Устройство для диагностики работоспособности датчиков

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для технической диагностики работоспосбиости датчиков . Цель изобретения - повьтгение достоверности диагностики. Устройство содержит аналого-цифровые преобразователи 1-3 с промежуточным преобразованием в частоту, блок 4 параллельного сравнения, блоки 5-7 последовательного сравнения, блоки 8, 9 памяти , схемы 10-15 сравнения и блок 16 регистрации. Устройство позволяет выявить и идентифицировать как полную потерю работоспособности датчиков, так и изменение их метрологических характеристик. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. (О сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (i9ISU(III) (зц 4 С 05 В 23/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО-ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 4270569/24" 24 (22) 14.05.87 (46) 23.11.88. Бюл. 11 43 (71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт (72) С.И. Иванов, А.А. Лукин и А.Г. Щепетов (53) 621.396(088.8) (56) Мелик-Шахназаров A,Ì, и др. Измерительные приборы с встроенными микропроцессорами. — М.: Энергоатомиздат, 1985 с. 44.

Авторское свидетельство СССР

В 1087963, кл. С 05 В 23/02, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ДАТЧИКОВ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для технической диагностики работоспосбности датчиков. Цель изобретения — повьппение достоверности диагностики. Устройство содержит аналого-цифровые преобразователи 1-3 с промежуточным преобразованием в частоту, блок 4 параллельного сравнения, блоки 5-7 последовательного сравнения, блоки 8, 9 памяти, схемы 10-15 сравнения и блок 16 регистрации. Устройство позволяет выявить и идентифицировать как полную потерю работоспособности датчиков, так и изменение их метрологических ж характеристик. 2 з,п. ф-лы, 5 ил, 14395

Изобретение относится к контроль— но-измерительной технике и может быть использовано для технической диагностики роботоспособности тензодатчиков давления или усилия.

Целью изобретения является повышение достоверности диагностики работоспособности датчиков.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 структурная схема блока параллельного сравнения; FIB фиг . 3 — структурная схема блока последовательного сравнения; на фиг. 4 — структурная схема узла вьщеления модуля разности; на фиг. 5 — структурная схема блока регистрации.

Устройство для диагностики датчиков содержит три аналого-цифровых преобраз9вателя (АЦП) 1-3 с промежуточным преобразованием в частоту, блок 4 параллельного сравнения, блоки 5-7 последовательного сравнения,,, блоки 8 и 9 памяти, схемы 10-15 срав-25 нения; и блок 16 регистрации.

Блок 4 содержит три узла 17-19 деления, узлы 20-22 памяти и узлы

23-25 выделения модуля разности, ЗО

Блоки 5-7 содержат каждый по две группы 26 и 27 элементов И, генератор 28 импульсов, счетный триггер 29, регистры 30 и 31, элементы 32 и 33 за держки, узел 34 вычисления модуля раз .

35 ности.

Блок вьщеления модуля разности содержит схему 35 сравнения кодов, четыре группы элементов И 36-39, узел

40 формирования дополнительного кода, сумматор 41 и элементы ИЛИ 42 и 43.

Блок регистрации включает в себя шесть элементов И 44-.49 и индикаторы

50-55.

Устройство работает следующим образом.

Выходные сигналы датчиков в виде уровней медленно меняющихся напряжений поступают на АЦП 1-3, где после5Î довательно превращаются в частотные сигналы с частотами ft-Х с помощью стандартных интегральных схем, а затем — в цифровые коды. Частотные сигналы с выходов (а) АПП 1-.3 поступают в блок 4, С выходов б АЦП 1-3 5 коды поступают в блоки 5-7.

Положим, что выходные сигналы датчиков имеют вид у; = а, + а,; х (1

38 — 1, 2, 3) . Сигналы на входах блока деления после частотного преобразования: f = f + k.х. В результате давI л ния первого сигнала на второй, второй на третий и третьего на первый на выходах узла 17-19 деления получаются числа а „ +а, х

01 + I ", (- 1

+а при условии, что все АЦЛ имеют одинаковые коэффициенты преобразования.

