Устройство для контроля параметровРАдиОТЕХНичЕСКиХ Об'ЕКТОВ Советский патент 1981 года по МПК G06F11/22 

Целью изобретения является повышение точности п надежности измерения нараметров нескольких одно,зременн-о функционирующих Радиотехнических объектов (систем) в условиях непрерывно меняющихся систематическим и случайным образо.м де€табидиз.ирующих воздействий. Поставленная цель достигается тем, что :в устройство для контроля параметров радиотехнических объектов, содержащее последовательно соединенные блок датчиков, блок :сопряжения, коммутатор, блок аналого-цифровых .преобразователей, первый вычислитель и блок увравлеШШ, выход которого подключен ко второму входу первого вычислителя, второй .вход - к первому .входу }стройства, а пзрвый вход блока .даь -; ia)BTpj20M -.Bj(;QA3u..y€;r.pojlcjBa,.; ввеТдены генератор ...олорных--си.г.налОБ, торой .вычислитель, блок сканирования, j6jipK срав нения, блок эталонов, « последовательно соед11ненные. блок памяти, регистр,цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) .орMjipoijaTejib дестабилизирующего воздействия,, выход .которого подключен к первому .входу второго вычислителя, второму входу блока аналого-цифровых преобразо1вателей (АЦП), ко второму .входу .коммутатора и ко второму входу блока .сопряжения, соеди.ненного третьим входом со вторым .входом второго вычислителя, .с третьим входом блока АЦП, с выходом устройства, с первым входом сравнения, со входом блока памяти, со вторым входом регистра, со вторым входом ЦАЛ, со вторым входом формирователя дестабилиэирующего возд.ейст,вия и через блок сканирования с третьим входом коммутатора, выход которого подключен к третьему входу второго вычислителя, соединенного выходом .с четвертым входом блока АЦП, дятый .вход -которого подсоединен к третьему входу пер.вого выч.исл1ителя, к первому входу ген.ератора опорных сигналов, к выходу блока сопряжения, к четвертому входу блока сопряже ия и через бл.ок эталонов к пятому входу .блока сопряжения. Четвертый вход пер-вого вычислителя соединен .с выходом блока сравнения, а,пятый ..вход - со вторы-м входом блока сравнения .и с выходом блока .паМяти. Выход « вто.рой вход блока датчиКО.В подключены .ко втор-0;му входу и выходу генератора опорных .сигналов соответственно. На чертеже представлена структурная схема устройства. Оно содержит блок датчиков /, блок .сопряжения 2, коммутатор 3, блок АЦП 4, блок улравления 5, .пер.вый вычислитель 6, ген-ератор опор-ных сигналов 7, блок эталонов 8, второй вычислите ть 9, блок сканирования 10, блок сра;В:нен.ия //, блок памяти 12, блок «скусственной дестабилиза-ции 13, в состав которого входят регистр 14, ЦАП 15 И формирователь дестабилизирующего воздействия 16. Устройство работает следующ.им образо.м. Измеряемые велич.ииы по второму входу 17 поступают в блок /. Датчики блока / преобразуют измеряе.мые величины в форму, удобную для дальн.ейщей дистанционной передачи измеряемых величин. Папр.нмер, неэлектрические 1величины (угол .по.во.рота, линейное перемещение, температура, освещенность) преобразуются в электрические, электрические величины преобразуются в другие электрические величины (магнитный поток, ток - в напряжения). С выхода блока / сигналы поступают на вход блока 2, функционирующего под упра:влени.ем вычисл.ителя 6 и осуществляющего олерациИ ввода-вывода над входными сигналами (.расш -фение, адресацию, управление, сжатие, клапанирование, промежуточное запо.мииание и .преобразование уровней.). Ко-ммутатор 3 подключает сигнальные .щины блока 2 ко входу вычислителя 9. Порядок подключения сигнальных щ.ин апределяется блоком 10, функционирующ.и.м под управлением вычислителя 6. В простейше.м случае блок 10 может поочередно и последовательно .во .времени включать ключи коммутатора 3 и представлять собой .распределитель имлульсов. В зависимости or числа и характера (веса) измеряемых параметров и числа контролируемых объектов .возможны и более сложные алгоритмы управления коммутатором 3, реализуем-ые блоко.м 10. Вычисл.итель 9 осуществляет предварительную математическую обработку .входных сигналов .и представляет собой набор о..перацион.ных элементов (су.м.маторо.в-вычитателей, интеграторов, дифференциатоpOiB, перемножителей, функциональных преобразователей), соединяемых друг с другом через ключ-и, управляемые сигналами вычисл.ителя 6. Таким образом, для ка.ждого входного сигнала образуется .свой дифференциальный анализатор, структура которого .определяет последовательность и характер математических операций, выполняемых над .входным -сигналом. Указанная предварительная аналоговая обработка повыщает общее быстродействие устройства (т. е. в .конечном итоге увелйчивается число измеря.емых параметров), позволяет у.м-еньщить объем а.кт.и1вной памяти вычислителя 6 (данные в аналоговом .виде могут запоминаться на .интеграторах) и упрощает структуру вычислителя 6. Интеграторы, -входящие в состав вычислителя 9, усредняют импульсные :ПомеХ)И, чем повышается помехоустойчивость всего устройства. Блок 4 преобразует входные сигналы в цифровой .код и представляет собой набор

