Устройство для контроля параметроврадиотехнических об'ектов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

rii> 794636

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 26.12.78 (21) 2701514/18-24 (51 } М.Кл.з 6 05 В 23/02

G OYF ПоЯ Г с присоединением заявки —

Государственный комитет (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.01.81. Бюллетень X 1 (45) Дата опубликования описания 12.02.81 по делам изабретеиий и открытий ;53) УДК 621.396 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Ф. Ващевский, В. Я. Голубчик, В. И. Яурибида, В. Н. Коробейников, В. С. Каленчук, C. Д. Лебедев и Ю. Г. Портнов

{71) Заявитель Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР

3. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ

РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ! 2

Изобретечие относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для автоматизации контроля параметров радиотехнических средств и систем,при оценке их технического состояния в полигонных условиях при воздействии разнообразных дестабилизирующих факторов.

Известно устройство диагностирования, в частности, для системы обратных данных, исправляющее собственные ошибки и содержащее датчики прогнозирования повреждения, устройства развертки, обеспечивающие развертку датчиков повреждения при некорректном выполнении операции со стороны блока, и средства накопления информации относительно некорректной операции, состояния первых датчиков и адреса блока системы, отмеченной как поврежден,ная }(1).

Известно также устройство, содержащее первый и второй блоки обработки данных, произвольные элементы, переключатель, постоянное запоминающее устройство (ЗУ) последовательности тестовых сигналов, пер- 25 вый и второй запоминающие элементы, блок установки первоначального состояния и детекторы ошибок (2).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для автоматизации. контроля параметров радиотехнических средств и систем, содержащее блок задания последовательности, логический блок управления оперативным

ЗУ, блок индикации, блок сдвига, вентили, арифметический блок, блок управления, блок датчиков, преобразователь и передатчик (3).

К недостаткам таких устройств относятся систематические и случайные отклонения результирующих кодов выходных сигналов измеряемых величин контролируемых систем от истинных значений, связанные с изменениями параметров окружающей среды (температуры, влажности, давления, освеIrIeнности, радиации, теплового, светового и акустического излучений, вибрации), старением и саморазогревом датчиков и элементов, ухудшением контактов, колебаниями питающих напряжений, паразитными электромагнитными полями, дрейфом напряжений смещения нуля и входных токов, коэффициентов усиления, значений сопротивлечий и емкостей. Надежность (живучесть) известных устройств снижена из-за отсутствия самокалибровки и самоконтроля,,вследствие чего полезный сигнал может быть полчостью искажен помехами и шумами.

794616

Целью изобретения является повышение точности и надежности измерения параметров нескольких одновременно функционирующих радиотехнических ооъектов (систем) в условиях непрерывно меняющихся систематическим и случайным образом деста билизпрую1цих воздействий.

Поставленная цель достигается тем, что.в устройство для контроля параметров радиотехнических объектов, содержащее последовательно соединенные блок датчикоь, 10

Оно содержит блок датчиков 1, блок .сопряжения 2, коммутатор 8, блок АЦП 4, блок управления б,,первый .вычислитель б, генератор опорных сигналов 7, блок эталонов 8, второй вычислитель 9, блок сканирован ия 10, блок сравнения 11, блок памяти

12, блок искусственной дестабилизации 18, в состав которого входят регистр 14, ЦАП

65 блок сопряжения, коммутатор, блок аналого-цифровых, преобразователей, первый вычислитель и блок управления, выход которого подключен ко второму входу первого вычислителя, второй .вход — к первому .входу устройства, а первый вход блока датчиков — ко втопомч,входу JcTpofttcTB3,, вве- .

