Патент на изобретение №2271031

(54) МНОГОКАНАЛЬНАЯ АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ АНАЛИЗА И РЕГИСТРАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к телеметрии и радиотехнике и может найти широкое применение в космической и авиационной промышленности для проведения контроля параметров динамических процессов, а также при эксплуатации высотных зданий и сооружений. Многоканальная автономная система для анализа и регистрации динамических процессов содержит набор датчиков, преобразователи, фильтры и усилители, соединенные последовательно и подключенные выходами к аналого-цифровому преобразователю, выходами и входами соединенному с однокристальной электронной вычислительной машиной, у которой два входа и выхода соединены с оперативным запоминающим устройством, подключенным к таймеру, третий выход однокристальной электронной вычислительной машины через интерфейс соединен с персональным компьютером, связанным с принтером, а входы фильтров, усилителей, аналого-цифрового преобразователя, оперативного и программного устройства, интерфейса и преобразователя подключены к источнику питания, дополнительно введен источник питания с преобразователем напряжения, двухкомпонентные датчики ускорения, датчики температуры, приемопередатчик, контроллер, выход которого и второй выход дополнительного преобразователя напряжения соединены с приемопередатчиком, выход и вход которого подключен к однокристальной электронной вычислительной машине. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей системы и применения ее в условиях открытого космоса. 1 ил.

Изобретение относится к телеметрической и радиотехнике и может найти широкое применение в космической, авиационной, оборонной промышленности для проведения контроля параметров динамических процессов, а также при эксплуатации высотных зданий и сооружений.

Известны устройства и системы, применяемые на космических станциях, содержащие набор датчиков, устройства преобразования сигналов, источник питания, коммутатор для кодирования сигналов, радиотехническая станция с передатчиком, канал связи, передающий результаты измерения на приемные пункты на Землю.

Недостатком известных систем является то, что они получают информацию в сеансах связи и передают результаты измерений на пункты приема в определенное время. Причем передается вся замеренная информация независимо от ее величин, в том числе и несущественная, поэтому на Землю передается большой поток информации и осуществляется обработка по каждому параметру.

Кроме этого, передача информации от датчиков, расположенных на выносных элементах конструкции, в блоки телеметрии требует проводной связи в виде кабелей, которые располагают на элементах конструкции выносного элемента, что связано с большими затратами по монтажу через гермовводы.

Из научно-технической литературы известна многоканальная автономная система для анализа и регистрации динамических процессов (см. книгу авторов И.И.Миронов, С.Н.Осипов “Многоконтурные системы обработки информации и активного управления”, Энергоатомиздат, Москва, 1997 г., стр.289-296), которую можно считать наиболее близким аналогом.

Система предназначена в основном для контроля нагружений при транспортировании ценных объектов и получения оперативной информации, по которой можно судить о возможных столкновениях или соударениях при эксплуатации объекта.

Многоканальная автономная система состоит из отдельных 8-канальных модулей, каждый из которых может работать в отдельном или спаренном вариантах, функционально связанный между собой и с источником питания (ИП).

Преобразователь ИП предназначен для генерации ряда выходных стабилизированных напряжений из входного напряжения, например 12 В.

Модуль системы с набором датчиков состоит из блока анализа и регистрации (БАР), выход которого соединен с ПЭВМ и принтером.

Блок анализа и регистрации содержит набор фильтров (Ф), усилителей (У), подключенных через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) к однокристальной ЭВМ – (ОЭВМ), выходы которой соединены с оперативными запоминающими устройствами – (ОЗУ), программ и результатов (ПЗУ), таймер, подключенный к ОЗУ и ПЗУ. ОЭВМ через интерфейс входом и выходом соединена с ПЭВМ, подключенной к принтеру. Источник питания через преобразователь источника питания соединен с блоками системы.

Система осуществляет анализ информации, замеренной датчиками.

Сигналы с датчиков через преобразователи, согласующие устройства, поступают на входы системы, где осуществляется фильтрация, усиление и аналого-цифровое преобразование. Сигналы в цифровом коде сравниваются с кодом порогового значения А пор, установленного в системе для проведения анализа только существенной информации, превысившей эти значения. При достижении значений сигналов А пор включается в работу ОЭВМ, которая осуществляет анализ информации по заданному алгоритму.

В основу алгоритма введен принцип сравнения величин сигналов с заданными уровнями, например, устанавливают для анализа 16 уровней в положительной и отрицательной полярностях. Кроме этого, рабочий диапазон разбивается на контрольные уровни для получения информации о событиях, достигших контрольных уровней, представляющих интерес при получении оперативной информации. При получении информации о предельном уровне амплитуды А пред формируется команда на регистрацию процессов по всем замеряемым параметрам. В программе анализа системы предусмотрены процедуры выделения экстремумов и подсчет количества циклов по каждому заданному уровню, которые формируют информацию по всем каналам.

Конструктивно каждый модуль состоит из двух плат – плата АЦП (П1) и плата контроллера (112). Плата АЦП содержит в каждом канале фильтр нижних частот, усилитель и общий на 8 каналов АЦП.

Плата микроконтроллера содержит ОЭВМ, ОЗУ программ обработки (ПЗУ), ОЗУ программ результатов, таймер реального астрономического времени и последовательный интерфейс.

ОЭВМ работает в режиме микропотребления, включается в работу после команды о превышении сигналов порогового уровня. ОЗУ системы непрерывно запоминает 5 сигналов, которые используются как предыстория при выходе параметров за предельный уровень.

Через интерфейс системы осуществляется ввод в систему исходных данных по всем параметрам в виде заданных значений уровней, зон для проведения анализа и вывода результатов во внешнюю ЭВМ.

