ЦИФРОВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 1968 года по МПК G06F7/24 

Известны цифровые измерительные устройства, позволяющие автоматически измерять изучаемые процессы и выводить полученную информацию в цифровой табличной форме только для временных функций (время - параметр).

Указанные устройства не позволяют измерять невременные функции, т.е. в зависимости «параметр - параметр» (где параметр - не время). Для изучения таких функций (приходится измерять два процесса (т.е. параметр - время) с помощью двух указанных устройств.

Предлагаемое устройство содержит, как и известные, один преобразователь напряжение - код, подключающийся поочередно к датчикам обоих параметров и соответствующим обоим параметрам регистрам с помощью коммутаторов аналоговых и кодовых величин, работающих синхронно, схему управления коммутаторами, работающую от двух цифровых нуль-органов (схем сравнения кодовых величин) два комбинационных сумматора, блок цифрового кванта, и отличается тем, что в нем преобразователь напряжение - код соединен с датчиками параметров через коммутаторы аналоговых величин, подключенные к схеме управления коммутаторами, выходной триггер которой связан но входам с цифровыми нуль-органами, соединенными с коммутатором цифровых величин и с суммирующим и вычитающим комбинационными сумматорами. Одна пара входов сумматоров подключена к регистру с блоком установки величины цифрового кванта, а другая пара входов соединена с регистром памяти одного из параметров; второй выход схемы управления коммутаторами соединен через коммутатор цифровых величин с регистрами памяти параметров, выходы которых подключены к кодовым ключам блока уменьшения избыточности измерительной информации, причем схема управления указанного блока соединена с выходом схемы управления коммутаторами.

Дискретизация исследуемой повременной функции осуществляется автоматически с использованием способа равномерного квантования по уровню величины одного из параметров путем сравнения на цифровом нуль-органе текущего значения параметра, уже представленного в цифровой схеме, с алгебраической суммой предыдущего измеренного значения и величиной цифрового кванта.

Величина кванта выбирается в зависимости от степени приближения строящейся и искомой зависимости.

Для сокращения объема памяти и числа вычислительных операций в цифровой форме необходимо максимально уменьшить избыточность измерительной информации об исходных параметрах. С этой целью предлагается применить квантование с переменно-постоянным квантом, т.е. изменение величины кванта при переходе с одного участка измерения на другой участок (внутри участка величина кванта постоянна). Эти участки выбираются до эксперимента, если известен вид исследуемой функции. Для осуществления автоматического переключения величины кванта при переходе текущего значения параметра с одного участка на другой введены цифровой нуль-орган, коммутатор и регистры хранения кодовых установок.

С этой целью в предложенное устройство введены блок программирования величины цифрового кванта в зависимости от величины параметра, содержащий нуль-орган, подключенный по одному из входов к регистру памяти параметра, и регистр хранения программных уставок квантов, соединенный через коммутаторы, связанные с дешифратором, с другим входом нуль-органа, выход которого соединен с переключателем величины кванта в блоке установки величины цифрового кванта.

Для дополнительного сокращения избыточности измерительной информации на линейных участках изменения исследуемой невременной функции используется известное устройство сокращения избыточной измерительной информации, в блоки определения конечных разностей которого подается уже не время, а любой измеряемый параметр, не квантуемый равномерно на участках.

На фиг. 1 изображено автоматическое цифровое двухкоординатное измерительное устройство, функциональная схема; на фиг. 2 - то же, блок-схема.

Устройство содержит датчик 1 параметра Y, датчик 2 параметра X, коммутатор 3 величины в аналоговой форме, преобразователь 4 напряжение - код, коммутатор 5 величин в цифровой форме, регистр 6 параметра Y, регистр 7 параметра X, кодовые ключи 8-21, запоминающее или регистрирующее устройство 22 для параметров X и Y, схему 23 управления коммутаторами, схемы «ИЛИ» 24 и 25, цифровые нуль-органы 25-28 (схемы сравнения кодовых величин), комбинационные сумматоры 29, 30, регистр 31 с блоком установки величины цифрового кванта, блок 32 программного управления выбором величины цифрового кванта в зависимости от величины параметра X, блок 33 программного управления выбором величины цифрового кванта в зависимости от величины параметра Y, блок 34 вычисления первой конечной разности по параметру X, блок 35 вычисления второй конечной разности по параметру Y, блок 36 анализа величины второй конечной разности по параметру X (логическая схема), схему управления 37 блоками вычисления первой и второй конечных разностей по параметру Y (распределитель импульсов), аналоговые ключи 38, 39, триггер 40 со счетным входом, схему задержки 41-42, счетчик импульсов 43, дешифратор 44, регистр 45-47 хранения кодовых уставок, регистр 48 хранения предыдущего значения X, накапливающий сумматор 49, 50, схему «И» 51, регистр 52 хранения предыдущего значения первой конечной разности по X, т.е. ΔX_i-1

Устройство работает следующим образом.

