УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДАННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДАННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ


RU (11) 2079892 (13) C1

(51) 6 G08C19/28, H03M7/30 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1997.05.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 93037082/09 
(22) Дата подачи заявки: 1993.07.19 
(45) Опубликовано: 1997.05.20 
(56) Аналоги изобретения: Авторское свидетельство СССР N 1425828, кл. H 03 M 1/18, 1988. Авторское свидетельство СССР N 1378059, кл. H 03 M 1/50, 1988. Авторское свидетельство СССР N 511619, кл. G 08 C 19/28, 1976. 
(71) Имя заявителя: Воронцов Валерий Леонидович[KZ] 
(72) Имя изобретателя: Воронцов Валерий Леонидович[KZ] 
(73) Имя патентообладателя: Воронцов Валерий Леонидович[KZ] 

(54) УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДАННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ 

Изобретение относится к телеметрии и может найти применение при измерениях быстроменяющихся параметров, например вибрации, когда достоверность априорной оценки диапазонов измерений низка, а пропускная способность каналов ограничена. Для этого исходят из особенностей обработки данных измерений быстроизменяющихся параметров, заключающейся в получении интегральных характеристик, осуществляют избыточное первоначальное квантование сигналов по уровню для обеспечения измерений в широком диапазоне, выделяют минимальное и максимальное значения на интервале преобразования, осуществляют преобразование

,

где Uijвых вых (Uij - текущее значение j-го измерения i -го параметра после (до) преобразования, Ui мин (Ui макс) - минимальное (максимальное) значение изменения i-го датчика на интервале преобразования, Кп - число уровней квантования преобразованного измерения; выдают текущие преобразованные значения измерений меньшей, чем первоначальная, разрядности, выдают экстремальные на интервале преобразования значения измерений с разрядностью, совпадающей с первоначальной. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к телеметрии и может быть использовано при измерениях быстроменяющихся параметров (например, вибрации), когда достоверность априорной оценки диапазонов измерений низка, а пропускная способность каналов ограничена.

Известно устройство для аналого-цифрового преобразования, используемое для преобразования быстроменяющихся аналоговых сигналов в цифровой код, в котором адаптивно осуществляется выбор поддиапазона, кодируемого двумя старшими разрядами [1]

Недостатком устройства является присвоение номера поддиапазона каждому измерению при небольшом количестве поддиапазонов (как в приведенном аналоге) нельзя обеспечить измерение в широком диапазоне, а при увеличении количества поддиапазонов возрастает объем выходных данных измерений.

Известен аналого-цифровой преобразователь, исключающий избыточность выходных данных путем выдачи значений измерения и временного интервала, в течение которого значения измерений одинаковы [2]

Очевидно, данный преобразователь не обеспечит малого объема выходных данных при измерениях быстроменяющихся параметров.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для сжатия телеметрической информации, содержащее синхронизатор, цифровой узел с блоком квантования и временной дискретизации, блоком сравнения и интегратором, анализатор знаков с блоком задержки и группами формирователей сигналов, логических элементов И и ИЛИ [3]

В устройстве осуществляют сжатие выходных данных измерений, для чего вычисляют разностные значения текущих измерений и интегрированных, обозначают соответствующими полученным приращениям сигналами временные интервалы, причем число возможных значений сигнала ровно четырем.

Это устройство эффективно для изменяющихся линейно и медленно параметров и приемлемо для быстроменяющихся параметров из-за низкой точности.

Технический результат изобретения выражается в исключении избыточности выходных данных о быстроменяющихся параметрах при осуществлении измерений в широком диапазоне.

Технический результат достигается тем, что в устройство дополнительно введены формирователь адреса, дешифратор, линия задержки, селектор минимальных значений, два запоминающих блока, два блока линии задержки, мультиплексор, RS триггер, три вентиля и преобразователь разрядов, причем входом устройства являются шины первого входа блока квантования и временной дискретизации, второй вход которого объединен с выходной шиной опорных импульсов синхронизатора, первым входом формирователя адреса и управляющим входом второго вентиля, третий вход с выходной шиной маркерных импульсов синхронизатора, вторым входом формирователя адреса и через линию задержки с первым входом RS-триггера, а выходные шины с первыми входами селекторов минимальных и максимальных значений измерений и блока задержки данныхю.

Выходная шина прореженных опорных импульсов синхронизатора подключена к управляющему входу третьего вентиля.

