Телеизмерительная система

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 3(51) 08 19 28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 8451.68 (21) 3426756/18-24 (22) 21.04.82

{46) 23.11.83. Б)0л. )) 43 (72) Л.r.éóðàâèí, В,М.Иванов

Е.И.Семенов и В.A.Tðîøêèí (71) Ленинградский ордена Ленина. электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (53) 621.398.(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР. ,9 845168, кл. Q 08 (. 19/28, 1979 (ррототип) . (54) (57) УЕЛЕИЗМЕРИТЕЛЬНЛЯ СИСТЕМА по авт. св. Р 845168, о т. л и ч а— ю щ а я с s тTеeмM, что, с целью повышения надежности системы, в нее введены генератор тактовых импульсов, коммутатор, регистр памяти, дисперсиометр, фильтр нижних частот, блок сравнения н сигналиэатор,выход .генератора тактовых импульсов соединен с управляюцими входа ми диспе1)сиометра и коммутатора, информационные входы которого соединены с выходами соответствуюших блоков памяти, первые выходы коммутатора соединены с первыми взводами регистра памяти, второй выход - с .информационным входом дисперсиометра, выход. цисперсиометра соединен непосредственно с первьм входом и через фильтр нижних частот с вторым входом блока сравнения, третий вход которого подключен к второму входу системы, выход блока сравнения соединен с входом снгнализато- Е ра и вторым входом регистра памйти, выходы которого соединены с вторыми выходами системы.

1056247

Изобретение относится к областИ телеизмерений и может использовать,— ся для передачи сообщений по проводным линиям, волноводам, радиолиниям и т.п.

По основному авт. св. 9 845168 известна телеизмерительная систе. ма, содержащая на передающей стороне генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом распределителя импульсов, первый выход которого соединен через формирователь синхроимпульсов с первым. входом сумматора, блок прямого ортогонального преобразования по Уолшу, входы которого соединены с вхо- 15 дами системы, и в каждом информационном канале блок памяти и разности, сумматор и ключ, выход сумматора соединен с входом ключа, первый вход — c выходом блока памяти и разности, вторые выходы распределителя импульсов соединены с первыми входами соответствующих блоков памяти и разности, объединенные вторые входы блока памяти и разности и сумматора каждого информационного канала подключены к соответствующим выходам блока прямого ортогонального преобразования по Уолшу, выход ключа соединен .с соответствующим вторым входом сумматора, выход которого подключен к каналу связи, на приемной стороне .содержащая селектор синхроимпульсов, выход которого через генератор тактовых импульсов соединен с входом распределителя импульсов... блок обратного ортогонального преобразования по Уолшу и в каждом информационном канале последовательно соединенные ключ и блок памяти, пер- 40 вые входы ключей всех информационных каналов объединены с входом се лектора синхроимпульсов и подключены к каналу связи, вторые входы ключей соединены с соответствующи- 45 ми выходами распределителя импульсов, выходы блоков памяти информационных каналов соединены с соответ ствующими входами блока обратного ортогонального преобразования по

Уолшу, выходы которого соединены с выходами системы (1) .

Известная система работает следующим образом. Блок ортогонального преобразователя по Уолшу непрерывно во времени производит линейное в ортогональное преобразование ансамбля независимых входных сигналов. (7 (<) в ансамбль 48) — РАЯ®,, В какном канале блок на1аяв"и н равно. 60 сти непрерывно выдает сигнал погрешности аппроксимации на основе нулевой экстраполяции Е () = С()-C(t „ (), где 6 6 - момент последнего отсче та. В момент очередного отсчета 65 погрешность Е . (1; ) с весом - .суммируется с величиной С(1;), в результате чего с выхода блока поступает отсчет у (t „) С (t„) + (С (;. )

С(1„ 6 ) ) .Благодаря этому погрешность аппроксимации на приемной стороне становится знакопеременной на интервале аппроксимации (как при нулевой интерполяции), Импульсы генератора тактовых импульсов подаются в распределитель, на выходах которого по очереди появляются сигналы, которые управляют работой блока памяти и разности и замыкают соответствующий ключ, подключающий выход первого сумматора к второму. На выходе второго сумматора формируется последовательность амплитудно-модулированных измерительных импульсов всех каналов плюс синхроимпульс, т.е. групповой ANN сигнал, поступающий в канал связи.

На приемной стороне восстановленный групповой АИМ сигнал разделяется ключами на N канальных сигналов (дискретные последовательно,сти), которые в блоках памяти преобразуются в аналоговые сигналы

С"() на основе нулевой экстраполяции (без задержки во времени), но с погрешностью аппроксимации на интервале, близкой по характеру изменения к погрешности при симметричной нулевой интерполяции. Далее в блоке обратного ортогонального преобразования по Уолшу ансамбль

С (М преобразуется в ансамбль AAft )

При этом оказывается, что погрешности аппроксимации наименьшие в тех сигналах Х (t), которые являются в данный момент наиболее динамичныки в ансамбле телеметрируемых сигналов. Происходит это потому, что в предлагаемой системе непосредственно дискретизируются и аппроксимируются на основе нулевой экстраполяции со смещением не сигналы

X(t), а полученные с помощью преобразования уолша сигналы С(t) вследствие чего погрешности аппроксимации сигналов X(t) зависят от погрешностей аппроксимации сигналов С(t) следующим образом

E {t) Х (t)-3. {, ) — РА(.с"(ц-)((ц

Я

УPAL(с(в)+Е ф)-X(tl= — PALЕаф, т.е. погрешность аппроксимации любого сигнала )(; ((,) определяется всеми погрешностями аппроксимации всех сигналов Cj(Ф) в соответствии со строкой матрицы РАЬ

Е. „. ® = - (М с, О) +H 1к1

1()56247

Недостатком известной системы является низкая метрологическая надежность иэ-эа отсутствия автоматического контроля исправности системы.

Целью изобретения является повышение метрологической надежности телеиэмерительной системы путем автоматического выявления неисправного канала в системе.

Поставленная цель достигается тем, что в систему введены генератор тактовых импульсов, коммутатор, регистр памяти, дисперсиометр, фильтр нижних частот, блок сравнения и сигнализатор, выход генератора тактовых импульсов соединен с управляющими входами дисперсиометра и коммутатора, информационные входы которого соединены с выходами соответствующих блоков памяти, первые выходы коье утатора соединены с первыми входами регистра памяти, второй выход — с информационным входом дисперсиометра, выход дисперсиометра соединен непосредственно с первым входом и через фильтр нижних частот с вторым входом блока сравнения, третий вход которого подключен к второму входу системы, выход блока сравнения соединен с входом сигналиэато-. ра и вторым входом регистра памяти, выходы которого соединены с вторыми выходами системы, какой-либо инди. видуальный блок, причем в неисправном канале не происходит полной потери информации за счет некото- рого возрастания погрешности во всех каналах, совокупность вновь введенных блоков представляет узел контроля.

На фиг. 1 представлена телеизмерительная система; на фиг. 2 — дисперсиометр; на фиг. 3 — фильтр нижних частот.

Телеизмерительная система содержит (фиг. 1) на передающей стороне в каждом информационном канале 1 сумматор 2, блок 3 памяти и разности и ключ 4, а также сумматор 5, генератор 6 тактовых импульсов, распределитель 7, формирователь 8 синхроимпульсов и блок 9 прямого ортогОнального преобразования по Уолшу, иа приемной стороне в каждом информационном канале 10 ключ 11 и блок 12 памяти, а также блок 13 обратного ортогонального преобразования по Уолшу, генератор 14 тактовых импульсов, распределитель 15, селектор 16 синхроимпульсов, дисперсиометр 17, фильтр 18 нижних частот, блок 9 сравнения, сигналиэатор 20, регистр 21 памяти, генера тор 22 тактовых импульсов, коммутатор 23 и канал 24 связи.

Дисперсиометр 17 может быть выполнен, например (фиг. 2), на ячейке памяти 25 и квадраторе 26 и интеграторе 27. Фильтр 18 нижних частот выполнен (фиг. 3), например, на резисторе 28, конденсаторе 29 и повторителе 30 напряжения. Блок 9 прямого ортогонального преобразования по Уолшу (ОПУ) служит для непрерывного во времени линейного ортонор. мального преобразования по Уолшу ансамбля независимых между собой входных непрерывных сигналов X(t) в преобразованный ансамбль С (t)= >PAL

X(t), где РИ,— матрица Уолша Й-го порядка. Блок 9 может быть реализован, например, на основе N-входовых сумматоров (не показаны) по числу каналов 1, коэффициент передачи по каждому входу сумматоров соответствует значению элемента матрицы

Уолша (+1), деленному íà N.

Блок 3 памяти служит для запоминания сигнала С (t) в точке отсчета и вычисления разности между запомненным значением .сигнала и его текущим значением. Запоминание происходит по заднему фронту импульса логического сигнала "1" на управляющем входе блока 3.

Ключи 4 и ll предназначены для передачи входного измерительного сигнала на выход беэ искажений при наличии на управляющем входе логической единицы.

Сумматоры 2 и 5 предназначены для сложения входных сигналов и могут быть реализованы на основе операционных усилителей.

Генераторы 6, 14 и 22 тактовых. импульсов служат для генерирования периодической последовательности импульсов. Генератор 14 имеет вход для подстройки частоты и фазы генерируемых колебаний. Распределители 7 и 15 импульсов по мере поступления входных импуль

1l II сов формируют логический сигнал 1 поочередно на каждом нз своих выходов.

Формирователь 8 синхроимпулъсов служит для формирования синхрониэирующих импульсов.

Канал 24 связи служит для преобразования входного сигнала в сигнал, удобный для передачи на расстояние по линии связи и выделенйя группового сигнала на линии связи.

Селектор 16 синхроимпульсов служит для выделения синхроимпульсов иэ группового АНИ сигнала.

Блок 12 памяти служит для восстановления непрерывного сигнала иб дискрет (выборок) . При нулевой интерполяции, например, блок )2 памяти может быть просто аналоговым за1056247 где Т вЂ” длительность анализа, рааная периоду импульсов на дополнительном входе блока 17 °

Фильтр 18 нижних частот служит для усреднения входного сигнала в полосе частот 0- 1 р.

Блок 19 сравнения служит для сравнения между собой напряжений на своих входах: если модуль разницы напряжений.на первом и. втором входе больше (меньше), чем модуль напряжения на третьем входе, то на выходе блока 19 сравнения формируется лигический.сигнал "1"(О ).

Блок 19 может быть реализован, например, на основе блока разности, блока.модулятора и компаратора. Ве- личина порогового уровня Ь определяется величиной возможной нестационарности ансамбля X(h) и уровнем погрешности в определении величины

6 ; при исправности всех каналов 10 не должно происходить ложных срабатываний блока 19 за счет флуктуаций величин dc . Возможно формирование величины 6 как доли от выходного напряжения фильтра 18.

45

Сигнализатор 20 неисправностей служит для подачи звукового или светового сигнала 1" на входе, т.е. при появлении неисправности в системе. Сигнализатор 20 может состоять иэ статического триггера и какого- либо сигнального устройства (электрический звонок, светодиод и т.п.).

65 поминающим элементом (в частности, на основе конденсатора), Блок 13 обратного ортогонаЛьного преобразования по Уолшу служит для непрерывного ортонормального преобразования по Уолшу ансамбля сигналов C+(t) в ансамбль X(t) ( УЖ C (t) . Для матриц Уолша транспонированная матрица РЖ полностью совпадает с РЫ . 10 Коммутатор 23 служит для поочЕредногь подключения на свой выход одного из входных. сигналов. Переключение производится под действием управляющих импульсов, поступа- 15 .ющих на дополнительный вход коммутатора 23. КоМлутатор 23 состоит, например, из распределителя импульсов и ключей. На вторых входах коммутатора 23 формируется код номера 20 очередного канала.

Дисперсиометр 17 служит для определения дисперсии вводного сигнала, например, в соответствии с форб мулой 25

Регистр 21 памяти служит для записи входного кода при поступлении сигнала логической единицы на его дополнительный вход и хранения кода, а возможно, и индикации кода (с помощью, например, светодиодов).

Система работает следукясим образом.

Блок 1 непрерывно Во времени производит линейное ортогональное преобразование ансамбля независимых входных сигналов F(t) в ансамбль !

c(t)=, =РЖ x(t), В каждом канале 1

1М блок 3 памяти и разности непрерывно выдает сигнал погрешности аппроксимации на основе нулевой экстраполяции H<(t)=C(t) — С((), где „, — момент последнего отсчета.

В момент очередного отсчета (» погрешность Е (й„ ) с весом — суммируется с величйной C(t< ), в результате чего с выхода блока 3 поступает отсчет Y (t< ) =С (t; )+ «> (C(t; ) C(t;,)). Благодаря этому погрешность аппроксимации на приемной стороне становится знакопеременной на интервале аппроксимации (как при нулевой интерполяции).

Импульсы генератора б подаются в распределитель 7, на выходах которого по очереди появляются.сигналы, которые управляют работой блока 3 и замыкают соответствую ий ключ 4, подключающий выход сумматора 2 к сумматору 5. На выходе сумматора 5 формируется последовательность амплитудно-модулированных измерительных импульсов всех каналов плюс синхроимпульс, т.е. групповой ANN сигнал, поступающий в канал 24 связи.

На приемной стороне восстановленный групповой АИМ сигнал разделяется ключами 11 íà N канальных сигналов (дискретные последовательности), которые в блоках 12 памяти преобразуются в аналоговые сигналы (Г }(. .(t),на основе нулевой экстраполяции (без задержки во времени), но с погрешностью аппроксимации на интервале, близкой по характеру изме- нения к погрешности при симметричной нулевой интерполяции.

Далее в блоке 13 ансамбль 0(t)) преобразуется в ансамбль Х (Ф) .

При этом оказывается, что погрешности аппроксимации наименьшие в тех сигналах Х„ (t), которые являются в данный момент наиболее динамичными в ансамбле телеметрируемых сигналов. Происходит это потому, что в предлагаемой системе непосредственно дискретиэируются и аппроксимируются на. основе нулевой экстраполяции со смещением не сигналы X(t), 1

1056247

N ,,М)= — 2: ((н к ;(ц = g . (-(Ес Ю20

40 гг

ВНИИПИ Заказ 9 312/45 Тираж 618 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä,óë. Проектная,4 а полученные с помоь ью преобразования Уолша сигналы C(t), вследствие чего погрешности аппроксимации сигналов X(t) зависят от погрешностей аппроксимации сигналов

С(t) следующим образом: 5

Г„щ =7 "М-хм= Ркiс (q 7(t)Ж

PAI(C(t) 45 (t)j-х Ф.) = — PATE (д 7 т.е. погрешность гайпроксимании любого сигнала Х;().определяется. всеми погрешностями аппроксимации всех сигналов C>(t) в соответствии со строкой матрицы РЛГ.

Кроме того, .коммутатЬр 23 поочередно подключает на, свой выход сигналы с выходов блоков 12 памяти и подает их на дисперсиометр 17, ко- 25 торый вычисляет дисперсии 6 всех

N процессов С (t) . На. входы управ3 ления интегратора 27 и ячейки 25 памяти поступают периодически короткие тактовые импульсы, по переднему фронту, которых в ячейку 25 записывается выходное напряжение интегратора 27, а по заднему фронту интегратор 27 обнуляется. После зто го возведенные в квадрат с помощью квадратора 26 мгновенные значения входного сигнала С (t) интегрируютА

j .ся интегратором 27, в результате чего к концу такта образуется оценка дисперсии данного сигнала где Т вЂ” длительноогьб такта и,. одновременно величина постоянной ин- 45 тегратора 27. Величины. дисперсий процесса С ) (t) усредняются фильт% ром 18 нижних частот. Усредненная дисперсия ансамбля сигналов 7

Ф ,c (t) сравнивается с текушей диск персией 6 ; и в случае, если разница /б р — б г; /) Ь, срабатывает блок 19 сравнения, сигнал логической единицы которой записывает код канала в регистр 21 памяти и включает сигнализатор 20.

Обнаружение неисправного канала происходит потому, что при от.утствии коррелированности между составляющими вектора X(t) все со.ставляющие вектора С(1) имеют одинаковые корреляционные функции а: з начит, и одинаковые текущие дисперсии Йс . Выход из строя како 2 го-.либо индивидуального блока системы приводит к значительному от,личию дисперсии 6 данного канала от средней величины бс на выходе фильтра 18, что привоцит к срабатыванию узла контроля.

Таким образом, предлагаемая система обнаруживает и индицирует неисправность любого индивидуального блока во всех каналах системы (блоки 2-4,11 и 12), а также неисправность любого из ключей в коммутаторе 23 самого узла контроля. При этом устранение неисправ.-ности возможно без выключения всей системы, так как в системе не проис ходит полной потери информации в неисправном канале (1 или 10), а лишь появляется погрешность во всех .каналах (1 или 10) равная деленному науй процессу C>(t) в неисправном канале.