Устройство контроля импульсных сигналов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Соц мистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15. 06. 81(21) 3290802/18-21 Р т1 М. КП.

Н 03 К 5/19 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621 374 (088. 8) Опубликовано 07.03.83. Бюллетень Мо 9

Дата опубликования описания 070383 (72) Авторы изобретения

И.Е.Хейфец, A.È.ßíâàðåâ, A.Т.Бибикова и Е Н.Акшейцева--?

1 -..В.И Ленина (71) Заявитель

Всесоюзный электротехнический институт ик (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к контролю импульсных систем и может быть ис-. пользовано для контроля многоканальных цифровых и импульсных устройств, сигналы на входах,и/или выходах. которых совпадают или перекрываются.

Известно устройство для контроля импульсов, основанных на контроле периода, поступающих на их вход импульсных сигналов, содержащее логические элементы И, ИЛИ, НЕ, одновибратор, з адержки, триггеры t1 ).

Недостаток его заключается в возможности отказов указанных элементов в состояния, приводящие к скрытым отказам устройства контроля.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для контроля, включающее в себя входные шины и блок контроля совпадений с двумя выходами, содержащий два триггера, выходы которых являются выходами блока контроля совпадений, два двухвходовых элемента

ИЛИ, входы которых являются входами блока контроля совпадений, логический элемент НЕ, а входы блока контроля совпадений связаны с входными шинами, а также включающее в себя два элемента и и два элемента HE f 21.

Недостатком устройства является возможность формирования неверной информации, а также возможность отказа по причине скрытых отказов используемых логических элементов внут ри устройства контроля.

Цель изобретения — повышение надежности контроля за счет фиксирования сбоев и отказов как контролируемого объекта, так и устройства контроля.

Для достижения цели в устройство контроля импульсных сигналов, включающее в себя входные шины и блок конт,роля совпадений с двумя выходами, содержащий два IK-триггера, выходы которых являются выходами блока контроля совпадений, два элемента ИЛИ,входы которых являются входами блока контроля совпадений, логический элемент НЕ, а входы блока контроля совпадений соединены с входными шинами, а также включающее в себя два элемента И и два элемента НЕ, введены два индикатора, два элемента задержки, а также два переключателя и блок контроля последовательностей импульсов, выполненный в виде последовательно

1003323 соединенных между собой элемент а

И- НЕ с дифференциал ь ными входами, логического элемента И для последовательностей импульсон, второй вход которого соединен с пятой входной шиной, и блока выявления неисправностей, причем н блок контроля совпадений введены четырехвходовый элемент И-НЕ, одновибратор и два днухвходовых элемента И-НЕ, при этом входы блока контроля совпадений, подключенные к пер- 10 вым входам элементов ИЛИ, подключены к двум переключающим контактам первого переключателя, его размыкающие контакты соединены с первой и второй входными шинами, а замыкающие кон- 15 такты соединены с третьей входной шиной, входы блока контроля совпадений, подключенные ко вторым входам элементов ИЛИ,подсоединены к четвертой входной шине, выходы элементов 20

ИЛИ соединены с двумя входами четырехвходоного элемента И-НЕ и первыми входами двухвходовых элементов

И-НЕ, вторые входы которых соединены с другими двумя входами четырехвходо- 2g ного элемента И-НЕ, с функциональными входами блока контроля последовательностей импульсов и выходами элементов задержки, а выхо ы подключены к объединенным входам Я и К соответствующих IK-триггеров, выход четырехвходоного элемента И-HE подключен к входу одновибратора, выход которого через первый элемент НЕ связан с тактирующими входами IK-триггеров выход каждого из которых через последовательно соединенные указанные другие элементы НЕ и И соединены с соответствующими индикатором и переключающим контактом второго переключателя, замыкающие контакты которого соединены с общей шиной, а размыкающие контакты с входами соответствующих элементов задержки, Кроме того, логический элемент И для последовательностей импульсон содержит двухвходовый элемент И, к одному входу которого подключен выход преобразователя последовательности импульсов в постоянное напряжение, состоящий из разделительного конденсатора, подключенного к катоду .шунтирующего диода и аноду выпрямительного диода, катод которого соединен с накопительным конденсатором и на рузочным резистором, а другие выводы накопительного конденсатора, нагрузочного резистора и анод шунтирующего диода подключены к общей шине, а второй вход является входом элемента

