Устройство для ввода и предваритель-НОй ОбРАбОТКи иНфОРМАции АНАлОгОВОгОдАТчиКА Советский патент 1981 года по МПК G06F3/04 G06F15/46 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ АНАЛОГОВОГО ДАТЧИКА

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности, к устройствам подготовки цифровых данных с использованием выборки аналоговых величин в регулярные интервалы времени и может быть использовано в системах технической диагностики для объектов, процессы в которых представляют собой случайные процессы со скрытыми периодичностями. К таким объектам относятся, например двигатели внутреннего сгорания и газовых турбин, гребных винтов, зубчатые передачи и т.п. Для анализа таких процессов обычно применяют специализированные или универсальные вычислительные машины, обеспечивающие проведение преобразования. Фурье. Полученные коэффициенты Фурье, характеризуюшие спектр, затем усредняются. В этом случае возможности анализирующей аппаратуры по быстродействию определяются временем вычисления коэффициентов Фурье. Наиболее быстродействующие алгоритмы вычисления коэффициентов Фурье требуют выполнения между выборками операций сложения и умножения, причем последняя требует значительных затрат времени, что и ограничивает быстродействие. Кроме того, так как на сигнал обычно бывает наложена шумовая помеха со сплошным спектром, перед устройством предварительной обработки информации встает задача предварительной фильтрации, потому что наличие шума с равномерным спектром при дальнейшем вычислении спектра приводит к искажениям результатов. Известны устройства предварительной обработки информации, содержащие коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, дешифратор 1. Недостатком этих устройств является ограниченная область применения, так как отсутствие сокращения количества информации на выходе устройств по сравнению с входной ограничивает возможности измерительной аппаратуры по сигналу быстропротекающих процессов в реальном масштабе времени. Наиболее близким к предлагаемому по сущнвсти технического решения является устройство для предварительной обработки информации для систем технической диагностики, содержащее входной блок, блок управления, многоканальный накопитель и коммутатор, выходы и входы коммутатора

соединены соответственно с выходами устройства и выходами многоканального накопителя, управляющий вход которого соединен с первым, выходом блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, а вход входного блока соединен с входом устройства 2.

Недостатком этого устройства является низкое быстродействие, что связано с необходимостью проведения перемножения реализаций между их поступлениями. Кроме того, это устройство не обеспечивает следя-щей фильтрации сигнала в щироком диапазоне частот, а также относительно больщой объем выходной информации.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее входной блок усиления, блок синхронизации, многоканальный накопитель и коммутатор, выходы и информационные входы которого соединены соответственно с выходами устройства и выходами многоканального накопителя, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, второй выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, вход входного блока усиления является информационным входом устройства, введены аналого-цифровой преобразователь и дополнительный коммутатор, причем выходы и информационные входы дополнительного коммутатора соединены соответственно с информационными вхедами многоканального накопителя и выходами аналого-цифрового преобразователя, аналоговый и управляющий входы которого соединены соответственно с выходом входного блока усиления и третьим выходом блока синхронизации, четвертый выход и вход которого соединены соответственно с управляющим входом дополнительного коммутатора и входом опорного сигнала устройства.

На фиг. 1 представлено устройство, блоксхема; на фиг. 2 - функциональная схема блока синхронизации; на фиг. 3 - графики амплитудно-частотной характеристики.

Устройство содержит входной блок 1 усиления, блок 2 синхронизации, коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, дополнительный коммутатор 5 и многоканальный накопитель 6, выходы 7 устройства, информационный вход 8 и вход 9 опорного сигнала устройства.