Результаты деления в виде кодов поступают на одни входы узлов 23-25, на другие входы которых поступают коды чисел С;, хранящиеся в узлах

20-22 памяти.

Каждый из узлов 23-25, а также узел 34 с помощью входящей в его состав схемы сравнения кодов вьщеля+

I ет из чисел С; и С, большее, меньшее преобразует в дополнительный код и осуществляет вычитание (фиг. 4) . Результатом вычитания является число

4. (С вЂ” С, ), которое поступает на одни входы схем !0-12 сравнения в соответствии с нумерацией выходов блока 4, На другие входы схем 10-12 сравнения поступает число Е,, хр а няше еся в блоке 8 памяти. Сигнал высокого уровня на выходах соответствующих схем сравнения появляется при выполнении условия(С1 — C > F

Выходные сигналы преобразователей

1-3 в виде параллельного кода поступают в блоки 5-7. В каждом из них эти сигналы поступают на группы элементов 26 и 27, управляемых поочередно выходами триггера 29, счетный вход которого соединен с выходом генератора 2. Поступающие с выхода генератора 28 импульсы с периодом повторения Т осуществляют запись выходных кодовых сигналов АЦП 1 (или 2, 3) в регистр 30 (в моменты времени т +

+ 2пТ) или в регистр 31 (в моменты времени t +2 (и+1) Т, Коды из регистров

30 и 31 подаются и узел 34, в котором вычисляется величина J у; )t +

+ 2nT) — у;Pt 2(п+1)ТЯ. Результаты сравнения по каждому из блоков 5-7 поступают на соответствующие входы схем 13-15 сравнения. На другие входы этик схем 13-15 из блока 9 памяти поступает число Я . При условии, что результат вычитания больше

E,, на выходах схем 13-15 появляется высокий уровень.

Импульсами с выходов триггера 29, задержанными на время, необходимое на пересылку кодов из регистров 30 и 31 в узел 34, элементами 32 и 33 задержки поочередно обнуляются регистры 30 и 31 после каждого вычитания.

Для синхронизации работы узла 34 и регистров 30 и 31 может использоваться импульс от генератора 28. 10

Выходы всех схем 10-15 сравнения подключены к входам блока 16 регистрации. При изменении чувствительности или сдвиге нуля одного из датчиков, например, первого, высокий уро- 15 вень появляется на выходе схем сравнения !О и 12, поскольку изменяются отношения f /f< и f /f . При этом срабатывает элемент 44 и загорается индикатор 50, свидетельствующий о ча- 2р стичной неработоспособности первого датчика. Если при этом его выходной сигнал не изменяется в течение отрезка времени более 2Т, высокий уровень появляется также и на выходе схемы 25

13 сравнения. Совпадение этого сигнала и сигнала с выхода элемента 44 открывает элемент 45 и зажигает индикатор 53, что говорит о полной потере работоспособности первого датчика. 30

Таким образ ом, включение индикаторов 50-52 показывает частичную неработоспособность соответствующего датчика (устраняемую после регулировки), а включение индикаторов 53-55 свидетельствует о полном выходе из строя. того или иного датчика (повреждение мембраны, обрыв тензорезистора и т.п.).

Изложенный принцип работы предла- 40 гаемого устройства основан на том, что при линейных выходных характеристиках таких датчиков вида у; = а; +

+ а ° х, отношение выходных сигналов

4а

ДвУх датчиков х мин х макс ao sceM 45 . диапазоне изменения измеряемой величины х „ „ х „, „, будет изменяться мин в пределах: а,; хмари + аф, . а „ +il0KO++0s

i + t ма с 01

+а

+ +< хмий ао

55 а отношение С а. (1+! будет практичесПри достаточно малой величине начального смещения а;, a0, что

01н достигается масштабированием и сдвигом нуля в усилителях датчиков, это

) ки неизменным, так как все три датчи38

4 ка расположены в непосредственной близости один от другого.