Недостатком описанной системы является то, что применение ее в условиях открытого космоса для получения измерений и результатов анализа затруднительно в связи с указанными трудностями по установке датчиков на выносных элементах конструкции с кабелями и гермовводами. Кроме этого, система требует, при получении информации, вмешательства оператора для включения ЭВМ при передаче результатов анализа.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы и применения ее в условиях открытого Космоса.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в многоканальную автономную систему для анализа и регистрации динамических процессов, содержащую набор датчиков, преобразователи, фильтры и усилители, соединенные последовательно и подключенные выходами к аналого-цифровому преобразователю, выходами и входами соединенному с однокристальной электронной вычислительной машиной, у которой два входа и выхода соединены с оперативным запоминающим устройством, подключенным к таймеру, третий выход однокристальной электронной вычислительной машины через интерфейс соединен с персональным компьютером, связанным с принтером, а входы фильтров, усилителей, аналого-цифрового преобразователя, оперативного и программного устройства, интерфейса и преобразователя подключены к источнику питания, дополнительно введен источник питания с преобразователем напряжения, двухкомпонентные датчики ускорения, датчики температуры, приемопередатчик, контроллер, выход которого и второй выход дополнительного преобразователя напряжения соединены с приемопередатчиком, выход и вход которого подключен к однокристальной электронной вычислительной машине.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемой системы.

Многоканальная автономная система для анализа и регистрации динамических процессов содержит набор “n” датчиков 1, преобразователи 2, фильтры 3, усилители 4, соединенные последовательно и подключенные выходами к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) 5, выходами и входами соединенному с однокристальной электронной вычислительной машине (ОЭВМ) 6, выходами и входами соединенной с оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) 7 и программным запоминающим устройством (ПЗУ) 8, входами и выходами подключенными к таймеру 9, третьими выходами и входами ОЭВМ 6 подключена через интерфейс 10 к ПЭВМ 11, соединенной с принтером 12, другими входами фильтры, усилители, АЦП, ОЭВМ, ОЗУ, ПЗУ, интерфейс подключены к источнику питания 13 через преобразователь источника питания 14.

Многоканальная автономная система содержит дополнительно датчики 15 (1-к), ориентированные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и датчики температуры, входами соединенные с преобразователем напряжения 17, входом подключенным ко второму источнику питания 16, выходы датчиков и первый выход преобразователя напряжения подключены к контроллеру 18, выход которого и второй выход второго преобразователя источника питания соединены с приемопередатчиком 19, выход и вход которого соединены с с ОЭВМ 6.

Все блоки, введенные в многоканальную автономную систему для анализа динамических процессов, выполнены в виде платы ПЗ с датчиками.

Устройство работает следующим образом.

После подключения устройства в работу датчики 1 передают замеренные ими данные через преобразователи 2, фильтры 3, усилители 4 в АЦП 5, далее в цифровом коде данные сравниваются в ОЗУ 7 до выделения существенной информации, при превышении порогового уровня данные из ОЗУ 7 посылаются в ОЭВМ 6, куда поступают данные из ПЗУ 8 о настроечных уровнях для анализа информации в ОЭВМ 6, а также показатели времени от таймера 9.

Через интерфейс 10 результаты анализа передаются в ЭВМ (ПЭВМ) 11, далее на печать.

Источник питания 13 передает напряжение через преобразователь 14 в блоки системы, которые работают при подключенном источнике питания.

Блоки 15-19 вступают в работу при использовании устройства в условиях открытого Космоса с участием космонавта.

Космонавт при выходе в открытый Космос закрепляет устройство на выносном элементе конструкции с помощью кронштейна таким образом, чтобы датчики ускорения были ориентированы в направлениях осей Y и Z относительно осей космической станции в случае крепления устройства на солнечной батарее. В этом случае колебания солнечной батареи будут замеряться: в перпендикулярной плоскости солнечной батареи – ось Y и в плоскости солнечной батареи – ось Z.

Блок питания 16, выполненный в виде солнечной батареи, вырабатывает ток с определенным уровнем напряжения, выбранным для выполнения данной задачи. В блоке 17 преобразовываются параметры источника питания до уровня напряжения, необходимого для питания датчиков. От блока 17 питание передается датчикам 15 и контроллеру 18, в котором информация с датчиков преобразовывается в физические величины, пропорциональные сигналам с датчиков 15, и оцифровывается.

В приемник-передатчик 19 поступают потоки оцифрованной информации с датчиков и информация от преобразователя напряжения о текущем значении напряжения в каждый момент регистрации параметра.

В блоке 18 для каждого изменения напряжения вводится поправка в измеряемом параметре в соответствии с преобразованным напряжением и передается в качестве сопутствующей информации, солнечной батареи, в блоке 17 получают сигналы, пропорциональные единицам ускорения или перегрузке.

Формула изобретения

Многоканальная автономная система для анализа и регистрации динамических процессов, содержащая набор датчиков, преобразователи, фильтры и усилители, соединенные последовательно и подключенные выходами к аналого-цифровому преобразователю, выходами и входами соединенному с однокристальной электронной вычислительной машиной, у которой два входа и выхода соединены с оперативным запоминающим устройством, подключенным к таймеру, третий выход однокристальной электронной вычислительной машины через интерфейс соединен с персональным компьютером, связанным с принтером, а входы фильтров, усилителей, аналого-цифрового преобразователя, оперативного и программного устройства, интерфейса и преобразователя подключены к источнику питания, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введен источник питания с преобразователем напряжения, двухкомпонентные датчики ускорения, датчики температуры, приемопередатчик, контроллер, выход которого и второй выход дополнительного преобразователя напряжения соединены с приемопередатчиком, выход и вход которого подключен к однокристальной электронной вычислительной машине.

РИСУНКИ