И для последовательностей импуль- 60 сов, а блок выявления неисправностей содержит повторитель из последовательно соединеHHhIx двух транзисторов, причем н базовую цепь первого транзистора включена разделительная це- 65 почка из диода и резистора, а к змиттеру второго тран зистора подключены шунтирующий диод и импульсное реле, содержащее параллельно соединенные между собой два последовательно включенных коммутирующих диода, сглажинающий конденсатор, реле, дна последовательно соединенных разделительных конденсатора, общая точка которых соединена с коллекторными резисторами транзисторов повторителя и шиной питания, индикатора неиспранности, включенного через размыкающие контакты реле к шинам питания, а другие контакты реле являются выходом устройстна.

На чертеже приведена схема устройства.

JcTpoHcTBo 1 контроля импульсных сигналов содержит блок 2 контроля совп аде ний, который состоит из ло гических элементов 3 ИЛИ, двух элементов 4 И-НЕ, четырехвходового элемента 5 И-НЕ, однонибратора б, инвертора

7, (К-триггеров, 8 с единичными выходами 9 и нулевыми выходами 10, блок 11 контроля последовательностей импульсов, который состоит из дифференциального элемента 12 И-HE в свою очередь состоящего из дифференциальных цепей 13 и элемента 14 И-НЕ, логиче ского элемента 15 И для посл едовательностей импульсов, в свою очередь состоящего из конденсаторов 16 и 17, диодов 18 и 19, резисторов 20 и 21, элемента 22 И, выявителя 23 неисправностей, в свою очередь состоящего из разделительной цЕпочки-диода

24 и резистора 25, нагрузочных резисторов 26 и 27, шунтирующего диода 28, транзисторов 29 и 30, коммутирующих диодов 31 и 32, разделительных конден. саторов 33 и 34, реле 35, сглаживающего конденсатора 36, индикатора 37 неисправности, выходных цепей 38-40.

Кроме того, устройство контроля импульсных сигналов содержит две кнопки 41 и 42, индикаторы 43, два элемента 44 задержки на исчезновение, импульсов, резисторы 45, элементы 46 HE и элементы 47 И, шину 48 питания и 49 общую шину питания, пятую 50, четвертую 51, третью 52, вторую 53 и первую 54 входные шины.

Входы блока 2 контроля совпадений, подключенные к первым входам элементов 3 ИЛИ подключены к двум переключающим контактам первой кнопки 41, их р азмыкающие контакты соединены с

5 4 пер вой и 5 3 второй входными шин ами, а замыкающие контакты соединены с 52 третьей шиной, входы блока 2 контроля совпаде ний, подключенные к вторым входам элемента 3 ИЛИ, подсоединены к 51 четнертой шине, выходы элементов 3 ИЛИ соединены с днумя входами четырехвходоного элемента 5 И-HE и с первыми входами

1003323 двухвходовых элементов 4 И-НЕ, вторые входы которых соединены с другими двумя входами четырехвходового эЛемента 5 И-НЕ, с функциональными входами блока 11 контроля последовательностей импульсов и выходами элементов 44 задержки, а выходы подключены ко входам S и К соответствующих триггеров 8, выход четырехвходового элемента

5 И-HE подключен к входу одновибратора 6, выход которого через первый элемент 7 НЕ связан с тактирующими входами триггеров 8, выход 9 .каждого из которых через последовательно соединенные укаэанные другие элементы

46 HE и 47 И,соединены с соответству-15 ющими индикатором 43 и переключающим контактом второй кнопки 42, замыкающие контакты которой связаны с общей шиной 49, а размыкающие контакты с входами соответствующих элементов 44 2() задержки.

