Способ автономных измерений физических величин

Реферат

 

Использование: измерительная техника и может применяться при построении автономных измерительных систем физических величин для очувствления робототехнических систем, функционирующих автономно на всех этапах от восприятия до обработки и использования измерительной информации. Сущность изобретения состоит в том, что воспринимают физические величины с помощью первичных измерительных преобразователей, преобразуют их в удобную для сравнения форму, запоминают последовательно во времени или одновременно значения преобразованных физических величин, осуществляют их сравнение, выполняю деление большей величины на основание выбранной системы счисления, возведенное в соответствующую разряду положительную целую степень, сравнивают меньшую физическую величину с большей из полученных делением величин, при превышении первой вычитают из нее последнюю и записывают единичный бит информации в соответствующую ячейку памяти, и полученную после вычитания величину сравнивают со следующей по размеру из полученных делением величин, в противном случае в названную ячейку памяти записывают нулевой бит информации, а меньшую измеряемую физическую величину сравнивают со следующей по размеру из полученных делением величин, по результатам любого из последних сравнений записывают единичный или нулевой биты информации в следующую ячейку памяти, процесс вычитания и сравнения соответствующих величин с записью результирующей информации в соответствующую 1-му разряду ячейки памяти продолжают N раз, количество которых определяют количеством ячеек памяти. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении автономных измерительных систем физических величин для очувствления робототехнических систем, функционирующих автономно на всех этапах от восприятия до обработки и использования измерительной информации.

Известен способ автономных измерений (см. решение о выдаче авторского свидетельства 1755052, 1992 г. М. кл. G01 Д 21/01), заключающийся в том, что воспринимают физические величины с помощью первичных измерительных преобразователей, преобразуют их в удобную для сравнения форму, запоминают последовательно во времени или одновременно значения преобразованных физических величин, из первого значения вычитают второе, раздельно запоминают первый бит информации при положительном и отрицательном результатах, при положительном результате вычитания из этого результата вычитают второе значение преобразованной физической величины и в случае положительного результата запоминают второй бит информации, повторяя этот процесс с запоминанием соответствующих бит информации до получения отрицательного результата, в случае отрицательного результата вычитания из первого значения второго значения преобразованной физической величины этот результат суммируют с первым значением преобразованной физической величины и при полученном отрицательном результате суммирования запоминают второй бит информации, повторяя процесс суммирования получаемого результата с первым значением и запоминая соответствующие биты информации до получения положительного результата, при этом об изменении физической величины, значения которой запоминались последовательно во времени или о соотношении физических величин, значения которых запоминались параллельно во времени, судят по накопленным раздельно битам информации при положительном и отрицательном результатах вычитания и суммирования соответственно.

Недостатком данного способа является низкая точность измерения из-за невысокой разрешающей способности, определяемой целыми значениями измеряемой физической величины, принимаемой за меру.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ автономных измерений (см. решение о выдаче авторского свидетельства по заявке 1839098/ 92 г. М. кл. G01 Д 21/01), отличающийся от вышеизложенного способа тем, что с целью повышения точности измерения за счет увеличения разрешающей способности после запоминания последовательно во времени или одновременно значений преобразованных физических величин дополнительно сравнивают эти значения и производят деление меньшего значения или умножение большего значения на основание выбранной системы счисления, возведенное в заданную положительную целую степень.

Недостатком данного способа является низкое быстродействие из-за большого числа операций сравнения. Это связано с тем, что измерения представляют собой процесс последовательного приближения с постоянным шагом, величина которого определяется требуемой точностью представления результата. При этом, чем выше требуется точность, тем меньше должен быть шаг последовательного приближения, следовательно, тем больше число операций сравнения, и тем ниже быстродействие.

Целью изобретения является повышение быстродействия измерения физических величин.

На чертеже представлена структурная схема автономной измерительной системы, реализующей заявленный способ автономных измерений.