Выходные шины данных о номере датчика формирователя адреса подключены к первым входам первого запоминающего блока и первого блока линии задержки, второму входу блока задержки данных, четвертому входу первого вентиля и к части входных шин дешифратора, к оставшейся части входных шин которого подключены выходные шины данных о номере измерения формирователя адреса, а выходная шина подключена ко второму входу RS-триггера, выход которого подключен к первым (управляющим) входам мультиплексора и первого вентиля.

Выходные шины данных текущих минимальных значений измерений первого запоминающего блока подключены ко второму входу селектора минимальных значений измерений, а выходные шины данных текущих максимальных значений измерений ко второму входу селектора максимальных значений измеренийю.

Выход селектора минимальных значений измерений подключен ко вторым входам мультиплексора и первого вентиля, к третьим входам которых подключен выход селектора максимальных значений измерений, четвертый и пятых входы мультиплексора подключены к источникам постоянного напряжения, уровни которых совпадают с уровнями напряжений разрядов весом соответственно "1" и "0", причем шины второго и третьего входов мультиплексора составляют первую группу входных шин, шины четвертого и пятого входов вторую группу входных шин, а выходные шины мультиплексора, принадлежащие его первому выходу, соответствуют шинам второго и четвертого его входов, а принадлежащие его второму выходу, соответствуют шинам третьего и пятого его входов, первый и второй выходы мультиплексора соединены соответственно со вторым и третьим входами первого блока линии задержки, шины первого, второго и третьего входов первого блока линии задержки через линии задержки блока подключены соответственно к его первому, второму и третьему выходам, которые соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым выходами первого запоминающего блока.

Выходные шины блока задержки данных соединены со входными информационными шинами второго вентиля, информационные шины второго, третьего и четвертого входов первого вентиля соответствуют его первому, второму и третьему выходам, подключенным к одноименным входам второго блока линии задержки, шины которых через линии задержки блока подключены к его одноименным выходам, подключенным, в свою очередь, к одноименным входам второго запоминающего блока, четвертый вход которого соединен с выходными шинами данных о номере датчика второго вентиля.

Выходные шины данных измерений второго вентиля соединены со вторым входом преобразователя разрядов, выход второго запоминающего блока подключен к первым входам преобразователя разрядов и третьего вентиля, выход которого является первым выходом устройства, причем в преобразователе разрядов осуществляется обработка данных по формуле



где Uijвых(Uij) текущее значение j-го измерения i-го датчика после (до) преобразования,

Uiмин(Uiмакс) минимальное (максимальное) значение измерения i-го датчика на интервале преобразования,

Кп число уровней квантования преобразованного измерения,

причем обеспечивается выполнение условия

Кп< Ки,

где Ки число уровней квантования исходного измерения, выход преобразователя разрядов является вторым выходом устройства.

Структурная схема устройства представлена на фиг. 1.

Устройство содержит блок 1 квантования переменной дискретизации, синхронизатор 2, формирователь 3 адреса, дешифратор 5, линии задержки 6, селектор 7 минимальных значений измерений, селектор 8 максимальных значений измерений, блок 9 задержки данных, запоминающие блоки 10 и 17, блоки 11 и 16 линии задержки, мультиплексор 12, RS-триггер 13, вентили 14, 15 и 4 и преобразователь 18 разрядов.

Входом устройства являются шины первого входа блока 1 квантования и временной дискретизации, второй вход которого объединен с выходной шиной опорных импульсов синхронизатора 2, первыми входом формирователя 3 адреса и управляющим входом второго вентиля 15, третий вход с выходной шиной маркерных импульсов синхронизатора 2, вторым входом формирователя 3 и через линию задержки 6 с первым входом RS-триггера 13, а выходные шины с первыми входами селекторов 7 и 8 и блока 9 задержки данных. Выходная шина прореженных опорных импульсов синхронизатора 2 подключена к управляющему входу третьего вентиля 4.

Выходные шины данных о номере датчика формирователя 3 адреса подключены к первым входам первого запоминающего блока 10 и первого блока 11 линии задержки, второму входу блока 9, четвертому входу первого вентиля 14 и к части входных шин дешифратора 5, к оставшейся части входных шин которого подключены выходные шины данных о номере измерения формирователя 5 адреса, а выходная шина подключена ко второму входу RS-триггера 13, выход которого подключен к первым (управляющим) входам мультиплексора 12 и вентиля 14. Выходные шины данных текущих минимальных значений измерений блока 10 подключены ко второму входу селектора 7, а выходные шины данных текущих максимальных значений измерений ко второму входу селектора 8.

