Устройство для определения параметров установившегося значения аналогового сигнала

 

Сущность изобретения; определение длительности полки сигнала, превышающей заданную пороговую длительность. Устройство содержит элемент сравнения (1), генератор импульсов (2), реверсивный счетчик (3), пороговый счётчик (4), цифроаналоговый преобразователь (5), счетчик времени

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕ НТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф

° °

° °

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4907651/24 (22) 04.02.91 (46) 23.12.92. Бюл. N. 47 (71) Институт кибернетики им.B.М. Глушко(72) Л.С. Файнзильберг (56) Патент CLUA М 4246470, кл, 235-92, публ, 1981.

Авторское свидетельство СССР

N. 752162, кл. G 06 F 15/46, 1977..Я3. 1783546 А1 (я)5 G 06 F 15/46

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВИВШЕГОСЯ 3НАЧЕНИЯ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА . (57) Сущность изобретения" .определение длительности "полки" сигнала, превышающей заданную пороговую длительность. Устройство содержит элемент сравнения (1), генератор импульсов (2), реверсивный Счет- чик (3), пороговый счетЧик (4), цифроанало говый преобразователь (5), счетчйк временИ (6), элементы И (7,8,9;10;f1.,12); триг геры

13,14, группу переключателей (15). 1-7(8) 3 5-1, 2-7(8)-4-12-14-9, 2-9".6-15-10-13-11, 13-12, 14-7(8). 2 ил.

1783546 версивного счетчика, выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, второй выход генератора импульсов соединен с первым входом третьего элемен, та И, выход которого соединен со счетным входом счетчика времени, дополнительно содержит четвертый, пятый и шестой элементы И, двэ триггера и группу переключателей, через которые единичный и нулевой выходы разрядов счетчика времени соединены с соответствующими входами четвертого элемента И, при этом дополнительный вход четвертого элемента И соединен с выходом третьего элемента И, выход четвертого элемента И соединен со входом первого трйггера, единичный и нулевой выходы которого соединены с первыми входами пятого и шестого элементов И, вторые входы которых подключены к выходу переполнения порогового счетчика, выход пятого элемента И подключен ко входу начальной установки счетчика времени, выход шестого элемента И связан со входом второго триггера, выход которого соединен со вторым .входом третьего элемента И и с третьими входами первого и второго элемейтов И.

На фиг.1 представлена схема заявляемого устройства; на фиг.2 — временная диаграмма, поясняющая принцип действия устройства, Предлагаемое устройство для определения параметров установившегося режима аналогового сигнала содержит (см.фиг.1) элемент 1 сравнения, генератор 2 импульсов, реверсивный счетчик 3, пороговый счетчик 4, цифроаналоговый преобразователь 5; счетчик 6 времени, элементы 7-12 И, первый триггер 13 и второй триггер 14, а также группу (блок) 15 переключателей. При этом первый вход элемента 1 сравнения образует вход устройства, а выходы разрядов реверсивного счетчика 3 и выходы разрядов счетчика 7 времени образуют два информационных выхода устройства.

Генератор 2 импульсов имеет двэ выхода, на которых образуются две серии сдвинутых во времени тактовых импульсов, что необходимо для исключения сбоев в работе устройства.

35

45 устройство для определения параметров установившегося значения аналогового сиг- 50 элемента сравнения, а выходы — со входами бы соответственно сложения и вычитания ре- ци

Изобретение отноСится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано для определения в цифровой форме параметров установившихся состояний аналоговых сигналов различной физической природы, а именно для определения уровня установившегося значения сигнала и егодлительности во времени, В частности, устройство может найти применение в черной металлургии и литейном производстве 10 для определения параметров процесса кристаллизации расплава по термическим эффектам кривой охлаждения.

Известно устройство для определения установившегося значения аналогового сиг- 15 нала, содержащее взаимосвязанные анало-го-цифровой преобразователь, генератор импульсов, счетчик времени, дискриминатор локальных приращений, делитель частоты илогические элементы И(см.йатентСША 20

N 4246470, кл.235/92, 1981). Данное устройство обеспечивает автоматическое определение среднего значения сигнала в установившемся состоянии. Однако полученная информация является недостаточной при решении целого ряда прикладных задач, в частности, задач контроля процесса кристаллизации расплава, Известно также устройство (см.а.с.

