Устройство для оценки ритмичности процесса

 

Устройство для оценки ритмичности процесса относится к импульсной и вычислительной технике и может найти применение для контроля и диагностики технических и биологических объектов. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения формирования оценки стационарности процесса. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, источник постоянного потенциала, задатчик порога, пороговый элемент, регистр сдвига, формирователи импульсов, элементы И, группы элементов И, группы элементов ИЛИ, элемент сравнения, арифметический блок и блок регистрации результата. 1 ил.

Предполагаемое изобретениt относится к импульсной и вычислительной технике и может быть использовано для анализа случайных процессов в системах контроля технических и даже биологических объектов.

Известно устройство для оценки процесса (см. авт. св. СССР N 1605259, кл. G 06 F 15/42, б. 41, 1990 г.), содержащее первый(*) и второй элементы сравнения, генератор(*) тактовых импульсов, делитель частоты, первый(*) счетчик импульсов, соединенный выходом с первым выходом устройства, блок управления, элементы(*) И и ИЛИ, блок формирования фаз процесса, первый(*) и второй регистры сдвига, сумматор-вычитатель, второй(*) счетчик импульсов, два триггера и пять коммутаторов, причем первые входы первого и второго элементов сравнения соединены с информационным входом устройства, а вторые входы - со входами первого(*) и второго источников опорных напряжений, выходы первого и второго элементов сравнения соединены с первым и вторым входами блока формирования фаз процесса, первый и второй информационные выходы которого соединены с информационными входами первого счетчика и делителя частоты, первый и второй управляющие входы блока формирования фаз процесса соединены с первым входом первого элемента И и с управляющим входом первого коммутатора, первый и второй информационные входы которого соединены с первым и вторым выходами блока управления, выход первого коммутатора соединен со вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым информационным входом второго коммутатора, выходы второго и третьего коммутаторов соединены с информационными входами сумматора-вычислителя, первый выход которого соединен с информационными входами четвертого и пятого коммутаторов, выходы которых соединены со входами первого и второго регистров сдвига, выход первого регистра сдвига соединен со входами третьего и четвертого коммутаторов, выход второго регистра сдвига соединен с информационными входами второго, третьего и пятого коммутаторов, прямой выход первого триггера соединен с управляющим входом вычитания сумматора-вычитателя, с управляющим входом второго коммутатора, с первым входом первого элемента ИЛИ и со входом второго элемента И, выход которого соединен со входом второго счетчика, выход которого является вторым выходом устройства, управляющие входы третьего, четвертого и пятого коммутаторов соединены с выходом первого элемента ИЛИ, инверсный выход первого триггера соединен с управляющим входом суммирования сумматора-вычитателя, второй выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, нулевой вход первого триггера соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и с выходом третьего элемента И, выход сумматора-вычитателя соединен с единичным входом второго триггера, инверсный вход которого соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, выход генератора импульсов соединен со входами синхронизации блока управления и регистра сдвига, выходы ввода данных которых соединены с шиной логического нуля устройства, выход делителя частоты соединен с единичным входом первого триггера и с информационным входом блока управления, выход переполнения первого счетчика соединен со входом признака блока управления, третий выход которого соединен со входом синхронизации блока формирования фаз процесса, второй вход третьего элемента И соединен с четвертым выходом блока управления, пятый выход которого соединен с нулевым входом второго триггера, шестой выход блока управления соединен с установочными входами первого и второго регистров сдвига, блока формирования фаз процесса, делителя частоты и первого и второго счетчиков. (Здесь * - признаки общие с объектом изобретения).