Выход селектора 7 подключен ко вторым входам мультиплексора 12 и вентиля 14, к третьим входам которых подключен выход селектора 8. Четвертый и пятый входы мультиплексора 12 подключены к источникам постоянного напряжения, уровни которых совпадают с уровнями напряжений разрядов весом соответственно "1" и "0". Причем шины второго и третьего входов мультиплексора 12 составляют первую группу входных шин, шины четвертого им пятого входов вторую группу входных шин, а выходные шины мультиплексора 12, принадлежащие его первому выходу, соответствуют шинам второго и четвертого его входов, а принадлежащие его второму выходу, соответствуют шинам третьего и пятого его входов.

Первый и второй выходы мультиплексора 12 соединены соответственно со вторым и третьим входами блока 11. Шины первого, второго и третьего входов блока 11 через линии задержки блока подключены соответственно к его первому, второму и третьему выходам, которые соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым входами блока 10. Выходные шины блока 8 соединены со входными информационными шинами вентиля 15.

Информационные шины второго, третьего и четвертого входов вентиля 14 соответствуют его первому, второму и третьему выходам, подключенным к одноименным входам второго блока 16 линии задержки, шины которых через линии задержки блока подключены к его одноименным выходам, подключенным, в свою очередь, к одноименным входам блока 17, четвертый вход которого соединен с выходными шинами данных о номере датчика второго вентиля 15. Выходные шины данных измерений вентиля 15 соединены со вторым входом преобразователя 18 разрядов. Выход блока 17 подключен к первым входам преобразователя 18 и третьего вентиля 4, выход которого является первым выходом устройства. Выход преобразователя 18 является вторым выходом устройства.

Существенные отличия предложенного устройства состоят в том, что в нем осуществляют аналого-цифровое преобразование, обеспечивающее высокую точность измерений в широком диапазоне; селектируют экстремальные значения измерений параметров на интервале преобразования, являющиеся выходными данными о пределах измерений для всего интервала преобразования и имеющие относительно малый объем; определяют принадлежность каждого значения измерения параметра к одному из уровней между его экстремальными значениями измерения, причем разрядность данных о номере уровня меньше первоначальной разрядности значений измерений, но вполне допустима ввиду особенностей обработки быстроменяющихся параметров. В конечном итоге обеспечивают высокую точность измерений быстроизменяющихся параметров в широком диапазоне, устранив информационную избыточность выходных данных.

Устройство работает следующим образом.

На первый вход блока 1 квантования и временной дискретизации, являющийся входом устройства, поступают сигналы опрашиваемых циклически датчиков. Первоначальная разрядность заложена в аналого-цифровом преобразователе блока 1, циклограмма работы которого задаeтся опорными и маркерными импульсами, поступающими соответственно на второй и третий входы блока 1 с первого и второго выходов синхронизатора 2. Опорный импульс является признаком данного измерения, а маркер обозначает границу интервала преобразования, совпадает с последним на интервале преобразования данным последнего из опрашиваемых датчиков. Синхроимпульсы с первого и второго выходов синхронизатора 2 поступают также на входы формирователя 3 адреса, которым может быть двоичный счетчик, на счетный вход которого подаются опорные импульсы, установление нуля осуществляется маркером, а выходные сигналы стробируются опорными импульсами. Если число опрашиваемых датчиков равно 2 (n-целое число), то младшие разряды адреса содержат данные о номере датчика, а старшие о номере его измерения.

В начале цикла работы устройства, цель организации которого состоит в селекции экстремальных данных, задержанным линией задержки 6 на часть периода следования опорных импульсов маркерным импульсом, поступившим со второго выхода синхронизатора 2 на первый вход RS-триггера 13, изменяется состояние RS-триггера 13. Сигналом с выхода RS-триггера 13 запирается первый вентиль 14 и изменяется режим работы мультиплексора 12 таким образом, что сигналы с его второго и третьего входов, образующие единую структуру, поступают на выход.