АЦП (напряжение-код, временной интервал-код, частота--код).

Синхронизация вычислителя 6 и через вычислитель 6 остальных блоков устройства, загрузка устройства входной информацией через первый вход 18 осуществляется блоком 5.

Параметры датчиков блока /, цепей передач.и данных блока 2, .ключей коммутатора 3 операционных элементов вычислителя 9, аналоговых элементов блока 4 могут изменяться систематическим и случайным образом .при неизменных .первичных воздействиях (.измеряемых парам.етров). Указанные изменения могут быть связаны с изменением пара.мет.роБ окружающей среды, особенно в полевых условиях (температуры, влажности, давления, радиацЕИ, теплового, светового и акустических излучений, вибраций), старением л саморазогревом элементов, ухудшением «6.нтактов, колебаниями питающих напряжений, паразитными электромагнитными полями, дрейфом напряжений смещения нуля И входных токов, коэффи-диентоз усиления, значений сопрот.нвлеНИИ .и емкостей. При неблагопр.иятном стечении обстоятельств .непредсказуемые изменения параметров могут полностью исказить измеряемые величины.

Искажения сигналов в каждом из блоков /, 2, 4, .коммутаторе 3 « вычислителе 9 могут носить мультипликатиБ-ный и аддитивный характер. В общем виде указанное .положение можно записать в виде формулы + А,

где и - искаженный сигнал;

Э - эталонное значение сигнала;

М - мульти.пликат.ивный коэффициент; А - аддитив.ная составляющая .сигнала.

С помощью блока 13 определяются значения М и А. Указанные значения М. ,и А используются для окончательных расчетов значений .измеряемых величин, что позволяет получить точные значения измеряемых величин даже при существенном искаж-ении измеряемых величин за счет влияния факторов дестабилизации и -параметров.

Все операдии по определению М и Л осуществляются вычислителем 6 « под уп.равлением вычислителя 6 в интервале вре.мени между двумя соседними измерениям.и или в начале каждого нового цикла ,измерений. Поскольку один .цикл измерений заиимает сравнительно небольшое время и за время адикла значения М .и А не успевают измениться заметным образом, можно считать, что значения УИ и Л корректируются непрерывно.

В блоке 12 хранятся в цифровом виде эталонные значения измеряемых величин, верхняя и иижняя гранита разрешенных изменений измеряемых величин « коды некусственных дестабилизирующих зоздействий. Хранение эталонов в цифровом виде при соответствующей разрядности эталона позволяет обеспечить долговременную стабильность и точность эталона.

Калибровка каждого блока тракта .измерения и всего тракта в целом для -каждой измеряемой величины носит индивидуальный характер.

Р1з блока 12, управляемого вычислителем 6, в регистр 14 сч.итыБается код дестабилизирующего воздействия, равный нулю. Преобразователь /5прео-бразует указанный код в нулевое на.пряжение, которое формирователем 16 преобразуется в дестабилизирующий ток, мощность .и на.пряжение. После преобразования блоком 4 нулевого дестабилизурющего воздействия в код последний представляет собой аддитивную ошибку блока 4, которая заиисывается по соответствующему адресу ОЗУ .вычислителя 6.

Затем нулевое дестабилизирующее воздействие поочередно подается на вход вычислителя 9, коммутатора 3, блока 2, выходы которого подключены .непосредственно к блоку 4. Блок 4 преобразует последовательно напряжения с выхода указанных блоков в коды, которые записываются по соответстБующ.им адресам ОЗУ вычислителя 6. Аддитивная ощибка каждого из блокоз 2, 3, 9 равна алгебраической сумме полученной аддитивной ощибки и аддитивной ошибки блока 4. Результирующая аддитив.ная ощибка .последовательно включенных блоков 2, 3, 9 и 4 равна алгебраической сум.ме аддитивных ощибок каждого из ,переч,исленных блоков. Все вычисления над ошибками про.изБОДятся в цифровом виде в вычислителе 6.

