элемента И (4, 14). 2 счетчика (5, 15). 2 дешифратора (6, 16), 1 элемент НЕ (7), 2 элемента задержки (8,23), 1 цифрозналоговый преобразователь (9), 1 задатчик предельного значения (10), 1 сумматор (11), 1 генератор импульсов (12). 1 делитель частоты (13), 2 группы элементов И

ю ел ел о

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля пространственно-временной изменчивости параметров водной среды.

Известно устройство для измерения параметров водной среды, группу содержащее датчики, аналого-цифровой преобразователь, группу компараторов, элемент ИЛИ, элемент НЕ, элементы задержки, счетчики, группы элементов И, сумматор, элементы И,

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и области применения за счет контроля пространственно-временного измерения параметров водной среды.

На фиг 1 и 2 представлены структурная схема устройства и основные временные диаграммы, поясняющие работу его элементов, cooi ветственно.

8 состав устройства входят (фиг. 1) датчик параметров 1, формирующие напряжения, пропорциональные .текущим значениям параметров контролируемой воднойереды или их отклонений от обусловленных номинальных значений, а компараторы 2, формирующие на выходе разрешающие напряжения, если напряжения на выходах соответствующих датчиков 1 превышают напряжения на первых входах этих компараторов, первый элемент ИЛИ 3, . выдающий на выход разрешающий потенциал при наличии разрешающего потенциала на выходах любого из компараторов 2, первый элемент И 4, пропускающий импульсы на счетный вход первого счетчика 5 при разрешающем потенциале на выходе первого элемента ИЛИ 3, первый счетчик 5, определяющий величину превышения напряжения на выходах датчиков обусловленное значение, первый дешифратор 6, определяющих частоту выдачи сигналов на выход устройства, элемент НЕ 7, инвертируя напрржение.на выходе первого элемента ИЛИ 3, формирующий управляющий импульс для обнуления первого счетчика 5, первый элемент задержки 8, задерживающий обнуление первого счетчика 5 на время окончания выдачи информации в очередном цикле, цифроаналоговый преобразователь 9, формирующий напряжение, пропорциональное коду первого счетчика 5, задатчик 10 предельного значения датчиков 1, сумматор 11, формирующий напряжение, равное сумме напряжений на выходах задатчика 10 и цифроаналогового преобразователя 9, ге- .нератор импульсов 12, выдающий прямоугольные импульсы, делитель ча етоты 13, формирующий на выходе и группе выходов импульсные последовательности требуемых частот, второй элемент И 14, управляющий подачей импульсов на суммирующий вход второго счетчика 15, второй счетчик 15, путем суммирования поступающих на счетный вход импульсов управляющий циклической выдачей информации о величине напряжений на выходах датчиков 1, второй дешифратор 16, циклически смещаемым напряжением на собственных выходах управляющей очередностью выдачи сигналов о величинах напряжений на выходах датчиков

5 формирующий импульсные сигналы, коды которых определяют адрес датчика 1, с которого выдается информация, второй элемент ИЛИ 19, объединяющий цепи подачи импульсов на обнуляющий вход второго

0 счетчика 15, вторая группа элементов И 20, управляющих частотой импульсов, выдаваемых на входы третьего элемента ИЛИ 21, третий элемент ИЛИ 21, выдающий строби- рующие импульсы соответствующих частот,

5 на основе которых шифратором 18 формируется требуемый кодированный сигнал, передатчик 22, приводящий входные сигналы к форме, необходимой для их последующей передачи по каналу связи, второй элемент

0 задержки 23, задерживающий обнуление второго счетчика в цикле однократной передачи информации с датчиков 1.