Функциональные входы блока 11 контроля последовательностей импульсов являются входами диФФеренциально- го элемента 12 И-HE и подключены к дифференцирующим цепям 13, выходы которых соединены с входами элемента

14 И-НЕ, выход которого подключен к функциональному входу логического элемента 15 И для последовательностей импульсов через разделительный конденсатор 16, другой вывод которого подключен к катоду шунтирующего диода 18 и аноду выпрямительного диода 19, катод которого соединен 35 с накопительным конденсатором 17, нагрузочным резистором 20 и тремя входами элемента 22 И, четвертый вход которого является вспомогательным и соединен с входной пятой шиной 50 4О устройства 1, а выход его, соединенный с коллекторным резистором 21, подключен к аноду диода 24, катод которого соединен с резистором 25 представляющие собой разделительную це- 4 почку и к базе первого транзистора

29 выявителя неисправностей 23. Другие выводы накопительного конденсатора 17, нагрузочного резистора 20 и анод шунтирующего диода 18 соединены с эммитером первого транзистора

29 и другим выводом резистора 25 раз. делительной цепочки и соединены с общей шиной 49 питания, а к эммитеру второго транзистора 30 подключены шунтирующий диод 28 и импульсное реле, содержащее параллельно соединенные между собой два последовательно включенных коммутирующих диода 31 и . 32, сглаживающий конденсатор 36, реле

35 и два последовательно соединенных 60 разделительных конденсатора 33 и 34, общая точка которых соединена с коллекторными резисторами 26 и 27, транзисторов 29 и 30 повторителя, коллекторным резистором 21 элемента 22 И и, 65 шиной 48 питания. Индикатор 37 неисправности включен через размыкающие контакты реле 35 к шинам 48 и 49 питания, а другие контакты реле 35 являются выходом цепей 38-40 устройства 1.

Блок 2 контроля совпадений предназначен для контроля и запоминания вида несовпадений. Индикаторы 43 показывают вид несовпадений, а 37 сигнализирует о неисправности.

Вторая кнопка 42 позволяет вернуть элементы схемы контроля в исходное состояние, при нажатии кнопки

42 одновременно проверяется целостность индикаторов и их цепей. Первая кнопка 41 предназначена для проверки устройства 1 контроля импульсных си гн алов .

Блок 11 контроля последовательностей импульсов предназначен для контроля правильности работы всех элементов устройства, в том числе и входящих в него.

Принцип работы устройства контроля импульсных сигналов заключается в следующем.

Устройство контроля импульсных сигналов имеет два контролируемых входа.

Устройство построено с использованием общеизвестной полной функции разложения единицы, т.е. при нормальной работе контролируемо"о объекта устройство работает по функции совпадения и вынуждает ритмично изменять состояния элементов, призванных регистрировать несовпадения при их появлении. Таким образом, все элементы устройства контроля при нормальной работе контролируемого объекта непрерывно изменяют свои состояния. ВыдеI ляются характерные точки схемы контроля, характеризующие исправность всего устройства и с помощью достаточно надежного устройства контроля последовательностей импульсов, подключенного к контролируемям точкам, судят об исправном состоянии элементов устройства контроля.

При нормальной работе контролируемого объекта с входных шин 53 и 54 через размыкающие контакты первой кнопки 41 и элементы 3 ИЛИ на входы элементов 4 И-НЕ и одновременно на входы четырехвходового элемента 5

И-HE блока 2 контроля совпадений поступают совпадающие ИЛИ, перекрывающиеся сигналы, при этом, если на оставшихся двух входах блокировки четырехвходового элемента 5 И-НЕ в данный момент присутствуют сигналы "1", то на его выходе появляется нулевой импульс, запускающий одновибратор 6 на время, необходимое для нормальной работы логического элемента 15 И для последовательностей импульсов. Одно1003323 временно опоокидываются триггеры 8 в состояние "единица" по их асинхронным входам нулевыми си гн ал ами с выходов элементов 4 И-HE

