Цифровая контрольно-измерительная система

Цифровая контрольно-измерительная система

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1ЩФРОВАЯ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая коммутатор информационные входы которого являются информационными входами cиcтe a l, первый выход коммутатора соединен с информационным входом измерительного блока, управлякщий вход которого подключен к первому выходу переключателя режима, выход соединен синформационным входом аналого-цифрового преобразователя, регистрирующее устройство, блок памяти, вход которого подключен к второму выходу переключателя режима, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности функционирования системы и сокращения оборудования, в нее введен блок формирования ре13 i.«it,, зультата, включающий два регистра, узел сравнения, элементы ИЛИ-НЕ, И, ИЛИ, задержки, ждущий генератор прямоугольных , импульсов, мультиплексоры , причем информационный выход аналого-цифрового преобразователя подключен к информационному входу первого регистра, третий выход переключателя режима соединен с первшш и вторыми входами первого, второго и третьего мультиплексоров, с первыми входами злементов И, ИЛИ и ШШ-НЕ, выход блока памяти подключен к первому входу узла сравнения, группа выходов второго регистра и выход первого мультиплексора - к группам 9 входов блока памяти и регистрирующего устройства, тактирующий вход первого регистра, первый вход ждущего генератора прямоугольных импульсов и второй вход элемента ШШ-НЕ подключены к тактирукяцему выходу аналого-цифрового преобразователя, ыход элемента ШШ соединен с входом QD 9д 9) СЛ элемента задержки, с вторым входом ждущего генератора прямоугольных Импульсов и с тактирукнцими входами коммутатора, аналого-цифрового преобЕХ ) разователя и регистрирующего устройства , вход которого соединен с вторым выходом коммутатора, управляющий вход аналого-цифрового преобразоватетя подключен к четвертому выходу переключателя режима, первый выход узла сравнения соединен с третьими входами первого и второго мультиплексоров , второй и третий, выходы узла сравнения соединены соответственно с четвертым и пятым входами первого мультиплексора, выход второго мульти

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ОЗИМ З

РЕСПУБЛИК ав ol) Зцр G 06 F 15 46

ГОСУДАРСТОЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3551142/18-24 (22) 07.02.83 (46) 07.06.84. Бюл. В 21 (72) И.Ф.Образцов, Г. В.Криворучко, В.И.Рабинович и М.Л.ЦОапенко (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции авиационный институт им.Серго Орджоникидзе и Новосибирский электротехнический институт (53) 681.326(088.8) (56) 1. Богоци Г.А. и др. Автоматизация обработки результатов исследования, термостойкости хрупких материалов. — В кн.:"Автоматизация процессов исследований в области механических свойств материалов и прочности конструктивных элементов".

Под ред. В.Т.Трощенко. Киев, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

У 809187, кл. G 06 F 15/00, 1979 (прототип). (54)(57) ЦИФРОВАЯ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая коммутатор, информационные входы которого являются информационными входами системы, первый выход коммутатора соединен с информационным входом измерительного блока, управляющий вход которого подключен к первому выходу переключателя режима, выход соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, регистрируюalee устройство, блок памяти, вход которого подключен к второму выходу переключателя режима, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности функционирования системы и сокращения оборудования, в нее введен блок формирования результата, включакяций два регистра, узел. сравнения,- элементы ИЛИ-НЕ, И, ИЛИ, задержки, ждущий генератор прямоугольных,импульсов, мультиплексо.ры, причем информационный выход аналого-цифрового преобразователя подключен к информационному входу первого регистра, третий выход переключателя режима соединен с первыми и вторыми входами первого, второго и третьего мультиплексоров, с первыми входами элементов И, ИЛИ и ИЛИ-НЕ, выход блока памяти подключен к перному входу узла сравнения, группа выходов второго регистра и выход первого мультиплексора — к группам входов блока памяти и регистрирую:щего устройства, тактирующий вход первого регистра, первый вход ждущего генератора прямоугольных импульсов и второй вход элемента ИЛИ-НЕ подключены к тактирующему выходу аналого-цифрового преобразователя, е выход элемента ИЛИ соединен с входом элемента задержки, с вторым входом ждущего генератора прямоугольных импульсов и с тактирующими входами коммутатора, аналого-цифрового преобразователя и регистрирующего устройства, вход которого соединен с вторым выходом коммутатора, управляющий вход аналого-цифрового преобразовате ря подключен к четвертому выходу переключателя режима, первый выход узла сравнения соединен с третьими входами первого и второго мультиппекО соров, второй и третий выходы узла сравнения соединены соответственно с четвертым и пятым входами первого мультиплексора, выход второго мульти1096658 плексора соединен с информационным входом второго регистра, вход синхронизации которого соединен с выходом третьего мультиплексора, третий вход которого соединен с выходом ждущего генератора прямоугольных импульсов, тактирующий выход второго регистра соединен с вторым входом элемента ИЛИ, 10