Кроме того, на фиг. 1 показаны элементы, которые должны вводиться в состав уст5 ройства в случае его эксплуатации в погруженном под воду состоянии. В их состав входят: погружаемый контейнер 24, за- щищающий элементы устройства от воздействия воды, герметизированные од0 неконтактные разъемы 25 и 26, которые соединены с кабель-тросами 27 и 28.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение, выдаваемое сумматором

5 11 подается на первые входы компараторов

0 ю, равное предельно допустимому напряжению на выходах датчиков 1, при котором информация на выход устройства не выдается, поскольку значения всех контролируемых параметров контролируемой водной

5 среды находится в допустимой области. Первоначально напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 9 равно нулю, а следовательно, напряжение на выходе сумматора 11 равно напряжению на выходе задатчика 10. Поэтому в том режиме, когда

значения всех контролируемых параметров водной среды не превосходят обусловленных значений, напряжения на вторых входах всех компараторов оказываются меньше напряжения на их первых входах. Этому режиму соответствуют запрещающие потенциалы на выходах всех компараторов 2. Этими потенциалами непосредственно закрываются по первым входам элементы И 17 первой группы, а на выходе первого элемента ИЛИ 3, объединяющего выходные цепи компараторов 2, также присутствует запрещающий потенциал. Этим потенциалом запираются по первым входам первый элемент И 4 и второй элемент И 14. На выход устройства выдается запрещающий потенциал, свидетельствующий, что значения параметров контролирумой водной среды находится в нормальных пределах. С выходов передатчика 22 информация не выдается.

Если же в какой-то момент времени один или несколько контролируемых параметров выйдет за допустимые предельг4 то напряжения на выходах соответствующих датчиков 1 превзойдут по величине напряжение на первых входах компараторов 2. На выходах этих компараторов появятся разрешающие потенциалы, которые передаются далее на соответствующие входы первого элемента ИЛИ 3 и на первые входы соответствующих элементов И 17 первой группы. На выходе первого элемента ИЛИ 3 также появляется разрешающий потенциал, являющийся командой на выдачу информации устройством и сигналом на выход устройства о; выходе параметров за допустимые пределы. Через передатчик 22 на группу выходов устройства выдается информация, во-первых, об адресах датчиков 1, контролируемые которыми параметрами вышли за допустимые пределы, и, во-вторых, о величине превышения соответствующими параметрами допустимых значений.

Выдача информации об адресах датчиков, выходные напряжения которых превысили обусловленный допуск, осуществляется следующим образом.

Разрешающий потенциал с выхода первого элемента ИЛИ 3 открывает по первому входу второй элемент И 14, на второй вход которого подаются импульсы с выхода делителя частоты 13, формируемые на основе импульсов генератора 12, непрерывно поступающие на вход делителя частоты 13. Эти импульсы проходят через открытый по первому входу второй элемент И 14 и поступают на счетный вход второго счетчика 1.5, потенциалы группы выходов которого управляют работой второго дешифратора 16.

В зависимости от кода второго счетчика 15, на одном из выходов второго дешифратора

16 появляется разрешающий потенциал, которым открывается по второму входу соот5 ветствующий элемент И 17 первой группы. При нарастании в процессе суммирования поступающих на счетный вход импульсов кода второго счетчика 15 от нуля до кода адреса датчика 1 с наибольшим адресом

0 разрешающий потенциал появляется последовательно на всех выходах второго дешифратора 16. а следовательно, по очередно открываются по второму входу все элементы И 17 первой группы. На третьи

5 входы этих элементов И подаются импульсы с выхода третьего элемента ИЛИ 21, причем частота следования их такова, что за время подачи разрешающего потенциала на вторые входы элементов И 17 первой группы на

0 третий вход этих элементов поступит не менее одного импульса. Для тех элементов И

17 первой группы, на первые входы которых поданы разрешающие потенциалы с выходов соответствующих компараторов 2, со5 зданы условия, чтобы импульсы третьего входа проходили на .соответствующие входи шифратора 18. Этим шифратором на основе каждого поступающего импульса формируется кодированный сигнал, кото0 рый передается на группу входов передатчика 22. Передатчик подготавливает их к передаче по каналу связи на требуемые расстояния. Импульсный потенциал с последнего выхода второго дешифратора 16

5 подается кроме того на вход второго элемента задержки 23, которым задерживается на время до окончания передачи сигналов по всем датчикам 1, после чего он следует, далее на второй вход перпго элемента И 4

0 и первый вход второго элемента ИЛИ 19, с выхода которого передается на обнуляющий вход второго счетчика 16, сбрасывая в нуль его содержимое.