Напряжение с датчика 1 поступает на аналоговый ключ 38 коммутатора 3, находящийся в открытом состоянии, проходит через него и поступает на преобразователь 4 напряжение - код. Преобразователь 4 работает в циклическом режиме, причем частота преобразования определяется с точки зрения полного описания процесса по формуле Y(t). Цифровой код с преобразователя 4 поступает на коммутатор 5, а именно на кодовый ключ 10, через который подается на два цифровых нуль-органа 26 и 27. На последние поступает цифровой код с комбинационных сумматоров 29 и 30 соответственно. На сумматоре 29 суммируется кодовое число последнего сделанного измерения по Y, подаваемого с регистра 6 параметра Y, с кодовым числом величины кванта, подаваемого с регистра 31 блока цифрового кванта. На сумматоре 30 вычитается из кодового числа последнего сделанного измерения по Y, подаваемого с регистра 6, кодовое число величины кванта, подаваемое с блока цифрового кванта, для чего последнее кодовое число подается в обратном коде.

В момент, когда текущее значение параметра Y, преобразованное в цифровую форму, достигнет своего последнего значения, алгебраически сложенного с величиной кванта, т.е. изменится на величину кванта, один из цифровых нуль-органов 26 или 27 срабатывает и подает сигнал на схему 23 управления работой коммутаторов. Сигнал поступает на схему «ИЛИ» 24, и далее на распределитель импульсов 37, на регистры 6 и 7 в качестве импульса сброса, на кодовый ключ 10 как отпирающий сигнал и на схему «ИЛИ» 25 через схему задержки 42. Таким образом, регистры 6 и 7 сбрасываются на нуль, т.е. очищаются; кодовое число, соответствующее текущему значению параметра Y, поступает в регистр 6. Сигнал, поступивший на схему «ИЛИ» 25, пройдя ее, переворачивает триггер 40, размыкая тем самым аналоговый ключ 38 и кодовый ключ 10 и замыкая аналоговый ключ 39 и кодовый ключ 12.

Таким образом, напряжение с датчика 2 параметра X поступает на преобразователь 4 напряжение - код, работающий в циклическом режиме, и преобразованное в цифровую форму, поступает далее на регистр 7. Сигнал со схемы задержки 42 поступает также и на схему задержки 41, откуда, пройдя схему «ИЛИ» 25, подается на триггер 40. Следовательно, через время, определяемое схемой задержки 41 и равное времени переключения ключей 38 и 39 и преобразования преобразователя 4, триггер 40 возвратится в исходное состояние, и аналоговый ключ 39 и кодовый ключ 13 размыкаются и замыкаются соответственно с элементами 38 и 10.

Сигнал со схемы «ИЛИ» 24 поступает на схему 37 управления блоками 34 и 35 вычисления первой и второй конечной разности по параметрам X и Y. Текущее значение параметра X заводится в блок 34 определения первой конечной разности по X с регистра 7. Код с блока 34 поступает на блок 35, откуда подается на блок 36. С блока 36 анализа (величины второй конечной разности по параметру X подается команда, которая образуется, если Xi-X_i-1≠X_i+1-Xi, на кодовые ключи 8 и 9. Последние, замыкаясь, пропускают измерительную информацию на запоминающее или регистрирующее устройство 22.

Текущие значения параметров Yi и Xi поступают также и на блоки программного управления выборов величины цифрового кванта в зависимости от величины параметра Y и X, соответственно на блоки 32 и 33.

Рассмотрим подробнее работу одного из них, например блока 33. Счетчик импульсов 43 находится в нулевом положении, а дешифратор 44 держит открытым кодовый ключ 13, следовательно, кодовая уставка с регистра 45 поступает на цифровой нуль-орган 28. На последний постоянно подается текущее значение параметра Yi с регистра 6. В момент сравнения текущего значения Yi с кодовой уставкой элемент 28 выдает сигнал. Этот сигнал поступает на счетчик импульсов 43. При наличии на счетчике 43 единицы дешифратор 44 держит открытым кодовый ключ 14, т.е. происходит переключение коммутатора уставок на следующую шину и, следовательно, кодовая уставка с регистра 46 подается на цифровой нуль-орган 28. При переходе коммутатора уставок на следующую шину меняется код в регистре 31 при помощи блока установки величины цифрового кванта.

Аналогичным образом происходит подключение всех последующих кодовых уставок и смена величины кванта.

1. Цифровое измерительное устройство для определения невременных функций, содержащее датчики параметров, преобразователь напряжение - код, коммутаторы аналоговых и цифровых величин, схему управления коммутаторами, регистры памяти параметров, комбинационные сумматоры, цифровые нуль-органы, регистрирующие устройства, регистр с блоком установки величины цифрового кванта и блок уменьшения избыточности измерительной информации, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, в нем преобразователь напряжение - код соединен с датчиками параметров через коммутаторы аналоговых величин, подключенные к схеме управления коммутаторами, выходной триггер которой связан по входам с цифровыми нуль-органами, соединенными с коммутатором цифровых величин и с суммирующим и вычитающим комбинационными сумматорами, одна пара входов которых подключена к регистру с блоком установки величины цифрового кванта, а другая пара входов соединена с регистром памяти одного из параметров; второй выход схемы управления коммутаторами соединен через коммутатор цифровых величин с регистрами памяти параметров, выходы которых подключены к кодовым ключам блока уменьшения избыточности измерительной информации, причем схема управления указанного блока соединена с выходом схемы управления коммутаторами.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью дальнейшего сокращения избыточности измерительной информации для функций известного вида, в него введен блок программирования величины цифрового кванта в зависимости от величины параметра, содержащий нуль-орган, подключенный по одному из входов к регистру памяти параметра, и регистр хранения программных уставок квантов, соединенный через коммутаторы, связанные c дешифратором, с другим входом нуль-органа, выход которого соединен с переключателем величины кванта в блоке установки величины цифрового кванта.