1дены генератор ..опорных сигналов, второй

1 .вычислитель, олок сканирования, блок срав :.нения, олок эталонов и последовательно соединенные олок памяти, регистр, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и формирователь дестаoHJIHÇHp)" tîùåãо воздействия, выход которого подключен к первому 25 .входу второго вычислителя, второму входу блока аналого-цифровых преобразователей (АЦП), ко второму, входу коммутатора и ко второму входу блока сопряжения, соединенного третьим входом со вторым .входом второго вычислителя, с третьим входом блока АЦП, с выходом устройства, с первым- входом блока сравнения, со входом блока памяти, со вторым входом регистра, со вторым входом ЦАП, со вторым в.ходом 35 формирователя дестабилизирующего воздействия и через блок сканирования с третьим входом коммутатора, выход которого подключен к третьему входу второго вычислителя, соединенного выходом с четвер- 40 тым входом блока АЦП,,пятый, вход которого подсоединен к третьему входу первого вычисл|ителя, к первому входу генератора опорных сигналов, к выходу блока сопряжения, к четвертому входу блока сопряже.ния и через блок эталонов к пятому входу блока сопряжения. Четвертый вход первого вычислителя соединен с выходом блока сравнения, а пятый вход — со вторым входом блока сравнения,и с выходом блока .памяти. Выход и второй вход блока датчиков подключены ко второму входу и выходу генератора опорных сигналов соответственно, На чертеже представлена структурная 55 схема устройства.

1б и формирователь дестабилизирующего воздействия 1б.

Устройство работает следующим образо м.

Измеряемые величины по второму входу

17 поступают в блок 1. Датчики блока 1 преобразуют измеряемые величины в форму, у тобную для дальнейшей дистанционной ,передачи измеряемых величин. Например, неэлектрические величины (угол, поворота, линейное перемещение, температура, освещенность) преобразуются в электрические, электрические величины преобразротся в другис электрические величины (магнитный поток, ток — в напряжения).

С выхода блока 1 сигналы поступают на вход блока 2, функционирующего под управлением вычислителя б и осуществляющего операции ввода — вывода над входными сигналами (расширение, адресацию, управление, сжатие, клапанирование, промежуточное запоминание и,преобразование уровней).

1хоммутатор 3 подключает сигнальные шины блока 2 ко входу вычислителя 9. Порядок подключения сигнальных шин определяется блоком !О, функционирующим под управлением вычислителя б. В простейшем случае блок 10 может поочередно и последовательно .во .времени включать ключи коммутатора 8 и представлять собой рас. пределитель импульсов. В зависимости ot числа и характера (веса) измеряемых параметров и числа контролируемых объек. тов,возможны и более сложные алгоритмы управления коммутатором 8, реализуемые блоком 10.

Вычислитель 9 осуществляет предварительную математическую обработку входных сигналов и,представляет собой набор олерациопных элементов (сумматоров-вычитателей, интеграторов, дифференциаторов, перемножителей, функциональных преобразователей), соединяемых друг с другом через ключи, управляемые сигналами вычислителя б. Таким образом, для каждого входного сигнала образуется свой дифференциальный анализатор, структура которого определяет последовательность и характер математических операций, выполняемых над входным сигналом. Указанная предварительная аналоговая обработка повышает общее быстродействие устройства (т. е. в конечном итоге увеличивается число измеряемых параметров), позволяет уменьшить объем активной памяти вычислителя б (данные в аналоговом виде могут запоминаться .на,интеграторах) и упрощает структуру вычислителя б. И нтеграторы, входящие в состав вычислителя 9, усредняют импульсные помехи, чем .повышается помехоустойчивость всего устройства.

Блок 4 преобразует входные сигналы в цифровой,код и представляет собой набор

794616

U=M. Э+А, 45

U — 
М= — —.

ЬЗ

Л19! (напряжение — код, временной интер.вал — код, частота — код).

Синхронизация вычислителя б:и через вычислитель 6 остальных блоков устройства, загрузка устройства .входной информацией через первый вход 18 осуществляется блоком 5.