Информация о величине превышения

5 напряжений на выходах датчиков 1 обусловленного предельного значения осуществляется путем изменения частоты сигналов того или иного датчика. С этой целью импульс с выхода первого элемента И 4 пода0 ется на суммирующий вход первого счетчика 5. При появлении разрешающего напряжения на выходе первого элемента ИЛИ 3 оно, поступая на вход элемента задержки 7, инвертируется в запрещающий

5 потенциал, который после задержки на время подготовки элементов устройства к работе первым элементом задержки 8, включает в работу первый счетчик 5. Поэтому каждый очередной импульс с выхода первого элемента И 4 увеличивает код этого счетчика на

единицу. Одновременно при этом на единичный перепад Ли возрастают напряжения на выходах цифроаналогового преобразователя 9 и сумматора 11. Если после зтого напряжения на выходах всех датчиков 1 станут меньше напряжения на выходе сумматора 11, то разрешающие потенциалы будут сняты с выходов всех компараторов 2, а следовательно, и с выхода первого элемента ИЛИ 3. Окажутся запертыми первый элемент И 4 и второй элемент И 14. Элемент НЕ 7 инвертирует подаваемое на вход запрещающее напряжение в разрешающее, которое поступая на обнуляющий вход первого счетчика 5, сбрасывает в нуль его содержимое.

Если же после очередного приращения напряжения на выходах цифроаналогового преобразователя 9 и сумматора 11 напряжения на выходах некоторых датчиков 1 окажутся больше напряжения на выходе сумматора 11, то разрешающие потенциалы на выходах связанных с этими датчиками 1 компараторов 2 сохранятся. Сохранится и разрешающий потенциал на выходе первого элемента ИЛИ 3. Передача информации с датчиков продолжается. Однако при увеличении на единицу кода первого счетчика 5 его выходные потенциалы, управляющие первым дешифратором 6, смещают разрешающий потенциал с одного из выходов этого дешифратора на соседний. В свою очередь это приводит к закрытию по первому входу одного из элементов И 20 второй группы и открытию по первому входу следующего во второй группе элемента И 20. Поскольку вторые вхо ды этих элементов соединены с соответствующими выходами делителя частоты 13. то переход открытого состояния элементов И 20 с одного на другой приводит к повышению частоты импульсов, подаваемых на соответствующие входы третьего элемента ИЛИ 21, а с его выхода на третьи входы элементов И 17 первой группы и через соответствующий открытый элемент И 17 первой группы на соответствующий вход шифратора 18. Таким образом, чем больше превышение напряжения на выходе датчика 1 обусловленного допустимого значения, тем при большем коде первого счетчика 5 будет сохраняться разрешающий потенциал на выходе соответствующего компаратора 2, тем с большим номером во второй группе будет открыт элемент И 20 второй группы, а следовательно, на входы шифратора 18 будут поступать последовательности импульсов более высокой частоты.

Рассмотренный режим работы продолжается до тех пор. пока в процессе суммирования импульсов первым счетчиком 5 и нарастании напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 9 суммарное напряжение задатчика 10 и цифроаналогового преобразователя 9, формируемое на выходе сумматора 11 не превзойдет по величине максимальное напряжение на выходах датчиков 1. В возникающем при этом режиме на выходах всех компараторов 2

0 восстанавливаются запрещающие потенциалы, появляется запрещающий потенциал и на выходе первого элемента ИЛ И 3. Запираются первый элемент И 4, второй элемент И 14 и элементы И 17 первой группы. Запре5 щающий потенциал первого элемента ИЛИ 3 инвертируется в разрешающий элементом НЕ 7 и, через промежуток времени, завися щий от периодичности выдачи информации устройством, появляется на выходе первого