С выхода блока 1 данные, начиная с первого датчика первого измерения, в двоичном коде, сопровождаемые опорными импульсами (фиг.2а), поступают одновременно на первые входы селектора 7 минимальных значений измерений, селектора 8 максимальных значений измерений и блока 9 задержки данных. Также одновременно на первые входы первого запоминающего блока 10 и блока 11 линии задержки поступают адресные данные о номере датчика, инициируя появление данных на выходе блока 10 (фиг. 2б), передаваемых на вторые входы селекторов 7 и 8.

Данные текущих минимального и максимального значения измерений датчика упакованы в одно слово и занимают одну ячейку памяти в блоке 10, номер которой соответствует номеру датчика. При поступлении данных первых измерений датчиков на первые входы селекторов 7 и 8 на их вторые входы поступают данные с выхода блока 10 (фиг. 2в), причем значения всех разрядов для селектора 7 имеют вес "1", а для селектора 8-"0". Таким образом, первое поступившее в селектор 7 слово сравнивается с "единичным" словом, а поступившее в селектор 8 с "нулевым". При этом на выход селекторов 7 и 8 поступит входное слово и через блок 11 линий задержки на второй, третий и четвертый входы блока 10, в его память. Блоком 11 линий задержки сигналы, поступившие на его входные шины, задерживаются на часть периода следования опорных импульсов. В дальнейшем из памяти блока 10 выводится текущее экстремальное данное для сравнения в селекторах 7 и 8 и заменяется новым через время задержки блока 11.

При поступлении адреса последнего данного первого датчика с выхода формирователя 3 адреса на вход дешифратора 5 на выходе дешифратора 5 возбуждается импульсный сигнал, передаваемый на второй вход RS-триггера 13 и изменяющий его состояние, сигналом с выхода RS-триггера 13 изменяется режим работы мультиплексора 12 и открывается вентиль 14. На выход мультиплексора 12 поступают сигналы его четвертого и пятого входов, образующие единую структуру и имеющие соответственно "единичные" и "нулевые" уровни, передаваемые затем на второй и третий входы блока 11 линии задержки. Одновременно на первые входы блоков 10 и 11 поступает адрес первого датчика (в момент выдачи блоком 1 последнего данного первого датчика). Из блока 10 выводится текущее экстремальное данное, минимальная и максимальная его составляющие поступают на вторые входы селекторов 7 и 8 соответственно, на первые входы которых поступает последнее данное первого датчика с выхода блока 1. Экстремальные данные поступают на второй и третий входы вентиля 14, дополняются данными о номере датчика, поступающий на четвертый вход вентиля 14 и через открытый вентиль 14 поступают через блок 16 линий задержки на входы второго запоминающего блока 17 и заносятся в его память. В момент занесения экстремального данного первого датчика в память блока 17 в память блока 10 заносятся слова, в разрядах которых, соответствующих коду текущего минимального значения, содержатся "единицы", а соответствующих коду текущего максимального значения измерений "нули". После выдачи последнего данного последнего датчика блоком 1 экстремальные данные всех датчиков находятся в памяти блока 17, а все ячейки памяти блока 10 содержат слова, разряды которых, соответствующие коду текущего минимального значения измерений, "единичные", а соответствующие коду текущего максимального значения измерений "нулевые", в ходе вывода которых на выходе блока 16 образуется структура, представленная на фиг. 2в.

На этом цикл работы устройства, заключающийся в селекции экстремальных данных, заканчивается.

Далее начинается цикл преобразования данных.

Задержанные на период следования маркерных импульсов данные, сопровождаемые данными о номере датчика, поступают на входные шины второго вентиля 15, с помощью которого осуществляется стробирование их опорными импульсами, следующими с первого выхода синхронизатора на управляющий вход вентиля 15.

С выхода вентиля 15 на четвертый вход блока 17 поступают данные о номерах датчиков, инициируя на выходе блока 17 появление данных, структура которых представлена на фиг. 2г, передаваемых на первые входы третьего вентиля 4 и преобразователя 18 разрядов.

На управляющий вход вентиля 4 с третьего выхода синхронизатора 2 поступают прореженные опорные импульсы, частотой следования которых определяется выдача экстремальных данных на первый выход устройства, структура которых представлена на фиг. 2 г.

Преобразователем 18 разрядов может быть специализированный микропроцессор. На второй вход преобразователя со второго выхода вентиля 15 поступают данные, структура которых аналогична представленной на фиг. 2а.

В преобразователе 18 осуществляется обработка данных по формуле:



где Uijвых (Uij) текущее значение j-го измерения i-го датчика после (до) преобразования.

