Устройство для измерения физических величин с цифровой регистрацией Советский патент 1982 года по МПК G01R33/02 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН С ЦИФРОВОЙ РЕГИСТРАЦИЕЙ

I

Изобретение относится к магнитным измерениям.

Известна магнитовариационная станция, содержащая первичный преобразователь , в состав которого входит преобразователь значения индукции магнитного поля в частоту и преобразователь частоты в цифровой код, использующая для записи цифровой информации ленточный перфоратор Cl3. .

Устройство иммет низкую помехоустойчивость и быстродействие.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому устройству является морская магнитовариационная станция (.ММВС), содержащая последовательно включенные первичный преобразователь, выполненный в виде преобразователя значения индукции магнитного поля в частоту и преобразователя частоты в цифровой код, электронный коммутатор и регистра, тор, а также командное ycтpoйcтвo соединенное с электронным коммутатором, и счетчик времени, соединенный с командным устройством и элек тронным коммутатором 2.

Известное устройство также имеет низкие помехоустойчивость и быстро действие.

Цель изобретения - повышение быстродействия и помехоустойчивости устройства.

Поставленная цель достигается

10 тем,что в устройство, содержащее первичный преобразователь и соединенные последовательно электронный коммутатор и регистратор, а также командный блок, подключенный к вхоISдам электронного коммутатора: одним рыходом - непосредственно а вторым - через счетчик времени, введены последовательно соединенные с первичным преобразователем коммута20тор, вычислитель, пороговый вычислитель, блок ввода, коммутатор чисел блок округления, регистр памяти, блок сравнения и коммутатор

разрядов, выход которого подключен к третьему входу электронного коммутатора, а также последовательно соединенные с выходом коммутатора блок сглаживания шумов, второй вычислитель второй пороговый вычислитель и счетчик, выход которого подключен к четвертому входу электронного коммутатора, пятый вход которого связан с входом блока сглаживания шумов, а шестой вход - с выходом блока ввода и с вторым входом коммутатора, третий вход которого подключен к входу блока ввода, четвертый вход к входу первого порогового вычислителя, второй вход которого подключен X выходу первичного преобразователя, выход коммутатора подключен к второму входу коммутатора чисел, третьим входом подключенного к выходу блока сглаживания шумов и к второму входу второго порогового вычислителя, выход которого соединен с вторым входом регистра памяти, своим первым входом связанного с вторым входом блока сравнения и вторым входом коммутатора разрядов, второй вход блока ввода подключен к дополнительному выходу командного блока.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит первичный преобразователь 1, коммутатор 2, вычислители 3 и 4, пороговые вычислители 5 и 6, блок 7 ввода, командный блок 8, счетчик 9 времени-, блок 10 сглаживания шумов, счетчик.11, электронный коммутатор 12, регистратор 13 коммутатор 1 чисел, блок 15 округления, perncfp 16 памяти, блок 17 сравнения и коммутатор 18 разрядов.

Устройство работает следующим образом.

Первичный преобразователь 1 преобразует измеряемое значение в цифровой код. В частном случае, при использовании устройства в качестве магнитометра, первичный преобразователь может быть выполнен в виде включенных последовательно преобразователя значения магнитного поля в частоту и преобразователя частоты в цифровой код. Устройство работает тактами. Данные измерений в конце такта передаются с первичного преобразователя 1 через коммутатор 2 в первый вычислитель 3- В этом вычислителе на основании анализа данных

измерении в нескольких предыдущих тактах и характера их изменений проводится определение наиболее вероятного значения измеряемой величины в данном такте. Это вычисленное наиболее вероятное значение вместе с измеренным значением подаются на первый пороговый вычислитель 5, где абсолютное значение разности между измеренным и вычисленным значениями для данного такта сравнивается с величиной заданного порогового значения .

По результатам сравнения вырабатывается сигналJ управляющий коммутатором 2. Если абсолютное значение разности между измеренным и вычисленным значениями меньше или равно пороговому значению, то на выход коммутатора 2 передается измеренное значение с первичного преобразователя 1, если больше, то на выход коммутатора 2 передается вычисленное

значение с первого вычислителя 3Одновременно цифровой код с коммутатора 2 через.блок 10 сглаживания (фильтрации) шумов, который в простейшем случае может быть выполнен как устройство скользящего усреднения, подается на второй вычислитель t, определяющий наиболее вероятное значение фильтрованной.величины. Это вычисленное наиболее вероятное значение вместе со сглаженным значением подается на второй пороговый вычислитель 6, где абсолютное значение разности между сглаженным и вычисленным значениями сравнивается с величиной заданного порогового значения .