Зате.м на влод блока 4 -с блока 12 через блок 13 подается дестабилизирующее воздействие, не равное нулю. Полученный код, представляющий .собой в общем случае код и искаженного сигнала, засылается в ОЗУ вычислителя 6.

По известным значениям кодов И, Э vi А блока 4 в вычислителе 6 вычисляется значение мультипликативного коэффициента М по формуле

,. и-А

М -. . J

Поочередно возбуждая каждый из блоков 2,3 и 9 ненулевым дестабилизирующим воздействием и преобразуя результаты возбуждения в код в блоке 4 с учетом собственного мульт1 шли;чативного коэффициента блока 4, .вычисляются .з вычисл.ителе 6 мультипликативные коэффИЦиенты указанных блоков.

Результирующий мультипликативный .коэффициент последовательно включенных блоков 2. 5, 9 и 4 равен произведению мультиплнкагизного коэффициента каждого «з блоков 2,3,9н4.

Определение аддитивных ошибок и мультипликативных .коэффициентов датчиков блока /, как наименее надежных и стабильных элементов в тракте контроля измеряемых величин, осуществляется несколько более сложным способом.

Сначала дестабилизирующими воздействиями .возбуждается блок 8, который содержит эквиваленты датчиков блока /, формирующие сигналы, связанные ио набору параметров (ам.плитуда, форма, длительность) с пара.метрами соответствующих датчиков блоха 1 линейным.и за.висимостями. Эквиваленты датчиков блока 8, не связан.ные с реальными измеряемыми |Величинами, колструктивно представляют собой высокостабильные элементы. Например, экв.ивалент датчика - шунта в блоке / в блоке 8 может быть вьшолнен небольших размеров из манганина или константа.на; экзи.валент датчика - фотоириемника может быть выполнен в виде эталонной оптической пары (лампа накаливания - фотоумножитель), эквивалент датчика - измерителя тока МО/кет быть выполнен в виде эталонного генератора тока. Сказанное относится It к любым другим датчикам. Следует отметить, что блок 8 может быть также тер мостатироваи, тщательно экранирован. Блок 8 позволяет определить сквозные ош.иб.ки тракта от блока / до вычислителя.

О.шибки датчиков блока Л вызванные изменением внешних условий, определяются с помоодью генератора 7. Конструктивно о.пориые элементы генератора 7 встроены в датчики блока /. Например, датчик внешнего освеЩения может освещаться источником эталонного светового потока, датчиктрансформатор может возбуждаться эталонным магнитным потоком эталонного едии.ичного витка, намотанным на тот же сердечник трансформатора, датчик угла поворота может через редукторную передачу с эталонным приводом поворач.иваться на единичный угол.

Сигналы с датчиков блока /, иолучен.ные в результате возбуждения опорных элем.ентов датч.иков генератора 7 блоком 13, сравниваются с сигналами с эквивалентов датчиков с блока 8. Поскольку все .сигналы в предлагаемо.м устройстве преобразуются в коды ,и за.писыв-аются в ОЗУ вычислителя 6, то вычислитель 6 в течение каждого заданного интервала времени постоянно вычисляет индивидуальные ошибки каждого из блоков Л 2, 3, 9 и 4 .и эквивалентную ошибку всего измерительного тракта.

в вычислителе 6 при известных ошибках измерительного тракта определяются действительные значения измерительных величин путем вычитания из искаженных сигналов датчиков блока / суммарной аддитивной ОШ.16.ХИ и деления на результ5ь руюший мультилликативиый коэффициент.

В блоке /./ сравниваются неискаженные значен гя измеренных величин с выхода зычисл теля 6 и эталонные значения измеренных величин с выхода регистра блока 1-2. Результат сопоставления (измеренная вел,ичина выше, ниже, равна заданными верхней 1 нижней эталонной границе изменения измеряемой величины) с выхода блока // через вычислитель 6 поступает для соответствующей ;1нтер.лретации на вход выходной информации (вн.ешние устройства, сигнал прерывания, оператор).