Недостатки известного устройства - значительные аппаратурные затраты и, как следствие, низкая надежность в работе, ограниченность функциональных возможностей, что связано с отсутствием на выходе устройства информации о степени стационарности процесса, и ограниченность репрезентативности информации о результатах контроля, что связано с относительной оценкой контролируемого процесса.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для оценки процесса (см. авт. св. СССР N 1264136, кл. G 04 F 10/04, б. 38, 1986 г.), содержащее генератор(*) тактовых (эталонных по частоте, форме и амплитуде) импульсов, два элемента И(*), источник(*) постоянных потенциалов, первый(*) и второй пороговые элементы, элемент запрета, два счетчика(*) импульсов, арифметический блок(*), блок(*) регистрации результата, формирователь(*) импульсов и элемент задержки(*), причем вход обнуления устройства соединен со входами формирователя и элементов И, информационный вход - со входами пороговых элементов, входы ввода значений порогов срабатывания которых соединены с выходами источников постоянных потенциалов, выход генератора импульсов соединен со входами обоих элементов И, элемент запрета прямым входом соединен с выходом первого порогового элемента, инверсным входом - с выходом второго порогового элемента, а выходом - с третьим входом второго элемента И, выход формирователя импульсов через элемент задержки соединен со входами обнуления счетчиков, непосредственно со входом обнуления блока регистрации результата и входом управления арифметического блока, информационные входы счетчиков соединены с выходами элементов И, информационные входы арифметического блока - с выходами счетчиков, а информационные входы блока регистрации - с выходами арифметического блока. (Здесь * - признаки, общие с объектом изобретения).

Недостатком известного устройства является ограниченность функциональных возможностей, что обусловлено отсутствием в результатах оценки процесса признаков окраски динамики.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем окраски результатов исследуемых процессов в зависимости от их динамики.

Технический результат заключается в окраске оценки анализа по динамике процесса.

Для достижения технического результата в устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, источник постоянного потенциала, пороговый элемент, первый формирователь импульсов, первый элемент задержки, первый и второй счетчики импульсов, арифметический блок, блок регистрации резульата и первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с выходом генератора импульсов, а выходы подключены к информационным входам одноименных счетчиков импульсов, информационный вход порогового элемента является входом устройства, введены для формирователя импульсов, второй элемент задержки, кольцевой регистр сдвига, элемент сравнения, пять групп элементов И, две группы элементов ИЛИ, и задатчик порога срабатывания, вход которого соединен с выходом источника постоянного потенциала, а выход подключен к управляющему входу порогового элемента, выход которого через первый формирователь импульсов соединен со входом управления регистра сдвига, первый и второй выходы которого подключены ко вторым входам первого и второго элементов И соответственно, третий выход регистра сдвига через второй формирователь импульсов соединен со входом обнуления блока регистрации результата и со входом первого элемента задержки, выход которого подключен к управляющему входу арифметического блока, выходы которого соединены с первой группой входов элементов И первой группы, выходы которых подключены к информационным входам блока регистрации результата, четвертый выход регистра сдвига через третий формирователь импульсов соединен со второй группой входов элементов И первой группы и со входом второго элемента задержки, выход которого подключен ко входам обнуления счетчиков импульсов, выходы первого счетчика импульсов соединены в первыми группами входов элементов И второй и третьей групп и элемента сравнения, выходы второго счетчика импульсов подключены к первым группам входов элементов И четвертой и пятой групп и ко второй группе входов элемента сравнения, первый и третий выходы которого соединены с третьей группой входов элементов И первой группы, первый выход элемента сравнения соединен со вторыми входами элементов И второй и четвертой групп, третий выход элемента сравнения соединен со вторыми входами элементов И третьей и пятой групп, первая и вторая группы входов элементов ИЛИ первой группы подключены к выходам соответственно элементов И третьей и четвертой групп, первая и вторая группы входов элементов ИЛИ второй группы соединены с выходами соответственно элементов И второй и пятой групп, выходы элементов ИЛИ первой и второй групп подключены к информационным входам арифметического блока.

Существенным отличием предлагаемого изобретения является то, что заявляемое устройство по отношению интервалов времени между тактами процесса обеспечивает оценку степени ритмичности исследуемого процесса с окраской по убывающей и возрастающей, а кроме того, алгоритм его работы и аппаратурные затраты обеспечивают ему высокую надежность в работе и возможность реализации на современной элементной базе, и даже в твердотельном исполнении.