СССР М 752162, кл. G.01 и 25/06, 1980), 30 содержащее взаимосвязанные элемент сравнения, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, три элемента

И, пороговый счетчик, счетчик времени и генератор импульсов. Устройство позволяет аппаратным способом в реальном масштабе времени определить установившееся значение обрабатываемого аналогового сигнала и представить результат в цифровой форме, удобной для восприятия оператором и для последующего использования в системе управления, Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет определения длительности установившегося значения сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что нала, содержащее элемент сравнения, первый вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, гене ратор импульсов, первый выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам

Все узлы устройства могут быть реализованы на отечественных интегральных элементах средней степени интеграции. Так. ,элемент 1 сравнения можно построить на микросхеме К140УД13, генератор 2 импульсов может быть собран на микросхемах

К155ЛН1, К155ТМ2 и К155ЛАЗ, реверсивный счетчик 3 и пороговый счетчик 4 могут ть собраны на микросхемах К155ИЕ7, фроанэлоговый преобразователь 5 — на

1783546 микросхеме К572ПА1, а счетчик 6 времени— на микросхемах К155ИЕ5.

Элемент 10 представляет собой многовходовой элемент И, первый вход которого подключен к выходу элемента 9 И, а осталь- 5 ные входы через блок 15 переключателей подключены к единичным и нулевым выходам разрядов счетчика 6 времени. Элемент

10 может быть собран, например, на микросхеме К155ЛА2, элементы 7,8,9,11,12 — на 10 микросхемах.К155ЛАЗ, а триггеры 13 и 14— на микросхемах К155ТМ2.

Положение переключателей блОка 15 соответствует двоичному коду числа N, связанному с требуемым порогом г; по про- 15 должительности установившегося режима и .частотой f импульсов, поступающих на счетный вход счетчика 6 времени, следующим соотношением:

N = to f — 1; -.-::: -- - -: :.-,,:- ...: 20 . Так, например, если требуемый порог

t0 равен 1,9 с, то при частоте f = 10 Гц число . N равно 18(соответствующий двоичный код

10010), Следовательно для установки такого порога переключатели второго и пятого 25 разрядов блока 15 переключателей нужно подключить к единичным выходам соответствующих разрядов счетчика 6 времени, а остальные переключатели подключить к нулевым выходам соответствующих разрядов 30 счетчика 6 времени.

В исходном состоянии триггеры 13 и 14 устанавливаются в нулевое состояние, При этом сигнал с нулевого выхода триггера 13 . открывает элемент 11 И, сигнал с единично- 35 го выхода триггера 13 блокирует элемент 12

И; а сигнал с нулевого выхода триггера 14 открывает элементы 7,8,9 И.

В процессе работы устройства на ггервый вход элемейта 1 сравнения поступает 40 обрабатываемый аналоговый сигнал X(t). На второй вход элемента сравнения 1 поступает компенсирующий аналоговый сигнал Y(t) обратной связи с выхоДа цифроаналогового преобразователя 5. Если сигнал X(t) больше 45 сигнала Y(t) (режим "Недокомпенсация"), то на первом выходе элемента 1 сравнения образуется сигнал логической единицы, который открывает элемент 7 И. Если же обрабатываемый сигнал X(t) меньше 50 компенсирующего сигнала Y(t) (режим "Перекомпенсация"), то на втором выходе элемента 1 сравнения образуется сигнал логической единицы, который открывает элемент 8 И. При этом импульсы с первого 55 выхода генератора 2 поступают на вход сложения или вход вычитания реверсивного счетчика 3, что вызывает соответствующие изменения компенсирующего сигнала У(т).

Как только сигнал Y(t) станет равным сигналу X(t) с точностью до порога нечувствительности элемента 1 сравнения, элемент 8 закрывается.

Тем самым обеспечивается следящее преобразование обрабатывающего сигнала

X(t) в цифровую форму, в процессе которого на выходах элементов 7,8 И образуется реверсивный число-импульсный код — последовательность кодовых - импульсов, соответствующих элементарным положительным и отрицательным приращениям обрабатываемогоо сигнала.

В процессе обработки сигнала Х(с) кодовые импульсы с выходов элементов 7 и 8 И поступают также на входы сложения и вычитания порогового счетчика 4. Если при этом число импульсов, поступивших на тот или иной вход счетчика 4, превышает установленный порог о<> по приращению аналогового сигнала, то на выходе переполнения порогового счетчика 4 образуется импульс, который через открытый элемент 11 И поступает на вход начальной установки счетчика 6 времени. На счетный же вход счетчика 6 через открытый элемент 9 И постоянно поступают тактовые импульсы со второго выхода генератора 2;

В интервале между моментами времени

to и t> (см.фиг.2) из-за большой скорости изменения сигнала Х(1) пороговый счетчик 4 будет сбрасывать счетчик 6 времени раньше, чем в счетчике 6 времени будет образовано чйсло N. Поэтому триггер 12 остается в нулевом состоянии.

