Устройство для контроля и измерения параметров

Устройство для контроля и измерения параметров

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистический

Республик

/ а

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 30.09. 80 (21) 2987200/18-24 ($1) М. КЛ. с присоединением заявки ¹

G 05 В 23/02

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Г1ри оритет (53) УДК 621 318..56 (088.8) Опубликовано 300782. Бюллетень ¹28

Дата опубликования описания 30.07.82 (72) Автор, изобретения

Ю.Н.Самарцев вг:.", .()тт) ц g -.

Киевский ордена Ленина политехнический инс,и им. 50-летия Великой Октябрьской социйлифтйческой революции t (71) Заявитель

Бй 6- и" (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может быть использовано для автоматического контроля и измерения параметров функциональных элементов н схем.

Известно устройство для контроля интегральных схем, содержащее вычислительную машину, блок ввода, блок управления, анализаторы, соединенные с выводами контролируемой интегральной схемы, блок опорных воздействий, генератор, формирователь сигналов и цифровой вольтметр $1 j.

В известном устройстве посред ством анализаторов задаются испытательные воздействия на испытуемую схему и контролируются значения выходных параметров, снимаемых с выводов испытуемой схемы. Однако это устройство имеет низкую достоверность контроля из-за погрешностей преобразования и измерения контролируемых параметров.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является дискретная система автоматического контроля и измерения параметров, содержащая блок формирования испытательных сигналов, коммутаторы, промежуточные преобразователи контролируемых параметров, аналого-цифровой преобразователь, блок сопоставления, логический блок, устройство выдачи результатов измерения, блок вывода, блок самопроверки, блок уп равления, блок формирования эталонных сигналов $2).

В известном устройстве блок сопоставления анализирует разность кодов, соответствующих эталонному сиГналу, сформированному блоком формирования эталонных сигналов, и контролируемому параметру, подаваемых по общему тракту, поэтому аддитив. ные погрешности промежуточного преобразования и кодирования вычитаются. Однако в этом случае достоверность контроля и точность измерения недостаточны, так как на результаты контроля и измерения значительное влияние оказывают мультипликативная составляющая погрешности и погрешность нелинейности промежуточных

25 преобразований, возникающая из-за того, что преобразование тестового сигнала и контролируемого параметра происходит в разных точках динамической характеристики тракта преЗ0 образования и измерения.

947833 4

Цель изобретения — повышение достоверности контроля и точности измерения параметров °

Поставленная цель достигается тем, что н устройство для контроля и измерения параметров, содержащее блок 5 формирования испытательных сигналов, соединенный выходами с входами первого коммутатора, подключенного выходом к входу объекта контроля, второй коммутатор, соединенный выхода- !О ми через соответствующие первые масштабные преобразователи с первыми входами третьего коммутатора, логический блок и аналого-цифровой преобразователь, соединенные выходами с первым и вторым выходами устройства соответственно, управляющие входы блока формирования испытательных сигналов, первого, второго, третьего коммутаторов логического блока и блока формирования эталонных сигналон соединены с соотнетствуюцими выходами блока управления, внедены второй и третий масштабные преобразователи, сумматор, первый и второй 25 блоки памяти, источник опорных сигналон, блок вычитания, усилитель, четвертый и пятый коммутаторы и .двухпороговый компаратор, соединенный выходами с входами логического блока, первым входом — с выходом второго масштабного. преобразователя и первым входом блока вычитания, вторым и третьим входами — с соответстнуюцими первым и вторым выходами источника опорных сигналов, подключенного третьим выходом к второму входу блока вычитания, выход которого соединен через усилитель с первым входом четвертого коммутатора, подключенного первым выходом к.пер- 40 ному входу перного блока памяти и первому входу третьего масштабного преобразователя, соединенного вторым входом с четвертым выходом источника опорных сигналов, выходом — 45 с первым входом сумматора, соединенного вторым входом с выходом третьего коммутатора, выходом— с первым входом второго масштабного преобразователя, второй вход .которого подключен к второму выходу четвертого коммутатора и первому входу второго блока памяти, соединенного упранляющим входом с выходом блока управления, соединенным соответствующими выходами с соответствующими управляющими входами второго блока памяти, источника опорных сигналон и четвертого коммутатора, выход пятого коммутатора соединен с нходом второго коммутатора, первый вход — с вторым выходом первого коммутатора, второй вход — с выходом объекта контроля, третий вход — с выходом блока формирования эталонных сигналов. 65

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 — обобщенные кривые функции преобразования устройства.