Изобретение относится к вычислительной и измерительно-информационной технике и может быть использовано для получения и обработки изме-. рительной информации, выполнения операций контроля, автоматизации управления технологическими процессами и научными экспериментами, в частности при испытаниях прочности летательных аппаратов и других инженерных конструкций.

Известна цифровая контрольно-измерительная система, содержащая ус тановленные на объекте испытаний первичные преобразователи (термопары, тензорезисторы), связанные через усилители с коммутатором аналоговых сигналов, выход которого через устройство связи ЭВИ подключен к входу эви (i}.

Однако система имеет малую надежность, значительные эксплуатационные расходы,и энергопотребление.

Существенным недостатком системы является также низкое быстродействие, обусловленное необходимостью последовательного выполнения арифметических и логических операций, связанных с преобразованием измерительной информации.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является цифровая измерительная система, содержащая измерительные преобразователи, выходы которых через коммутатор соединены с входом измерительного блока, управляющий вход которого подключен к первому выходу переключателя режима, а выход соединен с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), блок памяти, первый вход которого подключен к второму выходу переключа20

t третий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, выход элемента задержки соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с установочным входом второго регистра, выход первого регистра подкл1очен к второму входу узла сравнения. теля режима, и регистрирующее устройство. Второй вход блока памяти соединен с выходом АЦП, а выходы блока памяти — с входом регистрирующего устройства.

В блоке памяти имеется К2 ячеек, и в которых хранятся сформированные заранее tn "разрядные значения функции, которая определяет требуемую завнсимость результатов обработки от кода

АЦП, соответствукццего выходному сигналу измерительного преобразователя, где К вЂ” количество требуемых зависимостей; и — разрядность кода на выходе АЦП.

Работа известной системы осуществляется следующим образом.

Аналоговый сигнал измерительного преобразователя через коммутатор поступает на вход измерительного блока, режим работы которого устанавливается сигналом, поступившим на управляющий его вход с первого выхода переключателя режима. Измерительный блок преобразует поступивший на его вход сигнал измерительной информации в аналоговый сигнал, соответствующий требуемому виду и уровню. Аналоговый сигнал с выхода измерительного блока поступает на вход АЦП, который формирует на своем выходе двоичный код. С второго выхода переключателя режима на первый вход блока памяти поступает цифровои сигнал, определяющий требуемую зону памяти, а на второй вход блока памяти подается цифровой сигнал с выхода АЦП. Сигналы, поступиваие на входы блока памя.ти, определяют адрес той ячейки памяти, выборка содержимого которой как результата обработки измерительной информаций производится в теку1096658

Э щем цикле. Результат обработки в виде цифрового сигнала поступает с выхода блока памяти на вход регистрирующего устройства, которое фиксирует это зна Гение. Аналогичным образом производится обработка информации и от других измерительных преобразователей.

Известная система обладает высоким быстродействием, что связано с отсут1О ствием вычислений в процессе функционирования путем их предварительного выполнения и занесения результатов вычислений в постоянные запоминающие устройства (2) .