В момент времени t< (см.фиг.2), когда наступает установившийся режим и приращения обрабатываемого сигнала не превыша ют порог 6,, прекращается сброс в начальное состояние счетчика 6 времени импульсами переполнения порогового счетчика 4. В результате в момент времени tz =

= t>.+ rp в счетчике 6 времени образуется число N, определяемое настройкой переключателей блока 14. При этом откр,ывается элемент 10 И. и следующий по счету . тактовый:импульс проходит на вход триггера 13; устанавливая последний в единичное состояние.

Сигнал с нулевого выхода триггера 13 закрывает элемент 11 И, а сигнал с единичного выхода триггера 13 открывает элемент

12 И, В момент-времени тз завершается установившийся режим и на выходе переполнения порогового счетчика 4 снова образуется импульс. Этот импульс через открытый элемент 12 И устанавливает триггер 14 в единичное состояние, Триггер 14 сигналом с

1783546

20

45

50 нулевого входа блокирует элементы 7,8 и 9

И.

Таким образом в момент окончания установившегося режима прекращается дальнейшее прохождение кодовых импульсов на входы сложения и вычитания реверсивного счетчика 3 и порогового счетчика 4, а также прохождение тактовых импульсов на счетный вход счетчика времени 6. В результате на информационном выходе (выходе разрядов) реверсивного счетчика 3 до начала следующего цикла обработки сигнала будет сохраняться цифровой код величины Xycz представляющей собой значение сигнала в установившемся режиме, а на информационном выходе счетчика 6 времени будет со-. храняться цифровой код величины Л1уст, представляющей собой продолжительность во времени установившегося режима.

Предлагаемое устройство имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с базовым устройством — цифровым анализа- тором "ГДАДУС", изготовленным опытным производством СКБ математических машин и систем Института кибернетики имени

В.М. Глушкова АН УССР и внедрейным на металлургическом заводе Электросталь

r.Ýëåêòðoñòàëü, Московской обл. (информация о базовом устройстве содержится в статье Скурихина В.И.; Файнзильберга Л,С, Вычислительные средства для оценки технологических параметров по сигналу датчи ка кратковременного контакта. — журнал

Управляющие системы и машины, 1985, М

4, c,19 — 24).

Эти преимущества состоят в том, что предлагаемое устройство, в отличие от базового, позволяет определить не только ве-. личину сигнала в установившемся режиме, но и продолжительность во времени установившегося режима. При этом процедура обработки сигнала реализуется аппаратным способом на простейших узлах цифровой вычислительной техники, что обеспечивает высокую аппаратурную надежность работы устройства, Устройство может найти применение в литейном йроизводстве для автоматического определения параметров процесса кристаллизации (температур ликвидуса и солидуса, а также продолжительностей температурных площадок, соответствующих этим температурам), что в конечном итоге обеспечивает возможность оперативно контролировать химический состав расплава,.

Применение устройства в медицинской диагностике дает возможность достаточно просто получить информацию о продолжительности во времени и уровне изоэлектрических линий на электрокардиосигналах и пульсограммах, что в конечном итоге упрощает постановку диагноза по указанным сигналам.

Формула изобретения

Устройство-для определения параметров установившегося значения аналогового сигнала, содержащее элемент сравнения, первый вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с выходом .. цифроаналогового преобразователя, гене-. ратор импульсов, первый выход которого соединен с первыми входами первого и втоporo элементов И, вторые входьг которых соединены с соответствующими выходами элемента сравнения, а выходы — с входами соответственно сложения и въиитанйя порогового счетчика и реверсивного счетчика, выход которого соедийен с входом цифроаналогового преобразователя, второй выход .. генератора импульсов соединей с:первым входом третьего элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика времени, о тл и ч а ю ще е с я тем, что, с целью расширейия функциональных возможностей путем определения длительности установившегося значения сигнала, в него введены четвертый, пятый, шестой элементы И, два триггера и группа переключателей, через которьге единичный и нулевой выходы разрядов счетчика времени соединены с соответствующими входами четвертого элемента И, при этом дополнительный вход четвертого элемента И соединен с выходом третьего элемента И, выход четвертого элемента И соединен с входом nepsoro триггера, единичный и нулевой выходы которого соединены с первыми входами пятого и шестого элементов И, вторые входы которых подключены к выходу переполнения порогового счетчика, выход пятого элемента И соединен с входом начальной установки счетчика времени, выход шестого элемента И соединен с входом второго триггера, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И и третьими входами nepaoro и второго элементов И.

1783546

Х(Т) Ф

° HH/GQ

7РИГГЕРЯ 23

88800

7РИГГЕРЯ 14

Т2

Т1 . щг,р

Составитель Л.Файнзильберг

Редактор А,Мельникова Техред М,Моргентал Корректор П.Гереши

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4518 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5