Схема устройства приведена на чертеже.

Устройство для оценки ритмичности процесса содержит генератор 1 тактовых импульсов, источник 2 постоянного потенциала, пороговый элемент 3, соединенный информационным входом со входом устройства, первый формирователь 4 импульсов, соединенный входом с выходом порогового элемента 3, первый элемент 5 задержки, первый 6 и второй 7 счетчики импульсов, арифметический блок 8, соединенный входом управления с выходом первого элемента 5 задержки, блок 9 регистрации результата, первый 10 и второй 11 элементы И, соединенные первыми входами с выходом генератора 1 импульсов, второй 12 и третий 13 формирователи импульсов, второй элемент 14 задержки входом с выходом третьего формирователя 13 импульсов, а выходом - со входами обнуления счетчиков 6 и 7, вход первого элемента 5 задержки соединен с выходом второго формирователя 12 импульсов, кольцевой регистра 15 сдвига, соединенный входом управления сдвигом с выходом первого формирователя 4 импульсов, первым и вторым выходами - со вторыми входами первого 10 и второго 11 элементов И соответственно, выходы элементов 10 и 11 И соединены с информационными входами счетчиков 6 и 7 соответственно, третий и четвертый выходы регистра 15 сдвига соединены со входами формирователей 12 и 13 импульсов соответственно, элемент 16 сравнения, соединенный первой и второй группами входов поразрядно с выходами счетчиков 6 и 7 импульсов соответственно, первую 17, вторую 18, третью 19, четвертую 20 и пятую 21 группы элементов И, первые группы входов элементов И групп 18 и 19 поразрядно соединены с выходами счетчика 6 импульсов, первые группы входов элементов И групп 20 и 21 поразрядно соединены с выходами счетчика 7 импульсов, вторые группы входов элементов И групп 18 и 20 соединены с первым выходом элемента 16 сравнения, вторые группы входов элементов И групп 19 и 21 соединены с третьим выходом элемента 16 сравнения, первая группа входов элементов И группы 17 соединена поразрядно с выходами арифметического блока 8, вторая группа входов элементов И группы 17 соединена с выходом формирователя 13 импульсов, а третья группа входов элементов И группы 17 соединена с первым и третьим выходами элемента 16 сравнения, а выходы элементов и группы 17 соединены с информационными входами блока 9 регистрации результата, первая 22 и вторая 23 группы элементов ИЛИ, первая и вторая группы входов элементов ИЛИ группы 22 подключены поразрядно к выходам элементов И групп 19 и 20 соответственно, первая и вторая группы входов элементов ИЛИ группы 23 подключены поразрядно к выходам элементов И групп 18 и 21 соответственно, выходы элементов ИЛИ групп 22 и 23 подключены соответственно к информационным входам арифметического блока 8, и задатчик 24 порога, соединенный входом с выходом источника 2 постоянного потенциала, а выходом - с управляющим входом порогового элемента 3.

Устройство для оценки ритмичности процесса работает следующим образом.