Устройство содержит блок 1 формирования испытательных сигналов, включающий источники испытательных воздействий (генераторы) 2, первый коммутатор 3, блок 4 управления, пятый коммутатор 5, блок б формирования эталонных сигналов, второй коммутатор 7, первые масштабные преобразователи 8, третий коммутатор 9, сумматор 10, третий масштабный преобразователь 11, источник 12 опор-, ных сигналов, днухпороговый компаратор 13, второй масштабный преобразователь 14, аналого-цифровой преобразователь 15, блок 16 вычитаний, усилитель 17, четвертый коммутатор

18, первый 19 и второй 20 блоки памяти, логический блок 21, объект 22 контроля соединен входами с выходами первого коммутатора, а выходами с вторыми нходами пятого коммутатора.

На фиг.2 изображены следующие функции преобразонания устройства;

1 — идеализированная функция преобразования; 2 - реальная функция преобразования тракта преобразования;

3 - скорректированная н результате действий системы функция преобразования системы для контроля и измерения параметров; 4 — функция преобразования, по которой происходит преобразование параметров в системе-прототипе.

Устройство работает следующим образом.

Функция преобразования тракта преобразования, состоящего из коммутаторов 5, 7, 9 и преобразователей 8, н обцем виде имеет вид кривой

2 (фиг.2) и описывается функцией вида

Y (Х) = КХ+Ь+ Ь нел(Х) ° где Х и Y — входной и выходной сигналы тракта преобразования;

К вЂ” коэффициент, характериэуюций линейную составляющую функции преобразования;

Ь вЂ” начальное (нулевое) смещение функции преобразования, аддитивная состав ляющая погрешности преобразования; (Х) — нелинейная состанляющая

НЕЛ функции преобразования зависимости от входного сигнала °

Годность контролируемого объекта 22 определяют по величине преобразованного сигнала 28 объекта 22, возбуждаемого испытательными сигналами, поступающими на вход объекта 22

947833 от блока 1 формирования испытатель= ных сигналов.

Необходимо, чтобы значение контролируемого параметра И объекта 22 при возбуждении от одного из генераторов

2 испытательных сигналов находилось в пределах нижнего Ж н и верхи его д е допустимых значений, т.е. если при контроле выполняется условие

Жн сж < bi

1О то параметр принимается годным, в, противном случае - негодным.

Суждение о годности объекта контроля производится в предлагаемой системе по значению преобразованного 15 системой сигнала.

Система работает в двух режимах: режиме коррекции функции преобразования тракта преобразования и режиме контроля и измерения.

В зависимости от вида контролируемого параметра блок 4 управления выбирает с помощью коммутаторов 3, 7, 9 генератор 2.испытательных сигналов, входЫ и выходы контролируемого объекта 22, преобразователь 8, эталонный сигнал, формируемый блоком 6 формирования эталонных сигналов. Блок б формирует эталонные сигналы в зависимости от вида контролируемого параметра Ж объекта 22 30 контроля, Источник 12 опорных сигналов формирует опорные сигналы в соответствии с видом выходных сигналов У тракта преобразования.

Режим коррекции функции преобразо-35 вания тракта преобразований осуществляется в два такта.

В первом такте блок 4 с помощью коммутаторов 7, 9 выбирает необходимый для преобразования контролируемого параметра преобразователь 8, а также устанавливает с помощью блока б формирования эталонных сигналов вид эталонного сигнала Хе, физически однородный контролируемо- 45 му параметру2р.. Коммутатор 5 подключает выход блока б формирования эталонных сигналов к входу коммутатора 7.

В начальный момент вход коммута:тора 18 отключен от выходов. Источник опорных сигналов 12 формирует на своем выходе, подключенном к масштабному преобразователю 11, нулевой сигнал, следовательно, сигнал

Уо на выходе преобразователя 11 ра- 55 вен нулю, т.е. Y = 0 Коэффициент преобразования К масштабного преобразователя 14 равен единице, т.е.