Однако реализация известной системы требует значительных объемов памяти. Так, например, при использовании

12-14-разрядного АЦП и выполнении топько одного оператора обработки требуется блок памяти, содержащий

4096-16384 N -разрядных ячеек, где

٠— разрядность представления результатов обработки.

Кроме того, большой объем фиксиру-емых результатов обработки затрудняет последующий их анализ, поскольку в известной измерительной системе не предусмотрено проведение операций контроля. Подобная задача возникает, например,-при обработке данных массовой тензометрии, когда на объекте устанавливаются десятки тысяч тензо датчиков и существенное сокращение объема фиксируемых результатов дости-35 гается путем выделения только тех данных, которые находятся внутри (вне) некоторых установленных границ. Недостатки сужают область применения известного устройства. 40

Целью изобретения является повышение удобства эксплуатации и сокращение оборудования.

Поставленная цель достигается тем, что в систему, содержащую ком- 45 мутатор, информационные входы которого являются информационными входами системы, первый выход коммутатора соединен с информационным входом измерительного блока, управляющий вход 50 которого подключен к первому выходу переключателя режима, выход соединен с информационным входом АЦП, регистрирующее устройство, блок памяти, вход которого подключен к второму выходу переключателя режима, введен блок формирования результата, включающий два регистра, узел сравнения, элементы ИЛИ-НЕ, И, ИЛИ, задержки, ждущий генератор-прямоугольных импульсов, мультиплексоры, причем информационный выход АЦП подключен к информационному входу первого регистра, третий выход переключателя режима соединен с первыми и вторыми входами первого, второго и третьего мультиплексоров, с первыми входами элементов И, ИЛИ и ИЛИ-НЕ, выход блока памяти подключен к первому входу узла сравнения, группа выходов второго регистра и выход первого мультиплексора — к группам входов блока памяти и регистрирующего устройства, тактирующий вход первого регистра, первый вход ждущего генератора прямоугольных импульсов и второи вход элемента ИЛИ-НЕ подключены к тактирующему выходу АЦП, выход элемента ИЛИ соединен с входом элемента задержки, с вторым входом ждущего генератора прямоугольных импульсов и с тактирующими входами коммутатора, АЦП и регистрирующего устройства, вход которого соединен с вторым выходом коммутато-. ра, управляющий вход АЦП подключен к четвертому выходу переключателя режима, первый выход узла сравнения соединен с третьими входами первого . и второго мультиплексоров, второй и третий выходы узла сравнения соединены соответственно с четвертым и пятым входами первого мультиплексора, выход второго мультиплексора соединен с информационным входом второго регистра, вход синхронизации которого соединен с выходом третьего мультиплексора, третий вход которого соединен с выходом ждущего генератора прямоугольных импульсов, тактирующий выход второго регистра соединен с вторым входом элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, выход элемента задержки соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с установочным входом второго регистра, выход первого регистра подключен к второму входу узла сравнения.

На фиг.1 представлена схема контрольно-измерительной системы, на фиг.2 — схема блока формирования результата.

Система содержит измерительные преобразователи 1, коммутатор 2, измерительный блок 3 переключатель

4 режима, АЦП 5, блок 6 формирования

1096658 результата, блок 7 памяти, регистри- рующее устройство 8, связи 9-14, ре", гистр 15, узел 16 сравнения, элемент ИЛИ-НЕ 17, ждущий генератор 18 прямоугольных импульсов, мультиплек- 5 соры 19 и 20, элемент И 2 1, мультиплексор 22, регистр 23 ° элемент ИЛИ 24 и элемент 25 задержки.

Измерительные преобразователи 1 представляют собой, например, тензоили термореэисторы с соответствующими измерительными цепями.

Коммутатор 2 в счетном режиме подключает измерительные преобразователи, начиная с первого, к входу измерительного блока 3 и формирует код номера подключенного канала на своем цифровом выходе. При поступлении на вход коммутатора тактирующего сигнала "Конец обработки" производится подключение последующего канала. После подключения канала с наибольшим номером снова подключается первый канал.