По результатам .сравнения вырабатывается сигнал, управляющий работой счетчика 11. Если абсолютное значение разности между сглаженным и вычисленным значением меньше или равно пороговому значению, то к содержимому счетчика 11 добавляется единица, если больше, то цифровой код со счетчика 11 передается на электронный коммутатор 12, после чего счетчик 11 устанавливается в исходное состояние.

Цифровой код с блока 10 сглаживания шумов через коммутатор It чисел и блок 15 округления подается на регистр 16 памяти, блок 17 сравнения и коммутатор 18 разрядов. На второй вход блока 17 сравнения поступает цифровой код предыдущего такта с регистра 16 памяти. Блок 17 сравнения проводит поразрядное срав нение цифровых кодов, начиная со старших разрядов. По результатам сравнения вырабатывается.сигнал, управляющий работой коммутатора 18 разрядов. При отличии цифровых кодов какого-либо разряда коммутатор 18 разрядов под воздействием управляющего сигнала с блока 17 сравнения передает цифровой код данного и всех последующих младших разрядов с блока 15 округления на электронный коммутатор 12. Синхронизация работы отдельных блоков осуществляется командным бло ком 8, один из выхсйов которого сое динен с электронным коммутатором 12 а другой - с блоком 7ввода, который управляет работой коммутатора 2 электронного коммутатора 12 и комму татора И чисел, В командном блоке формируются также временные метки, поступающие на счетчик 9 времени. Цифровой код со счетчика 9 време ни подается на электронный коммутатор 12, выход которого подключен к цифровому регистратору 13. Запись информации производится массивами. В массив входят данные измерений за определенный промежуток времени, на пример минуту. На ленте регистратора массив образует кадр, в который кроме данных измерений входят служебные отметки и этикетка кадра. В начале каждого кадра от командного блока 8 на электронный коммутатор 1 поступает управляющий сигнал, под воздействием которого на регистрато ре 13 записывается служебная информация, время начала кадра со счетчи ка 9 времени и полное значение измеряемой величины, передаваемое с первичного преобразователя 1 через коммутатор 2. Эта информация (служебные отметки, время начала массива и полное значение измеряемой величины) составляет этикетку кадра. В течение нескольких первых тактов кадра {.число которых определяется характером изменения информации и требования точности) осуществляется начальный ввод. Во время тактов начального ввода блок 7 ввода вырабатывает управляющий сигнал, под действиеТ которогЬ на первый вычислитель 3 teрез коммутатор 2 подается информация 16 с первичного преобразователя 1. В вычислителе 3 поступившая информация анализируется, определяется характер ее изменения и вычисляется наиб1элее вероятное значение измеряемой величины для первого такта после тактов начального в.вода. Одновременно с этим под воздействием управляемого сигнала от блока 7 ввода информация с первичного преобразователя 1 , прошедшая через коммутатор 2, проходит через коммутатор чисел и далее через.блок 15 округления на регистр 16 памяти, блок 17 сравнения и коммутатор 18 разрядов, В первом такте регистратором 13 записывается полное значение измеряемой ве личины. По окончании первого такта значение измеряемой величины записывается в регистр.1б памяти. По получении данных измерений во втором такте блок 17 сравнения проводит поразрядное сравнение цифрового кода, полученного в первом такте, с цифровым кодом, полученным во втором такте, Сравнение проводится, начиная со старших разрядов. Если цифровые коды в старших разрядах одинаковые, то на управляющий вход коммутатора 18 разрядов от блока 17 сравнения поступает запрещающий сигнал и цифровая информация этих разрядов не проходит на электронный коммутатор 12. Если в каком-либо разряде цифровые коды отличаются, то блок 17 сравнения вырабатывает разрешающий сигнал, под управлением которого коммутатор 18 разрядов пропускает цифровые коды данного и всех последующих младших разрядов на электронный коммутатор 12, Данные этих разрядов, пройдя электронный коммутатор 12, записываются регистратором 13. Запись самого младшего разряда сопровождается специальной отметкой Конец слова. Одиовременхо с этим информация с первичного преобразователя 1, прошедшая через коммутатор 2, поступает на блок 10 сглаживания шумов. Во время тактов начального ввода в.блоке 10 сглаживания шумов производится подготовка, и по окончании их . на коммутатор 1 чисел начинают поступать сглаженные значения измеряемой ве11ичины. Пройдя коммутатор 1, эти коды поступают на блок 15 округления, в котором происходит отбрасывание значений излишних разря/дов, образующихся в процессе сглажи вания (фильтрации) информации и округления чисел. Свыхода блока 15 округления Jци(l)роаыекоды через коммутатор 18разрядов и электронный коммутатор 12 передаются на регистратор 13. Одновременно с этим сглаженные значения измеряемо величины с блока 10 сглаживания шумов начинают поступать на второй вычислитель 4 и второй пороговый вычислитель б, выходной сигнал кото рого управляет работой счетчика 11 и регистра 16 памяти. Если в.одном или нескольких следующих друг за другом тактах абсолютное значение разности между сглаженным и вычисленным значениями меньше или равно пороговому значению, то перепись ин формации с блока 15 округления в ре гистр 16 памяти не производится; в регистре 16 памяти сохраняется значенне кода того такта, в котором аб солютное значение разности между сглаженным и вычисленным значениями было больше порогового значения. Эт значение кода сохраняется в регистр 16 памяти в течение всех тактов, ко да абсолютное значение разности меж ду сглаженным и вычисленным значениями меньше или равно пороговому значению, и изменяется тогда, когда это значение превышает пороговое значение. Запись информации на ленте регис ратором 13 содержит значение измеряемой величины в такте, который ч предшествует тому такту, в котором абсолютное значение разности становится меньше порогового значения, число тактов,в которых абсолютное значение разности меньше порогового значения (эта информация со счетчика 11 через электронный коммутатор передается на регистратор .13) и зна чение измеряемой величиныВ такте когда абсолютное значение разности превышает пороговое знамение. В процессе работы устройства могут быть такты, когда абсолютное значение разности между измеренным первичным преобразователем 1 и вычисленным первым вычислителем 3 зна чениями больше порогового значения, установленного в первом пороговом вычислителе 5. В этих тактах импуль сы с первого порогового вычислителя поступают на блок 7 ввода, в котором подсчитывается число этих им1 . 8 пульсов и определяется, не превышает ли оно предельного числа (которое может быть выбрано, например, равным глубине начального ввода). Если число этих импульсов не превышает предельного числа, то работа устройства происходит как описано выше, если же превышает, то под управлением сигнала от блока.7 ввода через коммутатор 2 и электронный коммутатор 12 производится повторный ввод Информации, во время которого последовательность работы блоков устройства такая же, как и во время начального ввода. В предлагаемом устройстве достигается запись информации в сокращенной форме: на тех участках, на которых скорость изменения информации остается неизменной или колеблется в малых пределах, записываются данные измерений на границах участка с неизменной скоростью изменения информации и длина этого участка (число тактов данного участка). При этом достигается сокращение объема регистрируемой информации, за счет.чего повышается предельное быстродействие измерительного устройства (oi- раниченного возможностями цифрового регистратора 13). Запись информации на участках с неизменной или колеблющейся в малых пределах скоростью производится как запись отрезка прямой, заданного координатами начала и конца. При этом не только сокращается объем регистрируемой информации, но и исключаются шумы и повышается помехоустойчивость измерительного устройства. Наибольший эффект использования предлагаемого устройства даст при высокоточных измерениях медленно изменяющихся величин, в частности, в стационарных магнитометрах и при измерении частоты высокостабильных, например, кварцевых генераторов. Формула изобретения Устройство для измерения физических величин с цифровой регистрацией, содержащее первичный преобразователь и соединенные последовательно электронный коммутатор и регистратор, а также командный блок, подключенный к входам электронного коммутатора: одним выходом - непосредственно, а