0 элемента задержки 8. Далее он передается на обнуляющий вход первого счетчика 5, сбрасывая в нуль хранящийся в счетчике код. Падает до нуля напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 9, а

5 следовательно, напряжение на выходе сумматора 11 становится равным напряжению на выходе задатчика 10. Поэтому, если напряжения на выходах датчиков 1 остались прежними, т.е. на выходах каких-либо дат0 чиков 1 напряжения вновь будут превосходить напряжение на выходе сумматора 11, то на выходах, связанных с этими датчиками 1 компараторов 2, вновь появится разрешающий потенциал. Вновь открываются по

5 первым входам соответствующие элементы И 17 первой группы, появится разрешающий потенциал на выходе первого элемента ИЛИ 3. Начнется новый цикл передачи информации о номерах датчиков 1, контроли0 руемые которыми параметры вышли за допустимые значения, а также о величине выхода параметров.

Процессом, происходящим в устройстве в процессе контроля, поясняются вре5 меннымй диаграммами (фиг. 2).

На временной диаграмме фиг. 2а изображены графики изменения во времени напряжения на выходах взятых для примера трех датчиков Ui,U2, Da, а также постоянное

0 по величине напряжение на выходе задатчика 10 Кзад и равное ему в этом режиме напряжение на выходе сумматора 11 Uj;.

На временной диаграмме фиг. 26 импульсы отсутствуют, поскольку как это сле5 дует из диаграммы фиг. 2а. напряжения на выходах датчиков 1 меньше напряжения на выходе сумматора 11, и следовательно ие редачи информации не происходит. Отсут ствуют импульсы на выходах второго дешифратора 16 и на входах шифратора 18.

На временной диаграмме фиг. 2в вновь представлены графики изменения во времени напряжений на выходах взятых для примера датчиков 1, однако в рассматриваемом режиме меньшим допустимого значения остается лишь напряжение второго датчика 1, напряжения на выхода первого и третьего датчиков становятся большими по величине допустимого значения, причем LH 1)3зд + + 0,3 Д U, а Уз Кзад + 2,6 Л U, где A U - перепад напряжения на выходе цифроана- логового преобразователя 9 при увеличении на единицу кода первого счетчика 5. Как следует из диаграммы, напряжения первого и третьего датчика 1 оказываются больше по величине напряжения на выходе задатчика 10 в течение времени ti-t2. Происходит выдача сигналов с выхода за допустимые пределы первого и третьего параметров, контролируемых устройством.

Непосредственно цикл выдачи информации иллюстрируется временной диаграммой фиг. 2г. В течение одного такта выдачи информации внутри цикла выдачи второй дешифратор 16 поочередно выдает импульсы Up на вторые входы элементов И 17 первой группы. Однако на входы шифратора 18 с этих элементов импульсы сигналов поступают, во-первых, лишь в том случае, когда на первые входы соответствующих элементов И 17 первой группы поданы разрешающие потенциалы, и, во-вторых, в те моменты времени, когда на их третьи входы подаются импульсы с выхода третьего элемента ИЛИ 21. В первом такте передачи информации с соответствующих компараторов 2 на первые входы элементов И 17 первой группы разрешающие потенциалы поступают лишь у первого и третьего элемента И 17 первой группы. Поэтому импульсы сигналов на выходах этих элементов появляются соответственно в моменты времени tn и ti3. Именно в эти моменты присутствуют импульсы, подаваемые с соответствующих выходов второго дешифратора 16 и выхода третьего элемента ИЛИ 21 на втором и третьем входах соответствующих элементов И 17. Как отмечалось, именно на основе этих импульсов шифратором 18 и передатчиком 22 формируются сигналы, содержащие код адреса вышедшего за допустимые пределы параметра. По окончании очередного такта передачи формируемым импульсом с выхода первого элемента И 4 увеличивается на единицу код первого счетчика 5. На выходе цифроаналогового преобразователя 9 и на выходе сумматора 11 напряжения возрастут на единичный перепад Ли. После этого напряжения на выходах не только второго, но и первого датчиков 1 станет меньше напряжения на пыходе сумматора 11.