Измерительный блок 3, например усилитель, преобразует поступившие на его вход сигналы измерительной информации в аналоговые сигналы, соответствующие требуемому виду и уровню входных сигналов АЦП 5. Сигнал, поступивший на управляющий вход измерительного блока 3, задает, например, коэффициент усиления при работе в разных диапазонах измерения.

Переключатель 4 предназначен для задания режимов работы системы и отдельных ее блоков. Он представляет собой набор механических переключателей, в зависимости от положения ко40 торых на соответствующие его выходы подаются управляющие сигналы.

При поступлении сигнала "Конец обработки" на тактирующий вход АЦП 5 последний приводится в исходное состояние. На информационном выходе АЦП

5 устанавливается нулевой код и начинается преобразование аналогового сигнала, присутствующего на его выходе, по любому известному алгоритму (например, поразрядного или разверты- о вающего уравновешивания, двойного интегрирования, считывания и т.п.) a цивровой двоичный код. Формирование кода на цифровом выходе АЦП 5 сопровождается выдачей сигнала "Конец преобразования" на тактирующем выходе. Сигнал с переключателя 4, поступающий на управляющий вход АЦП 5, rioзволяет при необходимости выбрать (задать) требуемый алгоритм аналогоцифрового преобразования.

Блок 6 формирования результата обеспечивает формирование промежуточных и конечного результатов обработки измерительной информации и синхронизацию работы всей системы.

В блоке 7 памяти имеется K 2" ячеек, в которых хранятся сформированные заранее Il -разрядные значения функции, обратной той, которая задает требуемую зависимость результатов обработки от кода АЦП 5, соответствующего выходному сигналу измерительного преобразователя 1, где K, ч и и совпадают с определенными ранее. Выборка ячейки памяти производится сигналами, поступающими на входы блока

7 памяти с выходов переключателя 4 и блока 6, причем сигнал переключателя

4 задает зону памяти, а разрядный код с выхода 11 блока 6 определяет адрес ячейки в выбранной зоне.

Регистрирующее устройство 8 при поступлении на его тактирующий вход сигнала "Конец обработки" регистрирует результат обработки, поступаю щий с выхода блока 6, и код номера канала, поступающий с цифрового выхода коммутатора 2.

Функционирование системы определяется положением переключателя 4, устанавливаемого на этапе подготовки устройства к работе, и алгоритм действия блока 6. При установлении переключателем 4 режима "Измерение" к входам регистра 23 через мультиплексоры 20 и 22 подключаются соответственно выход узла 16 сравнения и выход ждущего генератора 18.

Работа системы начинается при формировании. переключателем 4 сигнала

"Пуск" на связи 10. Этот сигнал через элемент ИЛИ 24 поступает на тактирующий выход блока 6 в качестве сигнала

"Конец обработки" и через элемент 25 задержки на вход элемента И 21, открытого по дюугому своему входу сигналом "Измерение" на связи 10.

Сигнал с выхода элемента И 21 поступает иа установочный вход регистра

23 и переводит последний в состояние, соответствующее N -разрядному коду

0111. Этот код поступает с выхода блока б на вход блока 7 памяти. С выхода блока 1 памяти содержимое ячейки, отвечающее заданному адресу

1096658 в зоне, определяемой положением пе- . реклюуателя 4, поступает на вход блока 6. Сигнал "Конец обработки", поступая на тактирующие входы коммутатора 2, АЦП 5 и регистрирующего уст- 5 ройства 8, вызывает соответственно подключение очередного канала коммутатора 2, сброс и запуск АЦП 5, регистрацию кодов на выходе блока 6 и выходе коммутатора 2. По завершении 10 процесса аналого"цифрового преобразования АЦП 5 формирует тактирующий вход блока 6. По этому сигналу в регистр 15 записывается код с выхода

АЦП 5, запускается ждущий генератор

18, однако сигнал "Конец обработки" не формируется, так как элемент ИЛИ-НЕ 7 закрыт по входу.