Uiмин (Uiмакс)- минимальное (максимальное) значение измерения i-го датчика на интервале преобразования.

Kп число уровней квантования преобразованного измерения.

На выход преобразователя 18 и второй выход устройства поступают данные, структура и частота следования которых аналогичны данным на выходе блока 1, но меньшей разрядности (структура данных представлена на фиг. 2д).

При осуществлении устройства, обеспечивая, например, 10-разрядное аналого-цифровое первоначальное преобразование и формируя 4-разрядные выходные данные измерений, возможно 33-кратное превышение максимального диапазона измерении над минимальным, объем выходных данных измерений в 2,5 раза меньше объема непреобразованных данных, что существенно для циклической системы, а для передачи экстремальных данных четырехпозиционным кодом при интервале преобразования 20 мc достаточно двух каналов локального коммутатора сортовой радиотелеметрической системы опросностью 50 Гц.

При совпадении минимального и максимального значений параметра интервала преобразования содержание преобразованных данных не имеет значения.

Интервал обработки данных телеизмерений о быстроменяющихся параметрах в наземной аппаратуре существенно превышает интервал преобразования, заранее однозначно не определен и зависит от стационарности телеметрирующего процесса, что при неодинаковых диапазонах измерений параметра на интервале обработки приведет к необходимости загрубления значений измерений из-за расширения общего (для интервала обработки) диапазона измерений, не снизив, однако, эффективности предложенного устройства.

Таким образом, предложенное устройство позволяет произвести преобразования данных измерений быстроменяющихся параметров, обеспечивающие измерения в широком диапазоне с высокой точностью (что очень существенно при низкой достоверности априорной оценки диапазонов измерений) и с устранением информационной избыточности. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Устройство преобразования данных измерений, содержащее блок квантования и временной дискретизации, синхронизатор, блок задержки данных, причем входом устройства являются первый вход блока квантования и временной дискретизации, второй его вход подключен к выходной шине опорных импульсов синхронизатора, выход к первому входу блока задержки данных, отличающееся тем, что в него введены формирователь адреса, дешифратор, элемент задержки, селектор минимальных значений измерений, селектор максимальных значений измерений, запоминающие блоки, блоки элементов задержки, мультиплексор, RS-триггер, первый, второй и третий блоки ключей и преобразователь числа разрядов, причем третий вход блока квантования и временной дискретизации объединен с выходной шиной маркерных импульсов синхронизатора, с первым входом формирователя адреса и через элемент задержки с первым входом RS-триггера, выход синхронизатора подключен к первым входам селекторов минимальных и максимальных значений измерений, выходная шина опорных импульсов синхронизатора соединена с вторым входом формирователя адреса и управляющим входом второго блока ключей, выходная шина прореженных опорных импульсов синхронизатора подключена к управляющему входу третьего блока ключей, адресные выходы формирователя адреса подключены к первым входам первого запоминающего блока и первого блока элементов задержки, второму входу блока задержки данных, первому входу первого блока ключей и к первой группе входных шин дешифратора, к второй группе которых подключены выходы номера измерения формирователя адреса, выход дешифратора подключен к второму входу RS-триггера, выход которого подключен к первому входу мультиплексора и второму входу первого блока ключей, выходные шины данных текущих минимальных значений измерений первого запоминающего блока подключены к второму входу селектора минимальных значений измерений, выходные шины данных текущих максимальных значений измерений к второму входу селектора максимальных значений измерений, выход селектора минимальных значений измерений подключен к второму входу мультиплексора и третьему входу первого блока ключей, к третьему входу мультиплексора и четвертому входу первого блока ключей подключен выход селектора максимальных значений измерений, четвертый и пятый входы мультиплексора подключены соответственно к источникам постоянного напряжения логического "0" и логической "1", первый и второй выходы мультиплексора соединены соответственно с вторым и третьим входами первого блока элементов задержки, выходы которого соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым входами первого запоминающего блока, выходы блока задержки данных соединены с входами второго блока ключей, выходы первого блока ключей подключены соответственно к первому, второму и третьему входам второго блока элементов задержки, выходы которого подключены к одноименным входам второго запоминающего блока, четвертый вход которого соединен с первым выходом второго блока ключей, второй выход которого соединен с вторым входом преобразователя числа разрядов, выход второго запоминающего блока подключен к первым входам третьего блока ключей и преобразователя числа разрядов, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами устройства.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru