Система для телеизмерений

Система для телеизмерений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(и) 493788

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.02.74 (21) 1991915/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.11.75. Бюллетень № 44

Дата опубликования описания 22.04.76 (51) М. Кл. G 08с 19/28

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 021,398(088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Б. Я. Авдеев, Е. М. Антонюк, Jl. Г. )Куравин и Е. И. Семенов

Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина) (54) СИСТЕМА ДЛЯ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ

Система относится к области телеизмерений и может применяться в радио- и проводной телеметрии, дальней связи.

Известны системы передачи данных с использованием канала обратной связи, содержащие на передающей стороне датчики, выход каждого из которых соединен с сигнальными входами соответствующих ключей и преобразователей погрешности аппроксимации. Выходы ключей, соответствующих датчикам, подключены к первому входу аналогоцифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом блока считывания и управления. Один из выходов блока считывания и управления через канал связи подключен к входу дискриминатора на приемной стороне, первый и второй выходы дискриминатора — к входам адресного дешифратора и цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен с первыми входами ключей. Управляющие входы каждого из ключей соединены с соответствующими выходами адресного дешифратора, выходы каждого из ключей, соответствующих датчикам, — с блоками регистрации. Блок считывания канала обратной связи через соответствующий канал подключен к второму входу блока считывания и управления на передающей стороне.

В известном устройстве проводится защита сообщений только от сбоев в канале связи (от помех). В то же время в современных системах, особенно в телеизмерительных системах, большое значение приобретает необходимость уменьшения суммарной погрешности, состоя5 щей для дискретных систем в основном из трех составляющих — погрешности сбоев в канале связи в,g, погрешности квантования е „ определяемой числом разрядов кодирующего устройства системы, и погрешности аппрокси1О мации входных сигналов е„определяемой частотой дискретизации сигнала во времени и алгоритмом восстановления сигнала.

Цель изобретения — создание телеизмери- тельной системы, в которой минимизируется

15 суммарная погрешность телеизмерений.

Это достигается включением на передающей стороне системы блока усреднения погрешностей аппроксимации и анализатора погрешности аппроксимации, соединенных своими вхо2О дами с выходами преобразователей погрешности аппроксимации. Вход управления анализатора погрешности аппроксимации подключен к соответствующему выходу блока управления и считывания, другой выход которого

25 соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя. Одни выходы преобразователя подсоединены к первым входам первого и второго ключей, вторые входы этих ключей— соответственно к выходу блока усреднения

ЗО погрешностей аппроксимации и к клемме ис,еф

493788

3 точника эталонного напряжения. Один из выходов анализатора погрешности аппроксимации соединен с входом «код в адрес» блока управления и считывания, другие выходы — с вторыми входами ключей, соответствующих датчикам, На приемной стороне в устройство введены формирователь погрешности квантования, анализатор погрешности, блок усреднения погрешностей от сбоев. Второй выход дискриминатора соединен через формирователь погрешности квантования с первым входом анализатора погрешности. Выход первого ключа подключен к второму входу анализатора погрешности. Выход второго ключа через блок усреднения погрешностей от сбоев соединен с третьим входом анализатора погрешности, выход которого подключен к входу блока считывания канала обратной связи.

При фиксированных характеристиках канала связи (полоса частот и отношение сигнал/

/шум) не представляется возможным добиться малости всех трех составляющих суммарной погрешности. 1ак, например, если увеличивать число разрядов кода п, которым передается информация по каналу связи, то уменьшится погрешность квантования е „но увеличится интервал дикретизации, а следовательно, и погрешность аппроксимации е,, Если с целью уменьшения погрешности сбоев е б увеличивать ширину кодовых посылок т, то придется уменьшить число разрядов кода, т. е. увеличить е„, или (и) уменьшить скорость ввода информации (увеличить е ).

Анализ соотношений, характеризующих дисперсии частных и суммарной погрешностей показывает, что имеются оптимальные величины и и т, соответствующие минимуму дисперсии суммарной погрешности телеизмерительной системы. Близкими к оптимальным являются также величины п и т, для которых все частные погрешности одинаковы.

В соответствии с изложенным и разработана телеизмерительная система, в которой анализируются погрешности квантования, аппроксимации и сбоев и вырабатывается сигнал коррекции (изменения п или т), который передается на передающую сторону системы по каналу обратной связи.

На чертеже представлена структурная схема телеизмерительной системы.

Телеизмерительная система включает в себя передающую и приемную сторону, канал связи и канал обратной связи между ними.

Передающая сторона содержит датчики 1 информации для преобразования различных параметров в электрический сигнал, например напряжение постоянного тока. Выходы датчиков подключены к входам преобразователей 2 погрешности аппроксимации, предназначенных для выработки сигнала (напряжения), пропорционального погрешности аппроксимации по выбранному алгоритму, и к сигнальным входам т ключей 3, служащих для передачи напряжения с выхода датчиков к

4 ь входу этих ключей, соединенных между собои.

Общее количество ключей т-1-2, где т — число датчиков системы. Управляющие входы m ключей 3, связанных с датчиками, соединены с выходами анализатора 4 погрешности аппроксимации, предусмотренного для подключения ключа 3 того датчика, погрешность аппроксимации сигнала которого наибольшая в данный момент, и для формирования кода номера этого датчика. Входы анализатора 4 погрешности аппроксимации связаны с выходами преобразователей 2 погрешности аппроксимации и с одним из выходов блока 5 управления и считывания. Блок 5 служит для преобразования параллельного кода параметра и номера датчика в последовательный и выдачи его в канал связи, а также для выработки сигналов управления двумя ключами 3, связанными один с блоком б усреднения погрешностей аппроксимации, а другой — с источником эталонного напряжения С4. Передающая часть системы содержит также аналого-цифровой преобразователь 7 для преобразования аналоговых сигналов с датчиков в код. Вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходами ключей 3, а выходы его — c соответствующими входами блока 5 управления и считывания. Кроме того, управляющий вход преобразователя 7 связан с одним из выходов блока 5, формирующих сигнал начала преобразования. Выход блока управления и считывания соединен с входом канала связи, а дополнительный вход этого блока — с выходом канала обратной связи.

Приемная сторона системы содержит дискриминатор 8 импульсов, обеспечивающий отделение импульсов кода номера датчика (адреса) от импульсов кода параметра, вход которого связан с выходом канала связи, а первый выход — с входом адресного дешифратора 9, преобразующего двоичный код адреса в единичный. Второй выход дискриминатора 8 соединен с входом цифро-аналогового преобразователя 10, преобразующего код параметра в аналоговый сигнал, и с входом формирователя 11 погрешности квантования. Выход преобразователя 10 подключен к входам ключей 12, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами дешифратора 9. Количество ключей 12 такое же как и ключей 3 на передающей стороне системы, т. е. и+2, т ключей 12 служит для передачи соответствующего параметра на определенное устройство 13, предназначенное для регистрации измерительной информации. Формирователь 11 погрешности квантования, предусмотренный для формирования напряжения, пропорционального погрешности квантования, своим выходом связан с одним из входов анализатора 14 погрешности, второй вход которого соединен с выходом блока 15усреднения погрешностей от сбоев (помех) в канале связи е,б, а выход анализатора 14 — с блоком

16 считывания канала обратной связи. Анализатор погрешности сравнивает погрешности

493788 в,б, в,, и в,, между собой и на основании этого сравнения принимает то или иное решение, а именно — увеличить т, уменьшить т, увеличить и, уменьшить и. Блок 15 усреднения погрешностей от сбоев (помех1 в канале связи служит для того, чтобы анализатор 14 не срабатывал от одиночных помех. Вход этого блока связан с выходом соответствующего ключа

12, а выход — с третьим входом анализатора 14 погрешности.

Блок 16 считывания канала обратной связи передает сигналы коррекции от анализатора погрешности по каналу обратной связи.

Телеизмерительная система работает следуюгцим образом.

Преобразователи 2 погрешности аппроксимации непрерывно анализируют сигналы с выходов датчиков 1 и подают на анализатор 4 погрешности аппорксимацчи сигналы (напряжения), пропорциональные погрешности аппроксимации в соответствии с выбранным алгоритмом. Анализатор 4 анализирует погрешности аппроксимации сигналов всех датчиков и включает ключ 3 того датчика, погрешность аппроксимации сигнала которого наибольшая в данный момент. Анализатор погрешности аппроксимации управляется блоком управления и считывания. который выдает разрешение на анализ и включение определенного ключа

3 по окончании передачи в канал связи,предыдущего значения.