Автономная измерительная система интенсивностей излучения объектов 1 и 2 содержит первую и вторую системы 3 и 4 наведения и фокусировки, первую и вторую фотоприемные матрицы 5 и 6, первый и второй измерительные преобразователи 7 и 8, первый и второй блоки 9 и 10 памяти, первый и второй коммутаторы 11 и 12, компаратор 13, инвертор 14, делитель 15, третий коммутатор 16, стробируемый компаратор 17, четвертый коммутатор 18, блок 19 вычитания, распределитель 20 импульсов, выходной регистр 21, генератор 22 импульсов опроса.

Первая и вторая системы 3 и 4 наведения и фокусировки связаны соответственно с первой и второй фотоприемными матрицами 5 и 6, которые через первый и второй измерительные преобразователи 7 и 8 подключены соответственно к первому и второму блокам 9 и 10 памяти. Выход первого блока 9 памяти подключен к первым входам первого и второго коммутаторов 11 и 12 и к инверсному входу компаратора 13. Выход второго блока 10 памяти подключен ко вторым входам первого и второго коммутаторов 11 и 12 и к прямому входу компаратора 13. Выход компаратора 13 является информационным выходом и соединен с управляющим входом первого коммутатора 11 непосредственно, а с управляющим входом второго коммутатора 12 через инвертор 14. Выход первого коммутатора 11 соединен с первым входом четвертого коммутатора 18, выход которого соединен с входом уменьшаемого блока 19 вычитания и с прямым входом стробируемого компаратора 17. Выход блока 19 вычитания соединен со вторым входом четвертого коммутатора 18. Выход второго коммутатора 12 соединен с входом делителя 15, N выходов которого соединены соответственно с N входами третьего коммутатора 16, выход которого соединен с инверсным входом стробируемого компаратора 17 и с входом вычитаемого блока 19 вычитания. Выход стробируемого компаратора 17 соединен с управляющими входами четвертого коммутатора 18 и блока 19 вычитания, а также с входом распределителя 20 импульсов, N выходов которого соединены соответственно с N входами выходного регистра 21, N выходов которого являются информационными выходами устройства. Выход генератора 22 импульсов опроса соединен с управляющими входами третьего коммутатора 16, стробируемого компаратора 17, распределителя 20 импульсов и выходного регистра 21.

Автономная измерительная система работает следующим образом.

Интенсивность излучения объекта 1 вследствие работы первой системы 3 наведения и фокусировки воспринимается первой фотоприемной матрицей 5 и после преобразования в первом измерительном преобразователе 7 записывается в первый блок 9 памяти. Одновременно интенсивность излучения объекта 2 вследствие работы второй системы 4 наведения и фокусировки воспринимается второй фотоприемной матрицей 6 и после преобразования во втором измерительном преобразователе 8 записывается во второй блок 10 памяти.

Пусть в первом блоке 9 памяти записано значение интенсивности излучения, равное U1, а во втором блоке 10 памяти записано значение интенсивности излучения, равное U2. Значения интенсивностей U1 и U2 с первого и второго блоков 9 и 10 памяти поступают соответственно на инверсный и прямой входы компараторов 13, который осуществляет операцию их сравнения. При этом его выходной сигнал несет информацию о том, какое из двух значений интенсивностей U1 или U2 больше (или меньше) по отношению друг к другу. Сигнал с выхода компаратора 13 управляет работой первого и второго коммутаторов 11 и 12. При этом на управляющий вход первого коммутатора 11 он поступает непосредственно, а на управляющий вход второго коммутатора 12 - через инвертор 14. Если U1 < U2, то на выход первого коммутатора 11 с его первого входа передается значение U2, записанное в первом блоке 9 памяти, а на выход второго коммутатора 12 с его второго входа передается значение U2, записанное во втором блоке 10 памяти. Если U1 > U2, на выход первого 11 коммутатора с его второго входа передается значение U2, на выход второго коммутатора 12 с его первого входа передается значение U1. Таким образом, на выход первого коммутатора 11 всегда передается меньшее из двух значений U1 и U2, записанных соответственно в первом и втором блоках 9 и 10 памяти, а на выход второго коммутатора 12 всегда передается большее из них.