К,ц,=l. На одном из двух других выходов источника 12, соединенных 60 с двумя входами компаратора 13, фор-. мируется сигнал Y -=О, а на втором сигнал У,, значение .которого заведоiмо больше значения сигнала Y<, пре,образованного трактом преобразования 65 входного сигнала Х, значение которого равно нижнему допустимому значению

Жн контролируемого параметрам . Блок

6 формирования эталонных сигналов формирует эталонный сигнал Х, значение которого равно нижнему допустимому значению Ж„ контролируемого параметра, т.е..

Х = Хо= и, где Х вЂ” сигйал на входе тракта преобразований.

Преобразованный трактом преобразо-.. ваний сигнал Y через сумматор 10, масштабный преобразователь 14 поступает на сигнальный вход компаратора 13. В зависимости от того, больше или меньше нуля значение +, преобразованного трактом преобразования сигнала Y =Y--Y>, блок 4 управления формирует в дальнейшем знак опорного сигнала на первом выходе источни-. ка 12 опорных сигналов, соединенном с преобразователем 11. Если У„рО, то формируется опорный сигнал отрицательной полярности, если У е 0 - положительной.

Пусть (фиг.2) значение Ун, соответствующее кривой 2 реальной функции преобразования тракта преобразования, больше нуля, т.е. У>> 0. Тогда на выходе источника 12 формируется опорный сигнал определенной величины отрицательной полярности. Коммутатор 18 подключает выход усилителя 17 к управляющему входу масштабного преобразователя 11, так что усилитель 17 и преобразователь 11 о6разуют контур отрицательной обратной связи. На выходе источника опорных сигналов 12, соединенном с входом блока 16 формируется сигнал Уо, 1. равный нулю, т.е. Y =О. Коэффициент передачи масштабного преобразователя ll управляемого коммутатором 18, изменяется до тех пор, пока сигнал

Y, равный разности сигналов у тракта преобразования и сигнала Y преобразователя 11, не становится равным нулю, т.е.

f i

-Y+Yo=Yo=0 °

При этом значение сигнала Y на выходе масштабного преобразователя 11 равно значению Ун и противоположно eMy no знаку, т.е.

Уо = Ун °

Управляющее воздействие E s момент равенства Y = -У„, запомина" ется в блоке 19 памяти, а коммутатор 18 размыкает выход усилителя 17 от входа преобразователя 11 °

Во втором такте коррекции блок 6 формирования эталонных сигналов формирует на своем выходе сигнал Х, значение которого равно величине верхнего допустимого значения Жэ контролируемого параметра, т.е.

Х = ХО=Мэ

947833.На выходе источника опорных сиг-. налов 12 формируется сигнал У!р значение которого равно разности величин Уя, равного верхнему допустимоI му значению Жз контролируемого параметра Ж и Ум, равного нижнему допустимому значению, т,е. ! 1, 1 . ! s зев Ум= ем "о="& Ум= ее ®н (кривая 1, фиг. 2) .

Величина сигнала Уо на первом вы- 10 ходе преобразователя 11 под управлением воздействия 2,, хранящегося в блоке 19 памяти, равна р М

Коммутатор 18 подключает выход усилителя 17 к управляющеМу входу масштабного преобразователя 14, так что усилитель 17 и преобразователь 14 образуют контур отрицательной обратной связи. По цепи обратной 20 связи коэффициент преобразования

К 4 масштабного преобразователя 14 изменяется управляющим сигналом Е до тех пор, пока значение сигнала

Y на выходе преобразователя 14 не 25 становится равным величине сигнала

Y, т.е, при К =K

Ч g =У g -9 =Ж -Х„.

Управляющее воздействие Е в момент равенства сигналов Y и У„ ! запоминается в блоке 20 памяти, после чего коммутатор 18 размыкает выход усилителя 17 от входа преобразователя 14.

На этом заканчивается режим коррекции функции преобразования тракта преобразования системы, В режиме контроля и измерения устройство работает следующим образом.

Все блоки устанавливаются в ис- 4О ходное состояние по сигналу от блока 4 управления. В зависимости от вида контролируемого параметра с помощью, коммутаторов 3, 7, 9 блок 4 выбирает генератор испытательных 45 сигналов, входы и выходы контролируемого объекта и так.же, как и в режиме коррекции, необходимый промежуточный преобразователь 8 вид эталонного сигнала от блока 6. 50

Сигнал Уо = -Y ° a Kg4. =K 4 /Zg .