Сигнал выбранного датчика поступает на аналого-цифровой преобразователь 7, который преобразует аналоговый сигнал (параметр) датчика в параллельный код с разрядностью и.

Этот код проходит на блок 5 управления и считывания. Одновременно с этим на блок 5 подается код номера выбранного датчика от анализатора 4 погрешности аппроксимации.

Блок управления и считывания преобразует параллельный код параметра и номера датчика в последовательный и передает его в канал связи.

На приемной стороне системы последовательный код поступает на дискриминатор 8 импульсов, отделяющий импульсы кода номера датчика от кода параметра. Код номера попадает на адресный дешифратор 9, а код параметра — на пифро-аналоговый преобразователь 10. Дешифгатор 9 открывает соответ ствующий ключ 12, через который значение параметра подается на регистрирующие устройства 13. Так работает телеизмерительная система без коррекции составляющих суммарной погрешности с адаптивным коммутатором (блоки 2, 3, 4) на передающей стороне.

Рассмотрим, как происходит коррекция составляющих суммарной погрешности, а именно, как можно добиться, чтобы в,г„в, и в, были бы равны друг другу и, следовательно, суммарная погрешность была бы близка к минимуму. Для этого на передающей стороне введен блок 6 усреднения погрешностей аппроксимации по всем датчикам, на который подаются сигналы с выходов всех преобразо5

65 вателей 2 погрешности аппроксимации. Этот блок вырабатывает сигнал, пропорциональный среднему значению погрешности аппроксимации по всем датчикам. Очевидно. что если среднее значение погрешности аппроксимации велико, то необходимо увеличить частоту коммутации датчиков. Среднее значение погрешности аппроксимации от блока 6 через свой ключ 3 подается на аналого-питеровой преобразователь 7, кодируется и вместе со своим признаком передается на приемную сторону по каналу связи. На приемной стоооне IIofI, этой погрешности преобпаз .ется в niiaлоговый сигнал и через свой ключ 12 подается на анализатор 14 погрешчости, где сгавпивается с др гими составляюшими суммарной

iiorDefIIFIocTFI системы.

Составляющая суммарной погрепгности от сбоев в канале связи обпазт ется пни перед",че через канал связи эталонного напряжения С,.

Это напряжение через свой ключ 3. котогый управляется блоком 5, подается на пгеобразователь 7, кодир ется и вместе со своим ггизнаком передается по канаfiv связи на пгиемную cTQDQHv. На приемной стопоне код эталонного напряжения поеобраз ется в » ëoã и через свой ключ 12 пост пает на блок 15 vcреднения погрешностей от сбоев, гче вычитается из наппяжения, равного У,, и; сге няется по модулю за определенное впемя. Усгедненная разность подается в аналп атог l погрешности, где сравнивается с др гим f составляющими суммарной погрешности, Н "иболее простым способом формирования поггешности сбоев является передача по каналу связи кода, соответствуюшего напряжению, равпо п

m лю. В этом случае погрешность от сбоев (помех) в канале связи всегда одного знака.

Формирование на приемной стооопе coe ifего значения погрешности аппроксимации е„и погрешности сбоев е, проводится периодически по командам от блока управления и считывания (сигналы включения cooTBCTcTBVIoщих ключей 3, а следовательно. и соответствуюгцих ключей 12). Период фопмирования этих команд выбирается в зависимости от характеристик входных сигналов (.ем чагце меняется стационарность входных сигналов. тем чаще необходимо подавать командтна формирование средней погрешности аппроксимации) и от характера помех в канале связи (чем менее стационарны помехи в канале связи, тем чаще должна вырабатываться команда на формирование погрешности сбоев). Так как эти характеристики входных сигналов и канала связи обычно априорно известны, то и подача этих команд может быть заложена в программе работы блока 5 управления и считывания. Например, эти команды могут вырабатываться через определенное число считываний сигналов обычных датчиков.