Пусть для определенности U1 < U2. Тогда на выходе первого коммутатора 11 будет присутствовать значение интенсивности U1, которое поступает на первый вход четвертого коммутатора 18, а на выходе второго коммутатора 12 будет присутствовать значение интенсивности U2, которое поступает на вход делителя 15.

Делитель 15 осуществляет N раз деление значения интенсивности U2 на основание системы счисления, в которой будет представлен результат измерений, возведенный в заданную положительную целую степень. При двоичной системе счисления на выходах делителя 15 будут присутствовать соответственно N значений Число выходов делителя 15 соответствует числу разрядов представления результата измерения. При этом точность представления результата измерения будет определяться младшим разрядом, вес которого равен U2/2N. Таким образом, чем больше N тeм выше точность измерения, и, следовательно, лучше разрешающая способность данного способа.

N выходов делителя 15 соединены соответственно с N входами третьего коммутатора 16, выход которого соединен с входом вычитаемого блока 19 вычитания и с инверсным входом стробируемого компаратора 17.

B исходном состоянии четвертый коммутатор 18 подключен к выходу своим первым входом и передает информацию с выхода первого коммутатора 11. Поэтому на выходе четвертого коммутатора 18 будет присутствовать значение интенсивности U1, которое поступает на вход уменьшаемого блока 19 вычитания и прямой вход стробируемого компаратора 17.

Генератор 22 импульсов опроса выдает последовательно N импульсов, которые управляют работой третьего коммутатора 16, стробируемого компаратора 17, распределителя 20 импульсов и выходного регистра 21.

Под воздействием первого импульса опроса третий коммутатор 16 передает на выход значение U2/21 с первого своего входа, которое поступает на вход вычитаемого блока 19 вычитания и на инверсный вход стробируемого компаратора 17.

Стробируемый компаратор 17 под воздействием первого импульса опроса осуществляет операцию сравнения значения интенсивности U1 и значения U2/21.

Если U1 < U2, то на выходе стробируемого компаратора 17 будет уровень логического нуля, и под воздействием того же первого импульса опроса распределитель 20 импульсов со своего N-го выхода запишет нулевой бит информации в старший N-ый разряд выходного регистра 21. Уровень логического нуля с выхода стробируемого компаратора 17 поступает на управляющие входы четвертого коммутатора 18 и блока 19 вычитания, но не приводит к выполнению операций этими блоками. Они сохраняют свое предыдущее состояние.

Если U1 > U2/21, на выходе стробируемого компаратора 17 появится импульс, имеющий уровень логической единицы. Этот импульс поступает на вход распределителя 20 импульсов, который под воздействием первого импульса опроса со своего N-го выхода запишет единичный бит информации в старший N-ый разряд выходного регистра 21. Импульс c выхода стробируемого компаратора поступает на управляющие входы блока 19 вычитания и четвертого коммутатора 18. Блок 19 вычитания сформирует разность S1 U1 U2/21. После этой операции четвертый коммутатор 18 подключаем на выход свой второй вход, так, что на вход "уменьшаемого" блока 19 вычитания будет поступать разность S1.

Затем генератор 22 импульсов опроса выдает второй импульс опроса.

Под воздействием второго импульса опроса третий коммутатор 16 передает на выход значение U2/22 со второго своего входа, которое поступает на вход вычитаемого блока 19 вычитания и на инверсный вход стробиpуемого компаратора 17.

Стробируемый компаратор 17 под воздействием второго импульса опроса вновь осуществляет операцию сравнения значений величин, поступающих на его входы. При этом в зависимости от предыдущего этапа работы возможны две ситуации. Если на предыдущем этапе работы было получено, что U1 < U2/21, то на прямой вход стробируемого компаратора 17 опять будет поступать значение интенсивности U1. B соответствии с этим стробируемый компаратор 17 будет осуществлять операцию сравнения значения интенсивности U1 и значения U2/22. Если U1 < U2/22, то дальнейшая работа системы будет аналогична работе для случая, описанного выше, когда выполнялось условие U1 < U2/21. Отличие будет заключаться лишь только в том, что нулевой бит информации будет записан с (N-1)-го выхода распределителя 20 импульсов в (N-1)-ый разряд выходного регистра 21. Если окажется, что U1 > U2/22, то дальнейшая работа системы будет аналогична работе для случая, описанного выше, когда выполнялось условие U1 > U2/21. Отличие будет заключаться лишь в том, что единичный бит информации будет записан в ( N-1)-го выхода распределителя 20 импульсов, в ( N-1)-ый разряд выходного регистра 21, а блок 19 вычитания сформирует разность: S2 U1 U2/22.