Генератор 1 импульсов непрерывно генерирует короткие импульсы с частотой f, источник 2 постоянного потенциала - потенциал U_o. В исходном состоянии (цепи установки устройства в исходное состояние на чертеже не показаны) устройства его счетчики 6 и 7 обнулены, а в блоке 24 устанавливается пороговое значение U_п ≅ U_o порога срабатывания порогового элемента 3, регистра 15 сдвига фиксирует на всех, кроме нулевого, выходах низкие, нулевые, потенциалы. На выходах порогового элемента 3, формирователей 4, 12 и 13, элементов 10 и 11 И, элементов 5 и 14 задержки, счетчиков 6 и 7 импульсов, на первом и третьем выходах элемента 16 сравнения, на выходах элементов 17, 18, 19, 20 и 21 И, элементов 22 и 23 ИЛИ и арифметического блока 8 сохраняются низкие, нулевые, потенциалы, на втором выходе элемента 16 сравнения - высокий, единичный, потенциал, блок 9 регистрации результата обнулен. На вход устройства от датчика состояния процесса (на схеме не показан) поступают аналоговые сигналы, описывающие ход анализируемого процесса в форме U(t). При U(t) < U_п на выходе порогового элемента 3 сохраняется нулевой потенциал, а при U(t) ≥ U_п на его выходе устанавливается высокий потенциал в момент наступления факта U(t)=U_п, который сохраняется до момента наступления факта U(t) < U_п, т.е. на выходе порогового элемента 6 генерируется импульс высокого потенциала длительностью t превышения U(t) над уровнем U_п. По переднему фронту высокого потенциала на выходе порогового элемента 6 на выходе формирователя 4 генерируется короткий, длительностью τ = const, импульс высокого потенциала, которым единица в регистре 15 сдвига переходит из нулевого разряда в его первый разряд, на первом выходе регистра 15 устанавливается высокий потенциал, передним фронтом которого по второму входу открывается элемент 10 И, и импульсы с выхода генератора 1 через элемент 10 И поступают на счетный вход счетчика вход счетчиков 6 импульсов, в котором фиксируется число (код) пропорциональное длительности импульса высокого потенциала на первом выходе регистра 15 сдвига, т.е. N₁=ft₁. При повторном переходе процесса U(t) < U_п к U(t) ≥ U_п в регистре 15 сдвига первый выход обнуляется, а на его втором выходе устанавливается высокий потенциал, при этом элемент И 10 закрывается, счетчик 6 останавливается, а элемент И 11 открывается и импульсы с выхода генератора 1 через элемент И 11 поступают на счетный вход счетчика 7 импульсов, в нем фиксируется число (код) пропорциональное длительности импульса высокого потенциала на втором выходе регистра 15 сдвига, т. е. N₂= ft₂. С очередным, третьим, переходом процесса U(t) через значение U_п, в сторону увеличения U(t), второй выход регистра 15 сдвига обнуляется, элемент И 11 закрывается, счетчик 7 останавливается, а на третьем выходе регистра 15 устанавливается высокий потенциал. По переднему фронту импульса на третьем выходе регистра 15 на выходе формирователя 12 генерируется короткий импульс высокого потенциала, которым обнуляется блок 9 регистрации результата анализа ритмичности процесса, а с задержкой τ_з с выхода элемента 5 задержки этот импульс поступает на вход управления арифметического блока 8. Но перед этим параллельные двоичные коды содержимого счетчиков 6 N₁ и 7 N₂ поступают на входы элемента сравнения 16, на его первом выходе устанавливается высокий потенциал при N₁ > N₂, на втором выходе - при N₁ = N₂, а на третьем выходе - при N₁ < N₂. Кроме того, содержимое счетчика 6 поступает на группы первых входов элементов И групп 18 и 19, а содержимое счетчика 7 - на группы первых входов элементов И групп 20 и 21, высоким потенциалом с первого выхода элемента сравнения 16 открываются группы 18 и 20 элементов И, а высоким потенциалом с третьего выхода элемента сравнения 16 - группы 19 и 21 элементов И. Тогда содержимое счетчика 6 N₁ через группу 18 элементов И и группу 23 элементов ИЛИ поступает на группу вторых информационных входов арифметического блока 8, а содержимое счетчика 7 через группу 20 элементов И и группу 22 элементов ИЛИ поступает на группу первых информационных входов арифметического блока 8, при N₁ > N₂; или содержимое счетчика 6 через группу 19 элементов И и группу 22 элементов ИЛИ поступает на группу первых информационных входов арифметического блока 8, а содержимое счетчика 7 через группу 21 элементов И и группу 23 элементов ИЛИ поступает на группу вторых информационных входов арифметического блока 8, при N₁ < N₂. Импульсом с выхода формирователя 12, с задержкой τ_з во времени, через элемент задержки 5, по управляющему входу арифметический блок 8 определяет (вычисляет) модуль отношения содержимого счетчика 6 к содержимому счетчика 7, т.е. N₁/N₂ при N₁ < N₂ или N₂/N₁ при N₁ > N₂. По четвертому моменту перехода U(t) через U_п в сторону U(t) > U_п на четвертом выходе регистра 15 устанавливается высокий потенциал, а его третий выход обнуляется. По переднему фронту высокого потенциала на четвертом выходе регистра 16 формирователем 13 генерируется короткий импульс, которым открывается группа 17 элементов И и знак N₁ > N₂ или N₁ < N₂, с выходов элемента сравнения 16, и модуль N₂/N₁ или N₁/N₂, с выходов арифметического блока 8 соответственно поступает на входы блока 9 регистрации результата, а с задержкой во времени τ_з, импульсом с выхода формирователя 13 через элемент задержки 14, счетчики 6 и 7 обнуляются. В дальнейшем процесс анализа повторяется автоматически по вышеописанному алгоритму.