После исчезновения контролируемых входных сигналов на входах К, включенных параллельно входам триггеров

8,появляются сигналы единица при этом на тактовых входах указанйых триггеров присутстByeт сигнал "еди- 1р ница", обусловленный выходным сигналом элемента 7 HE. После восстановления одновибратора 6 сигнал на выходе элемента 7 HE становится нулевым и триггеры 8 возвращаются в сос15 тояние "ноль" . Таким образом, при нормальной работе контролируемого объекта триггеры 8 ритмично перебрасываются один раз в период поступления контролируемых импульсов в состояние "единица" на время, равное времени запуска одновибратора 6. Сигналы с единичных выходов 9 триггеров

8 инвертируются элементами 46 HE u затем усиленные элементами 47 И поступают на индикаторы 43, которые загораются (светятся) при появлении нулевого потенциала на выходах элементов 47 И. Однако при нормальной работе контролируемого объекта индикаторы 43 светиться не будут, так ЗО как длительность их свечения при этом определяется длительностью времязадающей цепи одновибратора 6, а она крайне мала, и не может быть замеченной невооруженным глазом при рабочей 35 частоте поступления контролируемых импульсов. Сигналы с выходов элементов 47 И поступают также через размыкающие контакты второй кнопки 42 на входы элементов 44 задержек на ис-4О чезновение импульсов, выходы которых в виде сигналов блокировки поступают на входы элементов 4 И-НЕ и четырехвходового элемента 5 И-НЕ. Время задержки выбрано из условий времени 4 неодновременности поступления контролируемых импульсов и не позволяет блокироваться схеме контроля при нормальном состоянии контролируемого объекта. Задержанные сигналы на выходах указанных задержек 44 характери-. зуют исправное состояние всех элементов блока контроля совпадений, .таким образом, выходы задержек являются контрольными точками. Эти с:.гналы поступают на входы дифференциального элемента 12 И-НЕ блока 11 контроля последовательностей импульсов.

Возврат в нулевое состояние триггеров 8 происходит одновременно, поэтому передние фронты на входах диффе- . 6p ренциальных цепей 13 появляются также одновременно. Времязадающие цепи дифференциальных цепей выбраны из расчета, необходимого по длительности нулевого сигнала на входе логичес-Я кого элемента 15 И для последовательности импульсов (выходе элемента

14 И-HE) .

Логический элемент 15 И для последовательностей импульсов состоит из преобразователя последовательности импульсов в напряжение постоянного уровня, содержащего конденсаторы 16 и 17, диоды 18 и 19 и резистор 20, выход которого поступает на три входа элемента 22 И, на четвертый вход которого (вспомогательный вход) поступает последовательность импульсов установленной частоты от пятой 50 входной шины. Резистор 21 является коллекторной нагрузкой для элемента

22 И. Выход этого элемента является входом выявителя 23 неисправностей.

Си гнал в виде последовательности импульсов установленной частоты через разделительную цепочку диода 24 и резистора 25 поступает на вход стандартной схемы, собранной аналогично выходному каскаду инте гральн ого элемента. При поступлении единичного сигнала транзистор 29 открывается, а транзистор 30 запирается, при этом происходит заряд разделительных конденсаторов по цепям: шина 48 питания, конденсатор 33, коммутирующий диод

31, шунтирующий диод 28, переход коллектор-эммитер транзистора 29, общая шина 49 и шина 48 питания, разделительный конденсатор 34, катушка реле

35 и сглаживающий конденсатор 36,коммутирующий диод 31, шунтирующий диод

28, переход коллектор-эммитер транзистора 29, общая шина 49. При появлении на входе паузы транзистор 29 запирается, а транзистор 30 отпирается, при этом разряд конденсаторов происходит по цепям: общая точка соединения разделительных конденсаторов

33 и 34, резистор 27, коллектор-эммитер транзистора 30, коммутирующий диод 32, вывод разделительного конденсатора 34 и через катушку реле 35 обкладка конденсатора 33, сглаживающий конденсатор 36 разряжается через катушку реле 35.