Определение истинных значений измеряемых аеличин в Условия1х непрерывно меняющихся внешних воздействий, что характерно для полигонных условий, осуществляется бл.агодаря непрерывной самокал.бров.е и самон-астройке данного устройства. Указанные адаптивные свойства повышают оадеж ость (живучесть) устройства и позво.тяют выделить полезный сигнал ири отношении сигнал-по.меха (эквлзалеятное воздействие всех дестабилизиг рующих факторов рассматривается как помеха), меньшем единицы. Используемая в устройстве обратная отрицательная аналого-цифро-аналого.вая связь с вычисл.ителем в контуре обратной связи позволяет показатель качества устройства поддерживать на оптимальном, заранее заданном уровне, пр.ичем значение указанного уровня .может изменяться или програ.м.мно, или оператором. Фор.ма дестабилизирующих воздействий (релейные, постоянные, пилообразные, синусоидальные, экспоненциальные) с выхода блока / может задаваться и изменяться вычисл.ителем 6 через блок 12, в котором могут храниться в й,ифровом виде по.следовательности кодов, соответствующие указанным выще дестабилиз.ирующим воздействиям, т. е. блок 13 выполнять также ф нкш-ш генератора тестового в.озмущения.

Нри отсутствии дестабилизирующих возмущений описанный режим фуикционирования устройства э.квиваЛентен непрерыз.ной самопрофилактике и самоко.нтролю.

Использование в устройстве новых элеме;1то.в выгодно отличает предлагаемое устройство для автоматизация контроля параметров радиотехнических объектов и систем от .известных, так .как (Исключаются .систематические и случайные отклонения кодов выходных сигналов .измеряемых величин чо.нтролируемых систем от истинных значеH;i;i, связанных с «зменен-ием параметров окружающей среды (температуры, влажности, давления, освещенности, радиации, теплового, светового и акустиче.ского излучения, внбращии), старением и саморазогревом датчиков и элементов, ухудшением ;сонта.,з, колебаниями питающих напряжен; Й, паразитными электромагнитны -зи полями, дрейфом напряжений Смещения нуля л входных токов изменением .коэффициентов усиления и значения радиоэлементов. Также повышается надежность (живучесть) предлагаемого устройства благодаря самокалибровке и самоконтролю. Формула изобретения Устройство для контроля параметров радиотехнических объектов, содержащее последовательно соединенные блок датчи ков, блок сопряжения, коммутатор, блок аналого-1цифровых преобразователей, первый вычислитель и блок управления, выход которого подключен ко второму входу первого вычислителя, второй вход - к первому .входу устройства, а первый .вход бло:ка датчи.ков - КО .втораму выходу устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения достовер.ност1И результатов контроля и надежности устройства, в него введены генератор опорных сигналов, второй вычислитель, блок сканирования, блок сравнения, блок эталонов ,и .последовательно соединенные блок памяти, регистр, цифро-аналоговый преобразователь и формирователь дестабилизирующего .воздействия, выход которого подключен к первому ;входу второго вычислителя, второму ..входу блока аналого-цифровых преобразователей, ко второму входу коммутатора .и ко второму входу блока сопряжения, соединенного третьим входом со вторы,м в.ходом второго вычислителя, с третьим входом блока аналого-цифровых преобразователей, с выходом устройства, с первым входом блока сравнения, со входом блока .памяти, со вторым входом регистра, со вторым входом дафро-аналогового преобразователя, со вторым входом форм.иро.вателя дестабилизирующего воздей.ствия и через блок скан.ир.ования - с третьим входом коммутатора, выход которого подключен к третьему входу второго вычнсл.ителя, соединенного выходом с четвертым входо.м блока аналогоцифровых преобразователей, пятый вход которого подсоединен к третьему входу первого вычисл.ителя, :к первому входу генератора опорных сигналов, к выходу бло.ка сопряжения, « четвертому входу блока сопряжения и через блок эталонов к пятому .входу блока сопряжения, четвертый вход первого вычислителя соединен с выходом блока сравнения, а пятый вход - со вторым входОМ сравнения и с выходом блока памяти, пр.ичем выход и второй вход блока датч.иков подключен .ко второму входу .и выходу генератора опорных сигналов соответственно. Источники .информации, принятые во внимание .при экспертизе: 1.Акцептованная заявка Франции tNb 2285659, кл. G 06 F 11/06, опублик. 1976. 2.Патент США № 4025767, кл. 235-153, опублик. 1977. 3.Патент США № 3665399, кл. 340-152, о.публик. 1972 (прототип).