Вход коммутатора 18 разомкнут от выходов. Коммутатор 5 подключает вы-ход объекта 4 контроля к входу коммутатора 7, так что контролируемый параметрЖ поступает в тракт преобразований, при этом Х=Х. Источник 12 опорных сигналов на своих двух выходах, подключенных к опорным вхо-. д двухуровневого компаратора 13, 60 формирует сигналы Y и У<, значения которых равны соответственно

Ч! !У2 Чз Ъ! - ь н °

Если сигнал Y при подаче на вход объекта 22 испытательного сигнала от блока 1 лежит в пределах значений сигналов Х и У,.поступающих на опорные входы компаратора 13, то логический блок 21 по выходным сигналам блока 13 признает объект

22 годным, так как если Y>c YcYg, то параметрЖ лежит.в области допустимых значений.

Если сигнал У оказывается меньше значения сигнала У или больше значения сигнала У>, то по сигналу с компаратора 13 блок 21 выносит суждение о выходе контролируемого параметрами» за пределы области допустимых значений ввиду выхода его по величине за пределы соответственно нижнего или верхнего допусти-! мых эначений, т.е. если У<У! или !

Y Y2„ то параметр признается негодным.

Сигнал Y с выхода преобраэоваI теля 14 поступает также для измерения на вход аналого-цифрового преобразователя 15, а число-эквивалент измеренного сигнала Y передается на ЗВМ или цифровую индикацию. Действительное значение контролируемого параметра ж равно сумме.значения измеренного сигнала !

Y и величины Y =%, равной нижнему допустимому значению контролируемого параметра Ж, т.е.

Ж =Y +УИ=У + Жм. !

В предлагаемой системе возможен также режим самоповерки, при котором сигнал заданной величины с выхода блока 1 формирования испытательных сигналов, минуя объект 22 контроля, через коммутаторы 5, 7, соответствующий преобразователь 8, коммутатор 9, сумматор 10, масштабный преобразователь 14 подается на сигнальный вход компаратора 13. После проведения контроля и сравнения результатов контроля и измерения величины. подаваемого с блока 1 сигнала с эталонными выносится решение о готовности системы к проведению контроля °

Приведенные на фиг.2 кривые идеализированной 1, реальной 2 и скорректированной 3 функции преобразования поясняют работу системы.

В конце первого такта коррекции функция преобразования

Ч = У (() + У р = КХ + Ь + Ь не,, (Х) + J p =0.

С Учетом тоГо, что Х="о=Жом, Кжн+Ь Фьиел(ми) Уо 0!

Чо=-К и- Ь неллам)" !!

В конце второго такта коррекции

I 1 (У+УрИ(И З Ум

С учетом значений сигналов Y и Ур а также при

И 44 Р2 Р Ь И Ь Н

Гмсь+ 1э+ ьмел Схь) кхн -ь -ьмел(_#_q))K<4 x8 хи

947833

1О. Формула изобретения

ЗО

9 Мв-Ж ) иел . (Мь) "ьивл(н)1 4) = в и.

При этом коэффициент К44 преобразования преобразователя 14 становится равным

К =К /Z 4 44 2 К(ь м)+аиьл (Хь) иел(Хи)

В режиме контроля и измерения с уче- 1О том значений сигнала Y = -Ун и коэффициента преобразования К4 =К44 /Z преобразователя 14 и того, что Х=Х, зависимость сигнала Y от контролиI руемого параметра М описывается уран l5 нением

g (М)=СЧ(М)+Уо.) К<4= (×(Х)-Уи )К 4 IZg .Ъ

Ч () =(К " Ь+ Ьиел Ж) -Кэ н- Э- иел Жи)) "

20 Ь и .»Г: —,Ла, :

Действительное значение контролируемого параметра

М =У (М) - Ми = КМ+Ьиел Ф)-Кхи аиел(н) »

"МЬИ и)+ьиел (Жь)- иел(и) при Х =%=Хи, Y(з н = О, I

Х =Ж=xbф о =Жь-хи.