Однако, поскольку напряжение на выхо- 5 де третьего датчика 1 останется большим по величине напряжения на выходе сумматора 11, начнется новый такт передачи информации устройством в рассматриваемом цикле. В результате суммирования вторым счетчи- 10 ком 15 поступающих импульсов генератора 12, второй дешифратор 16 вновь будет выдавать разрешающие импульсы на вторые входы элементов И 17 первой группы. Разрешающий потенциал в рассматриваемом 15 режиме подается лишь на первый вход третьего в группе элемента И 17. Поэтому в моменты прихода импульсов с выхода третьего элемента ИЛИ 21 на третьи входы элементов И 17, они поступают только на 0 третий вход шифратора 18 через третий элемент И 17 первой группы. Поскольку код первого счетчика 5 в начале такта передачи в цикле передачи увеличился на единицу, разрешающий потенциал с первого выхода 5 первого дешифратора 6 переключается на второй выход, а следовательно, закрывается первый и открывается второй элемент И 20 второй группы. На второй вход третьего элемента ИЛИ 21 поступают импульсы бо- 0 лее высокой частоты, которые и передаются на третий вход третьего элемента И 17 первой группы. Следовательно, на третий вход шифратора 18 также будут поступать импульсы с более высокой частотой, чем в пер- 5 вом такте передачи. На диаграмме фиг, 2г эти импульсы поступают на вход шифратора 18 в моменты времени Т231 и Т232.

Спустя небольшой промежуток времени после появления импульса на последнем 0 выходе второго дешифратора 16, содержимое первого счетчика 5 возрастает еще на единицу. Еще на единичный перепад возрастают и напряжения на выходах цифроаналогового преобразователя 9 и сумматора 11. 5 Тем не менее напряжение на выходе третьего датчика 1 остается больше напряжения на выходе сумматора 11. Начинается третий такт передачи в перв ом цикле. Его отличие от второго такта заключается в том, что в 0 результате суммирования очередного импульса, поступившего с выхода первого элемента И 4 на суммирующий вход первого счетчика 5, код этого счетчика увеличивается еще на единицу. Разрешающий потенци- 5 ал смещается на третий выход первого дешифратора 6. Поэтому открытым оказывается третий элемент И 20 второй группы, через который с третьего выхода группы выходов делителя частоты 13 на соответствующий вход третьего элемента ИЛИ 21

подаются импульсы более высокой частоты, Проходя через открытый в соответствующий момент времени вторым дешифратором 16третий элемент И 17 первой группы, этот импульс передается на третий вход шифратора 12. Как и ранее, этот шифратор совместно с передатчиком: 22 выдает на группу выходов устройства кодированные сигналы об адресе вышедшего за допустимые пределы параметра и о величине его отклонения от предельно допустимого значения. На временной диаграмме показано, что импульсы на вход шифратора в третьем такте цикла передачи подаются в моменты

t33i. t332,1ззз. ;; V

По окончаний очередного такта передачи импульс на суммирующем входе первого счетчика 5 вновь увеличит код этого счётчика на единицу. Как следует из диаграммы фиг. 2в, после очередного увеличения на- пряжения на выходах цифроаналогового преобразователя 9 и сумматора 11, выходное напряжение сумматора 11 превзойдет ;по величине напряжения на выходах всех датчиков 1 .Следовательно, на выходах всех компараторов 2 и первого элемента ИЛИ 3 присутствует запрещающий потенциал. Генератор 12 отключается от других элементов устройства. Цикл передачи информации закончен.