Блок 2 синхронизации содержит формирователь 10, первый делитель 11 частоты, счетчик 12, второй делитель 13 частоты, элемент НЕ 14 и выходы 15-18 блока.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый сигнал подается на вход 8 устройства, а на вход 9 подается опорный сигнал. Исследуемый сигнал, проходящий через входной блок 1, усиливается или ослабевается. для того, чтобы динамический диапазон его изменения попадал в допустимый диапазон сигналов аналого-цифрового преобразователя 4. В момент выборки по сигналу от блока 2 аналого-цифровой преобразователь 4 преобразует сигнал, поступающий с выхода входного блока 1, в цифровой код. Так как частота управляющих импульсов, формируемых блоком 2, пропорциональна частоте опорного сигнала, то интервалы между выборками оказываются привязанными к длительности входных опорных сигналов, поданных на вход 9, что обеспечивает перестройку устройства в щироком диапазоне частот. На практике опорный сигнал может представлять сигнал от датчика круговой частоты вращения исследуемого объекта, например зубчатой передачи. При этом исследуемый сигнал представляет собой смесь частотных составляющих, кратных круговой, а также помех и щумовых составляющих. В соответствии с управляющими сигналами блока 2 дополнительный коммутатор 5 обеспечивает запись последовательных отсчетов исследуемого сигнала в М каналов многоканального накопителя 6. 1-ый отсчет записывается в i-ый канал, 2-ой отсчет - во 2-ой канал, М-й отсчет - в М-й канал. М + 1-й отсчет вновь поступает на вход 1-го канала, и т.д. При этом код отсчета, поступивщего на вход некоторого канала, прибавляется к содержимому одноименного канала многоканального накопителя 6. Таким образом, обрабатывается К кусков реализации исследуемого сигнала, каждый из которых состоит из М последовательных отсчетов, причем К кратно степени числа 2.

По сигналу блока 2 коммутатор 3 обеспечивает выдачу информации, накопленной в каналах многоканального накопителя 6, на выходы 7 устройства с одновременным правым сдвигом каждого числа на заданное число двоичных разрядов, что соответствует делению результатов на К. При этом содержимое многоканального накопителя 6 обнуляется и он готов к приему последую-щей информации.

Блок синхронизации работает следующим образом.

Управляющие сигналы, поступающие с входа 9 на вход формирователя 10, преобразуются им в сигналы стандартного логического уровня на выходе формирователя, откуда подаются на счетный вход делителя 11, который обеспечивает выдачу на его выходе тактовых импульсов с частотой, соответствующей требуемой частоте выборок. Благодаря наличию элемента НЕ 14 тактовые импульсы на первом и третьем выходах блока 2 оказываются в противофазе, что обеспечивает сдвиг во времени моментов начала обработки выборки аналого-цифровым преобразователем 4 и сложения полученного цифрового кода с ранее накопленным значением в многоканальном накопителе 6. Импульсы с выхода делителя 11 суммируются также счетчиком 12, на выходах которого

формируется код, определяющий адрес канала, который в данный момент обрабатывается. Импульсы переноса с выхода счетчика 12 поступают на счетный вход делителя 13, который осуществляет счет групп выборок. Появление сигнала на выходе делителя 13 свидетельствует о разрещении считывания результата обработки на выход устройства, причем, так как на выход выводится последовательность кодов, соответствующая последовательному опросу каналов многоканального накопителя, кроме сигналов разрещения, на втором выходе задается и адрес канала с выходов счетчика 12.

Таким образом, устройство работает как нерекурсивный цифровой фильтр, модуль коэффициента передачи которого на частотах, кратных частотам опроса каналов, равен единице, а фазовый сдвиг равен нулю.

Из графиков амплитудно-частотных характеристик цифрового фильтра для случаев М 8, К 2 и М 8, К 4 видно, что с увеличением К щирина полос пропускания уменьщается. В пределе (К стремится к бесконечности).в спектре отфильтрованного сигнала остаются только составляющие спектра на частотах, кратных основной частоте са., . Это соответствует устранению выбросов спектра, возникающих из-за наложения случайного щума на периодический процесс с заданной частотой

Формула изобретения

Устройство для ввода и предварительной обработки информации аналогового датчика, содержащее входной блок усиления, блок синхронизации, многоканальный накопитель и коммутатор, выходы и информационные входы которого соединены соответственно с выходами устройства и выходами многоканального накопителя, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, второй выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, вход входного блока усиления является информационным входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повыщения быстродействия устройства, в него введены аналого-цифровой преобразователь и дополнительный коммутатор, причем выходы и информационные входы дополнительного коммутатора соединены соответственно с информационными входами многоканального накопителя и выходами аналого-цифрового преобразователя, аналоговый и управляющий входы которого соединены соответстенно с выходом входного блока усиления и третьим выходом блока синхронизации, четвертый выход и вход которого соединены соответственно с управляющим входом дополнительного коммутатора и входом опорного сигнала устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

технической диагностики. «Приборы и системы управления, 1974, № 4, с. 28-30 (прототип).

8 о-Ы

(риг. /

Г

М-8

/./

/

jr 8

1ЛТ