вторым - через счетчик времени, о т личающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и по мехоустойчивости, в него введены последовательно соединенные с первичным преобразователем коммутатор, вычислитель, пороговый вычислитель, блок ввода, коммутатор чисел, блок округления, регистр памяти, блок сравнения и коммутатор разрядов, выход которого подключен к третьему входу электронного коммутатора, а также последовательно соединенные с выходом коммутатора блок сглаживания шумов, второй вычислитель, второй пороговый вычислитель и счетчик, выход которого подключен к четвертому входу электронного коммутатора, пятый вход которого связан с входом блока сглаживания шумов, а шестой вход - с выходом блока ввода и с вторым входом коммутатора, третий вход которого подключен к входу блока ввода, четвертый вход - к

входу первого порогового вычислителя, второй вход которого подключен к выходу первичного преобразователя, выход коммутатора подключен к второму входу коммутатора чисел, третьим входом подключенного к выходу блока сглаживания шумов и к второму входу второго порогового вычислителя, выход которого соединен с вторым входом регистра памяти, своим первым входомсвязанного с вторым входом блока сравнения и вторым входом коммутатора разрядов, второй вход блока ввода подключен к дополнитблЬному выходу командного блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Магнитовариационная станция МВС. Каталог, Л., Недра, 1973, с. Ц,

2.Козлов Б.Г. Станция для измерения магнитных вариаций в море. Геофизическая аппаратура, вып. 58, П., Недра, 1975, с. 19-21.