Таким образом, при наличии входного импульса через катушку реле 35 протекает зарядный ток, разделительного конденсатора 34, а при наличии на входе паузы через катушку реле 35 в том же направлении протекают разрядные токи от разделительного конденсатора 33 и сглаживающего конденсатора 36. За счет этого при нормальной работе контролируемого объекта и устройства 1 контроля на Функциональные входы блока 11 контроля ,последовательностей импульсов поступают контролируемые последовательности импульсов и реле выявителя неисправности 35 переключается пульси1003323

10 рующим током, достаточным для его включен ия .

Работа выявителя 23 неисправностей не нарушается, если коммутирующие диоды 31 и 32 включить в обратном направлении, или если общую точку соединения разделительных конденсаторов 33 и 34 подключить не к шине питания 48, а к общей шине 49 устройст. ва, меняется лишь направление токов, протекающих через реле 35.

Схема блока 11 контроля последовательностей импульсов выполнена таким образом, что она реагирует лишь на последовательности импульсов.Непрерывные сигналы "ноль" или "единица" на ее входах воспринимаются схемой как сигнал "ноль", при этом якорь реле 35 выявителя 23 неисправности под действием пружины реле отпадает, замыкая соответствующие контакты реле 35 цепей 39 и 40 и сигнализируя о наличии несовпадения контролируемых импульсов или о неисправности схемы устройства 1 контроля импульсных сигналов, куда входит и блок 11 контроля последовательностей импульсов. При наличии несовпадения входных контролируемых импульсов пришедший входной контролируемый импульс опрокидывает свой триггер 8, при этом одновибра- З0 тор 6 не запускается и после исчезновения пришедшего входного контролируемого импульса указанный триггер 8 не возвращается в нулевое состояние и задержанный сигнал с выхода элемен-35 та задержки блокирует блок 2 контроля совпадений. При этом светится индика;тор 43, указывая на вид несовпадения

"Ложный 0" или "Ложная 1", а блок 11 контроля последовательности формиру- 40 ет световой и контактный сигналы о наличии неисправности. Если несовпадение было единичным и в дальнейшем входные контрольные импульсы продолжают поступать оператор нажав KpBT 45 ковременно вторую кнопку 42, возвращает схему в исходное нормальное состояние. Если нажатием второй кнопки

42 схема в нормальное состояние не возвращае=ся, необходимо наЖать кнопку 41, при этом контролируемые входные сигналы обрываются размыкающими контактами, а с помощью замыкающих контактов, подключенных к третьей 52 входной шине на функциональные входы блока 2 контроля совпадений через элементы 3 ИЛИ поступает сигнал в

,виде последовательности импульсов с частотой, близкой к контролируемой.

:Восстановление нормальной работы устройства 1 контроля в нормальное сос- 60 тояние указывает на наличие отказа в контролируемом объекте и наоборот, и тем самым позволяет произвести быстрый диагностический поиск. При полном дост ат очи о длительном от сут ст вии вход- 65 ных контролируемых импульсов, автоматически на четвертой 51 входной шине, включенной к вторым входам элементов

3 ИЛИ, появляется сигнал в виде последовательности импульсов с частотой и длительностью импульса, аналогичными контрольному сигналу, тем саьым устройство 1 контроля непрерывно контролируется.

При построении устройства были приняты допущения, что вероятность пробоя конденсаторов, выполняющих функции разделения и вероятность залипания якоря реле 35 выявителя 23 неисправностей, катушка которого обтекается пульсирующими токами, крайне малы.