Поскольку отношение выходных сигналов не зависит от измеряемой величины, его можно принять за критерий работоспособности двух датчиков. Наличие случайной погрешности датчиков и преобразователей может приводить к тому, что полученное в процессе диагностики отношение С. будет превосФ

I ходить заранее известное значение С, 1 опредсляемое при тарировке датчиков, Чтобы уменьшить вероятность ложного решения о неисправности датчика, при сравнении назначается допуск f, который выбирается на основе анализа плотности распределения вероятности погрешности i и i+1 датчиков ° Предлагаемое устройство не фиксирует неисправности трех датчиков одновременно, если их чувствительности изменялись на одинаковую величину в одну сторону, а также, если выходная характеристика одного из датчиков изменила знак крутизны и пересекает характеристику другого датчика. Однако такие ситуации полагаются маловероятными.

Работа блоков последовательного сравнения основана на анализе временных изменений сигналов датчиков.

Если датчик является полностью неработоспособным, его выходной сигнал будет оставаться неизменным при любом изменении измеряемой величины (исключая случай паразитной генерации). Чтобы с высокой достоверностью утверждать, что диагностируемый подобным образом датчик является действительно неисправным, необходимо быть уверенным в том, что в период между двумя последовательно через время Т взятыми отсчетами сигнала измеряемая величина не является постоянной. При работе датчика в замкнутой системе регулирования заданное значение управляемой величины не может быть строго постоянным вследствие неизбежного присутствия помех на входе регулятора, а при работе датчика в разомкнутой измерительной цепи при постоянной измеряемой величине пропадает смысл проведения измерений.

Время опроса Т датчиков выбирается большим, чем время корреляции измеряемой величины Х,корреляционная функция которой или ее спектр полагаются . известными. Допуск F на величину разности двух последовательных отсче5 14 тов определяется случайными погрешностями датчика и шумами в преобразователее.

При частичной неисправности двух датчиков одновременно устройство регистрирует выход из строя всех трех датчиков, так как две частоты вьгходных сигналов АЦП будут входить во все три отношения йыходных сигналов, Этот недостаток не является существенным, поскольку проведение дополнительной проверки и регулировки датчиков в данном случае неизбежно.

Формула изобретения

1, Устройство для диагностики ра-.

1 ботоспособности датчиков, содержащее первый и второй блоки памяти и блок : регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности диагностики, в устройство введены три аналого-пифровых преобразователя с промежуточным преобразованием в частоту, блок параллельного сравнения, три блока последовательного сравнения, шесть схем сравнения, выходы которых соединены с входами блока регистрации, первые входы первых трех схем сравнения связаны с выходом первого блока памяти, первые входы вторых трех схем: сравнения подключены к выходу второго блока памяти, а вторые входы — к выходам блоков последовательного сравнения, вторые входы первых трех схем сравнения подсоединены к выходам блока параллельного сравнения, входы которого связаны с промежуточными

39538 6 выходами аналого-цифровых преобразователей с промежуточным преобразованием в частоту, кодовые выходы ко5 торых подключены к входам блоков последовательного сравнения, а информационные входы являются информационными входами устройства.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок параллельного сравнения содержит три узла деления, три узла памяти и три узла вьщеления модуля разности, выходы которых являются выходами блоков, первые входы соединены с выходами узлов памяти, а вторые входы — с выходами узлов деления, входы делимых и делителей которых объединены попарно и образуют входы блока.

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что каждый блок последовательного сравнения содержит генератор импульсов, счетный триггер, 25 две группы элементов И, два элемента задержки, два регистра и узел выделения модуля разности, выход .которого является выходом блока, а входы соединены с выходами регистров, инЗО формационные входы которых связаны с выходами соответствующих групп элементов И, а входы сброса — с выходами элементов задержки, входы которых и управляющие входы групп элементов

И подключены к прямому и инверсному

35 выходам счетного триггера, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, группы входов ,групп элементов И объединены и образуют вход блока.

1439538

1439538

Составитель В. Воронков

Техред M.Ходанич Корректор В, Гирняк

Редактор А. П1андор

Заказ 6075/46 Тираж 866 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4