Если на предыдущем этапе работы было получено, что U1 > U2/21, то на прямой вход стробируемого компаратора 17 будет поступать разность S1. В соответствии с этим стробируемый компаратор 17 будет осуществлять операцию сравнения значений S1 и U2/22. Если окажется, что S1 < U2/22, то на выходе стробируемого компаратора 17 будет уровень логического нуля, и распределитель 20 импульсов со своего ( N-1)-го выхода запишет нулевой бит информации в (N-1)-ый разряд выходного регистра 21. При этом четвертый коммутатор 18 и блок 19 вычитания операций не выполняют и сохраняют свое состояние. Если окажется, что S1 > U2/22, то на выходе стробируемого компаратора 17 появится импульс, имеющий уровень логической единицы. В соответствии с этим распределитель 20 импульсов со своего (N-1)-го выхода запишет единичный бит информации в ( N-1)-ый разряд выходного регистра 1. Под воздействием импульса с выхода стробируемого компаратора 17 блок 19 вычитания сформирует следующую разность: S2 S1 U2/22. Полученная разность через второй вход четвертого коммутатора 18 поступает на прямой вход стробируемого компаратора 17 и на вход уменьшаемого блока 19 вычитания.

Далее генератор 22 импульсов опроса выдает третий импульс опроса, и начинается новый такт работы системы.

Вышеописанный процесс продолжается N тактов. Под воздействием последнего N-го импульса опроса будет сформирован и записан соответствующий бит информации (нулевой или единичный) в последний 1-ый разряд выходного регистра 21, соответствующий младшему разряду результата измерения. В итоге в выходном регистре 21 будет иметь результат измерения, представленный в цифровом коде. Математически результат измерения, связывающий два значения интенсивностей U1 и U2, можно записать в следующем виде: где U1 и U2 соответственно меньшая и большая измеряемые физические величины; а1, а2, аN записанные в выходной регистр биты информации, соответствующие нулю или единице в зависимости от результата сравнения, полученного с помощью стробируемого компаратора 17.

Качественную информацию несет выходной сигнал компаратора 13. Информация с выхода компаратора 13 и цифровой результат измерения, записанный в выходной регистр 21, дают полное представление о соотношении значений величин U1 и U2.

Формула изобретения

Способ автономных измерений физических величин, заключающийся в том, что воспринимают физические величины с помощью первичных измерительных преобразователей, преобразуют их в удобную для сравнения форму, запоминают последовательно во времени или одновременно значения преобразованных физических величин и осуществляют их сравнение, отличающийся тем, что дополнительно выполняют деление большей величины на основание выбранной системы счисления, возведенное в соответствующую разряду положительную целую степень, сравнивают меньшую физическую величину с большей из полученных делением величин, при превышении первой вычитают из нее последнюю и записывают единичный бит информации в соответствующую ячейку памяти, а полученную после вычитания величину сравнивают со следующей по размеру из полученных делением величин, в противном случае в названную ячейку памяти записывают нулевой бит информации, а меньшую измеряемую физическую величину сравнивают со следующей по размеру из полученных делением величин, по результатам любого из последних сравнений записывают единичный или нулевой бит информации в следующую ячейку памяти, процесс вычитания и сравнения соответствующих величин с записью результирующей информации в соответствующую i-му разряду ячейку памяти продолжают N раз, количество которых определяют количеством ячеек памяти, а по рeзультатам записанных раздельно бит информации судят о соотношении измеренных физических величин на основании выражения: где U1 и U2 соответственно меньшая и большая измеряемые физические величины; q основание выбранной системы счисления; a1,a2,ai,aN записанные раздельно бит информации.

РИСУНКИ

Рисунок 1