Таким образом, устройство 1 позволяет значительно повысить коэффициент готовности контролируемого объекта и устройства контроля за счет возможности моментального определения любых сбоев в их работе и отказов элементов, определения вида и места сбоя или отказа и замены неисправного устройства на исправное.

Формула изобретения

1. Устройство контроля импульсных сигналов, содержащее входные шины и блок контроля совпадений с двумя выходами, состоящий из д-ух IK-триг-. геров, вйходы которых являются выходами блока контроля совпадений, двух элементов ИЛИ, входы которых являются входами блока контроля совпадений, логического элемента НЕ, причем входы блока контроля совпадений соединены с входными шинами, а также содержащее два элемента И и два элемента НЕ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности контроля за счет фиксирования сбоев и отказов как контролируемого объекта, так и устройства контроля, в него введены два индикатора, два элемента задержки, а также два переключателя и блок контроля последовательностей импульсов, выполненный в виде последователь. но. соединенных между собой элемента

И-HE с дифференциальными входами, логического элемента И для последовательностей импульсов, второй вход которого соединен с пятой входной шиной, и блока выявления неисправностей, причем в блок контроля совпадений введены четырехвходовый элемент

И-НЕ, одновибратор и два двухвходовых элемента И-НЕ, при этом входы блока контроля совпадений, подключенные .к первым входам элементов ИЛИ, подключены к двум переключающим контактам первого переключателя, его размыкающие контакты соединены с первой и второй входными шинами, а заьи1003323

12 кающие контакты соединены с третьей входной шиной, входы блока контроля совпадений, подключенные ко вторым входам элементов ИЛИ, подсоединены к четвертой входной шине, выходы эле.ментов ИЛИ соединены с двумя входами четырехвходового элемента И-НЕ и с первыми входами двухвходовых элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены с другими двумя входами четырехвходового элемента И-НЕ, с функциональными входами блока контроля последовательностей импульсов и выходами элементов задержки, а выходы подключены к объединенным входам Я и К соответствующих IK-триггеров, 15 выход четырехвходового элемента И-НЕ подключен к входу одновибратора, выход которого через первый элемент HE . соединен с тактирующими входами 1Ктриггеров, выход каждого из которых 2О через последовательно соединенные другие элементы НЕ и И соединены с соответствующими индикатором и переключающим контактом второго переключателя, замыкающие контакты которого 5 соединены с общей шиной, а размыкающие контакты — с входами соответствующих элементов задержки.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что логический 30 элемент И для последовательностей импульсов содержит двухвходовый элемент И; к одному входу которого подключен выход преобразователя последовательности импульсов в постоянное напряжение, состоящий из разделительного конденсатора, подключенного к катоду шунтирующего диода и аноду выпрямительного диода, катод которого соединен с накопительным конденсатором и нагрузочным резистором, другие выводы накопительного конденсатора, нагрузочного резистора и анод шунтирующего диода подключены к общей шине, а второй вход является входом элемента И для последовательностей импульсов.

3. Устройство по и. 1 о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что блок выявления неисправностей содержит повторитель из последовательно соединенных двух транзисторов, причем в базовую цепь первого транзистора включена разделительная цепочка из диода и резистора, а к эмиттеру второго транзистора подключены шунтирующий диод и импульсное реле, содержащее параллельно соединенные между собой два последовательно включенных коммутирующих диода, сглаживающий конденсатор, реле и два последовательно соединенных разделительных конденсатора, общая точка которых соединена с коллекторными резисторами транзисторов повторителя и шиной питания индикатора неисправности, подключенного через разьыкающие контакты реле к шинам питания, а другие контакты реле являются выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 558392, кл. Н 03 К 5/19, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 586557 кл. H. 03 К 5/19, 1976.

1003323

Составитель Л. Колосков редактор Е.3!уыникова Теиред 7 .Ач

Корректор И.Шулла

Заказ 1588/44 Тираж 934 Подписное

ВЕИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, > .осква, "..-35, Рауыская наб., д.4/5

C).ëèàë ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4