Параметры датчиков блока 1, цепей передачи данных блока 2, ключей коммутатора 3 операционных элементов вычислителя

9, аналоговых элементов блока 4 могут изменяться систематическим и случайным образом,при,неизменных первичных воздействиях (измеряемых параметров). Указанные изменения могут быть связаны с:изменением параметров окружающей среды, особенно в полевых условиях (температуры, влажности, давления, радиации, теплового, светового и акустических излучений, вибраций), старением,и саморазогревом элементов, ухудшением контактов, колебаниями питающих напряжений, паразитными электромагнитными полями, дрейфом напряжений смещения, нуля и входных токов, коэффициентов усиления, значений сопротивлений,н емкостей. При неблагоприятном стечении обстоятельств .непредсказуемые изменения параметров могут лолностью исказить измеряемые, величины.

Искажения сигналов в каждом из блоков 1, 2, 4, коммутаторе 3 и вычислителе 9 могут носить мультипликативный и аддитивный характер. В общем виде указанное положение можно записать в .виде формулы где U — искаженный сигнал;

Э вЂ” эталонное значение сигнала;

М вЂ” мультипликативный коэффициент;

А — аддитивная составляющая сиг.нала.

С помощью блока 13 определяются значения М и Л. Указанные значения M,è А

:используются для окончательных расчетов значений измеряемых величин, что позволяет получить точные значения измеряемых ,величин даже при существенном искажении измеряемых величин за счет влияния факторов дестабилизации и параметров. ,Все операции по определению М и А осуществляются:вычислителем 6 и под управлением вычислителя б в интервале времени между двумя соседними измерениями или .в начале каждого нового цикла, измерений. Поскольку один:цикл,измерений за;нимает сравнительно небольшое время и за .время цикла значения М .и А не успевают измениться заметным образом, можно:.считать, что значения М и А корректируются непрерывно.

В блоке 12 хранятся .в цифровом виде эталонные значения измеряемых;величин, верхняя и нижняя граница разрешенных изменений измеряемых величин и коды ис5 !

О

40 кусственных дестабилизирующих зоздействий. Хранение эталонов в цифровом, виде прп соответствующей разрядности эталона позволяет обеспечить долговременную стабильность,п точность эталона.

1 алиброзка каждого олока ТрВКТ2 измерения и всего тракта в целом для каждой измеряемой величины носит индивидуальный характер.

Из блока 12, управляемого вычислителем 6, в регистр 14 считывается код дестабилизирующего воздействия, равный нулю.

Преобразователь 15 преобразует указанный код в нулевое напряжение, которое формирователем 16 преобразуется в дестабилизирующий ток, мощность,и напряжение. После преобразования блоком 4 нулевого дестабилизурющего воздействия в код последний представляет собой аддитивную ошибку блока 4, которая записывается по соответствующему адресу ОЗУ вычислителя б.

Затем нулевое дестабилизирующее воздействие поочередно подается на вход вычислителя 9, коммутатора 3, блока 2, выходы которого подключены,непосредственно к блоку 4. Блок 4 преобразует последовательно напряжения с выхода указанных блоков в коды, которые записываются по соответствующим адресам ОЗУ вычислителя 6. Аддитпвная ошибка каждого из блокоз 2, 3, 9 равна алгебраической сумме полученной аддитивной ошибки и аддитнвной ошибки блока 4. Результирующая аддитив.ная ошибка последовательно включенных блоков 2, 3, 9 и 4 равна алгебраической сумме аддитивных ошибок каждого нз,перечисленных блоков. Все:вычисления над ошибками производятся в цифровом виде в вычислителе б.

Затем на вход блока 4 с блока 12 через блок 13 подается дестабилизирующее воздействие, не равное нулю. Полученный код, представляющий собой в общем случае код

U искаженного сигнала, засылается .в ОЗУ вычислителя б.

По,известным значениям кодов U, Э и А блока 4 в вычислителе 6 вычисляется значение мультипликативного коэффициента

М по формуле

Поочередно возбуждая каждый из блоков

2, 3 .и 9 ненулевым дестабилизирующим воздействием и преобразуя результаты возб; видения в код в блоке 4 с учетом собственного мультипликативного коэффициента блока 4, вычисляются в вычислителе б мультипликативные коэффициенты указанных блоков.