Запрещающий потенциал первого элемента ИЛИ;3 элементом НЕ 7 инвертируется в разрешающий, который после .задержки первым элементом задержки 8 на время окончания переходных процессов в конце цикла передачи подается на обнуляющий вход первого счетчика 5 и обнуляет его. Падает до нуля напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 9; а напряжение на выходе сумматора 11 стано-

Ф о р м у л а изобретения Устройство для контроля параметров, содержащее группу датчиков параметров, группу компараторов, первый элемент ИЛИ, элемент НЕ. первый и второй элементы задержки, первый и второй счетчики, цифроа- налоговый преобразователь, первую и вторую группы элементов И, два элемента И и сумматор, выходом подключенный к первым входам компараторов группы, второй вход каждого из которых соединен.с выходом одноименного датчика параметра груп- , выход первого элемента ИЛИ подключен к входу элемента НЕ и к первому входу первого элемента И. выходом соедивится равным напряжению задатчика 10. Если бы напряжения на выходах датчиков 1 оставались постоянными по величине, т.е. если бы напряжения на выходах перврго и третьего датчиков 1 оставались большими по величине напряжения на выходе задатчика 10, то полностью повторился бы цикл однократной выдачи информации о повышенном напряжении на выходе первого датчика 1 и трижды - о повышенном напряжении на выходе третьего датчика 1. Процесс выдачи информации устройством продолжался бы до тех пор, пока напряжения на выходах всех датчиков 1 не стали меньше напряжения задатчика 10. На диаграмме фиг. 2в это происходит после первого цикла в момент времени t2.

Как видим, предлагаемым техническим решением полностью достигается поставленная цель изобретения. Очевидно упрощение предлагаемого устройства по сравнению с прототипом. В нем нет памяти, в которой хранится программа работы устройства, нет элементов, реализующих программу, нет централизованного анало- годискретного преобразователя и целого ряда других, достаточно сложных элементов. За счет этого существенно повышена надежность работы устройства. Контроль значений параметров в основном распределен по цепям отдельных параметров, а обь- единяйэщие цепи достаточно просты и надежны. Применено не программное, а аппаратное управление элементами. Существенно сокращены потоки информации, передаваемые по цепям устройства, при отсутствии отклонений контролируемых параметров за допустимые значения информация устройством не выдается.

ненного с суммирующим входом первого счетчика, группа разрядных выходов которого подключена к группе входов цифроаналогового преобразователя, связанного выходом с первым входом сумматора, выход второго элемента И соединен с суммирующим входом второго счетчика, а выход каждого компаратора группы подключен к первому входу одноименного элемента И первой группы, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и области применения устройства за счет контроля пространственно- временного изменения параметров водной среды, устройство содержит второй и третий элементы ИЛИ, первый и второй дешифраторы, генератор импульсов, делитель частоты, передатчик, шифратор адреса и задатчик предельного значения, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход первого элемента ИЛИ является контрольным выходом устройства и соединен с первым,входом второго элемента И, подключенного вторым входом к выходу делителя частоты, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выходы группы связаны с первыми входами соответствующих элементов И второй группы, каждый из которых подключен к вторым входам и к соответствующему выходу группы первого дешифратора, выходу группы первого дешифратора, выходы элементов И второй группы соединены с входами второго элемента ИЛИ, подключенного выходом к вторым входам элементов И первой групV

jf

и.,

ЗУ Uj

пы, третий вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом группы второго дешифратора, а выход подключен к соответствующему входу группы шифратора адреса, подключенного выходом через передатчик к контрольно-информационному выходу устройства, выход элемента НЕ через первый элемент задержки связан с входом сброса первого счетчика и с первым входом третьего элемента ИЛИ, связанного выходом с входом сброса второго счетчика, а вторым входом - с вторым входом первого элемента И и через второй элемент задержки с выходом старшего разряда группы выходов второго дешифратора, причем группы разрядных выходов первого и второго счетчиков подключены к группам входов первого и второго дешифраторов соответственно, а выходы компараторов группы соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ.

АЛ