Устройство для оценки ритмичности процесса может найти применение для контроля, анализа или диагностики технических объектов, например в трубопрокатном производстве, и биологических объектов, например, для оценки ритмичности нагружения мышц спортсмена, аритмии сердца человека в различных условиях его жизнедеятельности. Реализация устройства для оценки ритмичности процесса в портативном исполнении, с незначительной энергоемкостью, возможна на современной элементной базе, а его применение в быту или в походных условиях позволяет своевременно принять меры по предупреждению отрицательных последствий перегрузки организма человека.

Формула изобретения

Устройство для оценки ритмичности процесса, содержащее генератор тактовых импульсов, источник постоянного потенциала, пороговый элемент, первый и второй счетчики импульсов, арифметический блок, блок регистрации результата и первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с выходом генератора импульсов, а выходы подключены к информационным входам одноименных счетчиков импульсов, информационный вход порогового элемента является входом устройства, второй элемент задержки, соединенный входом с выходом третьего формирователя импульсов, а выходом - с входами обнуления счетчиков импульсов, отличающееся тем, что в него введены два формирователя импульсов, первый элемент задержки, кольцевой регистр сдвига, элемент сравнения, пять групп элементов И, две группы элементов ИЛИ и задатчик порога, вход которого соединен с выходом источника постоянного потенциала, а выход подключен к управляющему входу порогового элемента, выход которого через первый формирователь импульсов соединен с входом управления сдвигом кольцевого регистра сдвига, первый и второй выходы которого подключены к вторым входам первого и второго элементов И, третий выход кольцевого регистра сдвига через второй формирователь импульсов соединен с входом обнуления блока регистрации результата и входом первого элемента задержки, выход которого подключен к управляющему входу арифметического блока, выходы которого соединены с первой группой входов элементов И первой группы, выходы которых подключены к информационным входам блока регистрации результата, четвертый выход кольцевого регистра сдвига соединен с входом третьего формирователя импульсов, вторая группа входов элементов И первой группы соединена с выходом третьего формирователя импульсов, выходы первого счетчика импульсов соединены с первыми группами входов элементов И второй и третьей групп и элемента сравнения, выходы второго счетчика импульсов подключены к первым группам входов элементов И четвертой и пятой групп и второй группе входов элемента сравнения, выходы которого соединены с третьей группой входов элементов И первой группы и вторыми группами входов элементов И второй, третьей, четвертой и пятой групп, первая и вторая группы входов элементов ИЛИ первой группы подключены к выходам соответственно элементов И третьей и четвертой групп, первая и вторая группы входов элементов ИЛИ второй группы соединены с выходами соответственно элементов И второй и пятой групп, выходы элементов ИЛИ первой и второй групп подключены соответственно к первой и второй группам информационных входов арифметического блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1