Таким образом, скорректированная функция пре образ ов ан ия системы (ж) проходит через точку (Йи,. О) 35 и точку (Эав, (Зе жи) ) и пересекается в этих точках с кривой Х=Х+Ж,„

В устройстве-прототипе с учетом того, что устраняется аддитивная составляющая погрешности функции преобразования тракта преобразования, преобразование контролируемого параметра 36 происходит по кри.вой 4 (фиг.2). Таким образом, на достоверность контроля и точность измерения значительное влияние 45 оказывают мультипликативная и не- линейная составляющие погрешности функции преобразования, в. результате чего годными признаются параметры, находящиеся в пределах 5О (W < ЭЕ Ь ) вместо требуемых (Хн, ЖВ) °

В предлагаемой системе годность параметра Ж определяют по нахождению сигнала Y в пределах (0;(YI)-Y t)) что соответствует нахождению контролируемого параметра Ж н требуемых пределах (ЖН,М8). При этом точность измерения вблизи граничных точек, определяющих пределы допустимых значений контролируемого параметрами,, значительно повышается из-за уменьшения мультипликативной и нелинейной составляющих погрешности преобразования контролируемого параметра вблизи. этих точек. 65

Таким образом, в предлагаемой системе достоверность контроля повышается за счет исключения влияния мультипликативной и нелинейной составляющей погрешности преобразования тракта преобразования на результаты контроля, а также повышается точность измерения контролируемых параметров вблизи граничных точек, определяющих пределы допустимых значений из-за уменьшения мультипликативной и нелинейной составляющих преобразования в окрестностях этих точек °

Графическая интерпретация действий предлагаемой системы в режиме коррекции заключается н следующем.

В первом такте коррекции кривая 2 функции преобразования смещается по оси ординат на величину УИ так, чтобы точка кривой (% ;Yи) сместилась в точку (Жн,О).

Затем во втором такте осуществляется поворот кривой вокруг точки с координатами (%> 0) до пересечения кривой с точкой с координатами (МВ; (Мв-Ми) ), в результате чего кривая 2 трансформируется в кривую 3.

Устройство для контроля и измерения параметров, содержащее блок формирования испытательных сигналов, соединенный выходами с входами первого коммутатора, подключенного выходом к входу объекта контроля, второй коммутатор, соединенный выходами через соответствующие первые масштабные преобразователи с первыми входами третьего коммутатора, логический блок и аналого-цифровой преобразователь, соединенные выходами с первым и вторым выходами устройства соответственно, управляющие входы блока формирования испытательных сигналов первого, второго, третьего коммутаторов, логического блока и блока формирования эталонных сигналов соединены с соответствующими выходами блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений и повышения достоверности контроля, в устройство введены второй и третий масштабные преобразователи, сумматор, первый и второй блоки памяти, источник опорных сигналов, блок вычитания, усилитель, четвертый и пятый коммутаторы и двухпороговый компаратор, соединенный выходами с входами логического блока, первым входом — с вы. ходом второго масштабного преобразователя и первым входом блока вычитания, вторым и третьим входами с соответствующими первым и вторым

947833 выходами источника опорных сигналов, подключенного ретьим выходом к второму входу блока вычитания, выход которого соединен через усилитель с первым входом четвертого коммутатора, подключенного первым вы- 5 ходом к первому входу, первого блока памяти и первому входу третьего масштабного преобразователя,соединенного вторым входом с четвертым выходом источника опорных сигналов, 1О выходом — с первым входом сумматора, соединенного вторым входом-с выходом третьего коммутатора, выходом - с первым входом второго масштабного преобразователя, второй вход которого!5 подключен к второму выходу четвертого коммутатора и первому входу второго блока памяти, соединенного управляющим входом с выходом блока управления, соединенным соответствующими выходами с соответствующими управляющими входами второго блока памяти, источника опорных сигналов, четвертого .коммутатора, выход пятого коммутатора соединен с входом второго коммутатора, первый вход - с вторым выходом первого коммутатора, второй вход « с выходом объекта контроля, третий вход — с выходом блока Формирования эталонных сигналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Авторское свидетельство СССР

Р 419852, кл. 6 05 В 23/02, 1974, 2, Авторское свидетельство СССР

II 31б092, кл. G 06 P 15/46, 1972 (прототип) .

947833

Составитель В.Дворкин

Техред М. Рейвес Корректор Ю.Макаренко

Редактор Е. Папп

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4

Закаэ 5650/71 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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