Узел 16 сравнения сравнивает поступившие на его вход коды и по ре- 20 зультату сравнения (больше, равно или меньше) определяет первую старшую цифру результата обработки 0 или 1 соответственно, которая с выхода мультиплексора 20 записывается в 25 регистр 23 при поступлении на его тактирующий вход первого тактирующего импульса от ждущего генератора 18 через мультиплексор 22. В каждом последующем такте регистр 23 осущест- 30 вляет сдвиг 0 в выходном коде на один разряд в сторону младших, а в позицию, из которой производится сдвиг, записывается полученный в этом такте результат сравнения. 35

Процесс определения результата обработки осуществляется sa N тактов и завеошается формированием на так-, тирующем выходе регистра 23 сигнала, который через элемент ИЛИ 24 посту 40 пает на выход блока 6, на вход ждущего генератора 18, который прекращает формировать тактирующие импульсы, а также через элемент 25 задержки и элемент И 21 на установочный вход

4S регистра 23. Время задержки, формируемое элементом 25, должно быть достаточным для восприятия регистрирующим устройством 8 результата обработки с выхода блока 6.

Процесс определения результатов

50 обработки при измерении в последующих каналах аналогичен.

При установлении переключателем 4 режима "Контроль" к входам регистра

23 через мультиплексоры 20 и 22 подSS ключаются соответственно четвертая и пятая линии этой шины и производится запись в регистр 23 кода, соответстующего граничному значению результата обработки. Запись осуществляется путем формирования разрядов кода, начиная со старших, при этом по связи

10 поступают тактирующие импульсы для записи каждого разряда. Кроме того, положение переключателя 4 определяет на связи 10 сигналы, соответствукнцие требуемому условию контроля (результат обработки больше, меньше или рутвен установленному граничному значению). Сигнал 4 поступают на входы мультиплексора 19, подключающего выбранный вход узла 16 сравнения к выходу блока 6.

Работа системы в режиме "Контроль" начинается при формировании переключателем 4 сигнала "Пуск", который через элемент ИЛИ 24 поступает на выход блока 6 и воспринимается системой как сигнал "Конец обработки" при работе в режиме "Измерение". Однако внутри блока б элемент И 21 закрыт по своему входу сигналои "Контроль" на связи 10, и поэтому сигнал "Конец обработки" не проходит на установочный вход регистра 23. По завершении процесса аналого-цифрового преобразования АЦП 5 формирует тактирующий сигнал "Конец преобразования", который поступает на вход блока 6. По этому сигналу в регистр 15 записывается код с выхода АЦП 5 и на выходе блока 6 фориируется сигнал "Конец обработки", так как элемент ИЛИ-НЕ 17 открыт по своему входу сигналом "Контроль", на связи 10. Узел 16 сравне- . ния производит сравнение поступивших на его вход двух кодов. Выбранный выходной сигнал узла 16 (больше, меньше или равно) как результат контероля через мультиплексор 19 поступает на выход. Состояние регистра 23 при этом не изменится. Остается также неизменным адрес, по котороиу происходит обращение в блок 7 памяти и, следовательно, остается прежним код, отвечающий заданному граничному значе нию.

Процесс контроля в других каналах аналогичен.

Вычисление в качестве результата сравнения кодов условия "Равно" позволяет без дополнительных временных и аппаратурных затрат определять эквипотенциальные контуры для различных уровней исследуемых параметров.

1096658

Составитель А.Жеренов

Редактор О.Юрковецкая Техред А. Ач

Корректор И.Эрдейи

Заказ 3827/37 Тираж 699

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул.Проектная, 4

В предлагаемой системе результаты обработки получают поразрядно, начиная со старших, что позволяет уменьшить задержку в передаче сигналов управления, исключить буферные накопители в линии связи. Эти преимущества делают целесообразным использование предлагаемых устройств в телеметрии и системах управления.