Результирующий мультипликативный ,коэффи циент последовательно включенных блс;ca, 8, 9 н 4 равен произведению мультнплнкативного коэффициента каждого из блоков 2, 8, 9 и 4.

Определение аддитивных ошибок и мультипликатнвных,коэффициентов датчиков блока 1, как наименее надежных и сТВ бильных элементов в тракте контроля измеряемых величин, осуществляется несколько более сложным способом.

Сначала дестабилизирующими воздействиями возбуждается блок 8, который содержит эквиваленты датчиков блока 1, формирующие сигналы, связанные IIO набору параметров (амплитуда, форма, длительность) с параметрами соответствующих датчиков бло .<а 1 линейными зависимостями. Зквнва",åнты датчиков блоха 8, не связанные с реальными измеряемыми зеличи. нами, конструктивно представляют собой высокостабильные элементы. Например, эквивалент датчика — шунта в блоке 1 в блоке 8 может быть выполнен небольших размеров из ыанганина или константана; экзп.валент датчика — фотоприемника может быть вьполнен в виде эталонной оптической пары (лампа накаливания — фотоумножитель), эквивалент датчика —,измерителя тока может быть выполнен в виде эталонного генератора тока. Сказанное относится и к любым другим датчикам. Следует отметить, что блок 8 может быть такжетермостатирован, тщательно экранирован. Блок

8 позволяет определить сквозные ошибки тракта от блока 1 до вычислителя.

Ошибки датчиков блока 1, вызванные изменением знешннх условий, определяются с помощью генератора 7. Конструктивно опорные элементы генератора 7 встроены в датчики блока 1. Например, датчик внешнего освещения может освещаться источником эталонного светового потока, датчиктрансформатор может возбуждаться эталонным магнитным потоком эталонного единичного витка, намотанным на тот же сердечник трансформатора, датчик угла поворота может через редукторнуlo передачу с эталонным приводом поворачиваться на единичный угол.

Сигналы с датчиков блока 1, полученные в результате возбуждения опорных элементов датчиков генератора 7 блоком 13, сравниваются с сигналами с эквивалентов датчиков с блока 8. Поскольку все .сигналы в предлагаемом устройстве преобразуются в коды,и залисываются в ОЗУ вычислителя б, то вычислитель б в течение каждого заданного интервала времени постоянно вычисляет индивидуальные ошибки каждого из блоков 1, 2, 8, 9 и 4 .и эквивалентну1о ошибку всего измерительного тракта.

В вычислителе б при известных ошибках измерительного тракта определя1отся действительные значения измерительных величин путем вычитания из:искаженных сигналов датчиков блока 1 суммарной ад10

20 (7 5

65 днтивной ошно::If .и дслсння на результнр ющий мультипликативный коэффициент.

В блоке 11 сравниваются неискаженные значения измеренных величин с выхода зычислителя б и эталонные значения измеренных везичин с выхода регистра блока 12.

Результат сопоставления (измеренная веллчнна выше, чиже, равна заданными верхней и нижней эталонной границе изменения измеряемой величины) с *выхода блока 11 через вычислитель б поступает для соответствующей;1нтерлретации на вход выходнон ,ннформации (внешние устройства, сигнал прорыв",. Hèÿ., оператор) .

Определение истинных значений измерчсмых величин в условиях непрерывно меняющихся внешних воздействий, что характерно для полигочных условий, осуществляется благодаря непрерывной самокалиброзке и самонастройке данного устройства. Указанные адаптивчые свойства лозышают ..адежность (жнвучесть) устройства и позволяют выделить полсзн . и сигнал при отношении сигнал — помеха (эквивалентное воздействие всех дестабилизи.рующих факторов рассматривается как помеха), меньшем единицы. Используемая в устройстве обратная отрицательная аналого-цифро-аналоговая связь с вычислителем в контуре обратной связи позволяет показатель качества устройства поддерживать на оптимальном, заранее заданном уровне, причем значение указанного уровня может изменя гься или программно, или оператором. Форма дестабилизирующих воздействий (релейные, постоянные, пилообразные, син соидальные, экспоненциальные) с выхода блока 13 может задаваться и изменяться вычислителем б через блок 12, в котором могут храниться в цифровом виде последовательности кодов, соответствующие указанным выше дестабилизирующим воздействиям, т. е. блок 18 может выпол,нять также функции генератора тестового возмчщения.