Для нахождения третьей составля.niireif суммарной погрешности в системе на приемной стороне предусмотрен формирователь 11 погрешности квантования, на вход которого по493788

7 даются импульсы кода параметра. Сам формирователь представляет собой цифро-аналоговый преобразователь, управляемый счетчиком на число разрядов и, который переключается импульсами кода параметра. Напряжение, вырабатываемое на выходе этого цифро-аналогового преобразователя, вычитается из напряжения, получаемого на выходе этого же преобразователя при максимальном числе разрядов кода. Очевидно, что разность напряжений пропорциональна погрешности квантования.

Таким образом, на входы анализатора 14 погрешности поступают напряжения, пропорЦИОНаЛЬНЫЕ ПОГРЕШНОСТИ Е„Екв И Е,б. АНаЛИЗаТОр 14 ПрОВЕряЕТ СООТНОШЕНИЯ еа Bсб. есб екв и еа = ек, и выдает сигналы, соответствующие четырем решениям: увеличить т, уменьшить т, увеличить и, уменьшить и. Сигналы, соответствующие этим решениям, появляются на выходах анализатора 14 в следующих случаях.

Команда увеличить т и увеличить и вырабаТЫВаЕТСЯ, ЕСЛИ Bкв) Bсб) 8, ИЛИ Bсб) Bкв)

)е,; команда уменьшить т и уменьшить ив

ЕСЛИ Еа) екв) Bсб ИЛИ Ba) Bc6) Bкв УВЕЛИЧИТЬ и И УМЕНЬШИТЬ т — ЕСЛИ екв)еа)есб ИЛИ екв)

)е,б)е,. уменьшить п и увеличить т — если

Bсб ) Еа ) Екв ИЛИ Еа ) 8 с 6 ) екв.

Все эти решения легко реализуются с помощью трех устройств сравнения и нескольких логических схем «И», «ИЛИ», «НЕ». При принятии определенного решения на соответствующих выходах блока 14 появляется сигнал «1» и через блок 16 считывания канала обратной связи передается в блок 5 управления и считывания передающей стороны. В соответствии с принятыми командами в блоке

5 меняются параметры и и т.

Таким образом, в системе осуществляется коррекция частных составляющих суммарной погрешности, позволяющая минимизировать суммарную погрешность телеиз мерительной системы.

Предмет изобретения

Система для телеизмерений, содержащая на передающей стороне датчики, выход каждого из которых соединен с сигнальными входами соответствующих ключей и преобразователей погрешности аппроксимации, выходы ключей, соответствующих датчикам, подключе5

8 ны к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом блока считывания и управления, один из выходов которого через канал связи подключен к входу дискриминатора на приемной стороне, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входами адресного дешифратора и цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен с первыми входами ключей, управляющие входы каждого из которых подключены к соответствующим выходам адресного дешифратора, выходы каждого из ключей, соответствующих датчикам, соединены с блоками регистрации, блок считывания канала обратной связи через соответствующий канал подключен к второму входу блока считывания и управления на передающей стороне, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения надежности работы и точности передачи телеизмерений, в нее введены на передающей стороне блок усреднения погрешностей аппроксимации и анализатор погрешности аппроксимации, соединенные своими входами с выходами преобразователей погрешности аппроксимации, вход управления анализатора погрешности аппроксимации подключен к соответствующему выходу блока управления и счи-.ывания, другой выход которого соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, одни выходы которого подключены к первым входам первого и второго ключей, вторые входы которых подключены соответственно к выходу блока усреднения погрешностей аппроксимации и к клемме источника эталонного напряжения, один из выходов анализатора погрешности аппроксимации соединен с входом

«Код в адрес» блока управления и считывания, другие выходы соединены с вторыми входами ключей, соответствующих датчикам, на приемной стороне — формирователь погрешности квантования, анализатор погрешности, блок усреднения погрешностей от сбоев, причем второй выход дискриминатора соединен через формирователь погрешности квантования с первым входом анализатора погрешности, выход первого ключа подключен к второму входу анализатора погрешности, выход второго ключа через блок усреднения погрешностей от сбоез соединен с третьим входом анализатор а погрешности, выход которого подключен к входу блоха считываиия канала обратной связи.

493788

1

1 ! !

1 ! !

Составитель Н. Лысенко

Техред 3. Тараненко Корректор Н. Стельмах

Редактор И. Грузова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 663/17 Изд. № 2031 Тираж 679 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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