При отсутствии дестабилизирующих возмущений описанный режим функционирования устройства эквивалентен непрерывной самопроф14лактике и самоконтролю.

Использование в устройстве новых элементов выгодно отличает предлагаемое устройство для автоматизации контроля параметров радиотехнических объектов и систем от .известных, так как исключаются систематические и случайные отклонения кодов выходных сигналов, измеряемых величин контролируемых систем от истинных значенд. .. "3ÿçàèíûx с изменением параметров окружающей среды (температуры, влажности, дазления, освещенности, радиации, теплового, светового:и акустического излучения, вибрации), старением и саморазогревом датчиков и элементов, ухудшением .;онта.-"òîç, колебаниями питающих напряжений, пгразитными электромагнитными

794616

10 полями, дрейфом напряжений смещения нуля и входных токов изменением коэффициентов усиления и значения радиоэлементов. Также повышается надежность (живучесть) предлагаемого устройства благодаря самокалибровке и самоконтролю.

Формула изобретения

Устройство для контроля параметров радиотехнических объектов, содержащее последовательно соединенные блок датчиков, блок сопряжения, коммутатор, блок аналого-цифровых преобразователей,,пер- !5 вый вычислитель .и блок управления, выход которого подключен ко второму входу первого вычислителя, второй, вход — к первому входу устройства, а,первый .вход блока датчиков — ко,второму входу устройства, 20 от л ич а ю шее ся тем, что, с целью по,вышения достоверности результатов контроля и надежности устройства, в;него введены генератор опорных сигналов, второй вычислитель, блок сканирования, блок ср а внел и я, блок эталонов,и .последовательно соединенные блок памяти, регистр, циф.ро-аналоговый преобразователь и формирователь дестабилизирующего воздействия, выход которого подключен к первому;входу второго вычислителя, второму. входу блока аналого-цифровых преобразователей, ко второму входу коммутатора и ко .второму входу блока сопряжения, соединенного третьим входом со вторым, входом второго,вычислителя, с гретьим входом блока BHBлого-цифровых преобразователей, с выходом устройства, с первым входом блока сравнения, со .входом блока памяти, со вторым входом регистра, со вторым входом цифро-аналогового преобразователя, со вторым входом формирователя,дестабилизирующего воздействия m через блок сканирования — с третьим входом коммутатора, выход которого подключен к третьему входу второго вычислителя, соединенного,выходом с четвертым входом блока аналогоцифровых преобразователей, пятый вход которого подсоединен к третьему входу первого вычислителя,,к первому входу генератора опорных сигналов, к выходу блока сопряжения, к четвертому входу блока сопряжения и через блок эталонов к пятому входу блока сопряжения, четвертый вход первого вычислителя соединен с выходом блока сравнения, а пятый вход — со вторым входом сравнения и с выходом блока памяти, причем выход и второй вход блока датчиков подключен ко второму входу и выходу генератора опорных сигналов соответственно.

Исто гники информации, принятые во внимание,при экспертизе:

1. Акцептованная заявка Франции № 2285659, кл. G 06 F 11/06, опублик. 1976.

2. Патент США № 4025767, кл. 235-153, опублик. 1977.

3. Патент США № 3665399, кл. 340-152, опублик. 1972 (прототип) .

Составитель В. Ди",âîâ

Техред A. Кемь!еснскова

Рсдактор Л. Утехина

1(орректор С. Файн

3аказ 1761/129 р зд 1,",о 131 1 ирэ>к 951 Подписное и1Г!О «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип. Харьк. фил. пред. «Г1атент»