Блок для отображения диаграммы функционирования технических средств хронометрии

Для анализа правильности функционирования ТСХ и их диагностики в практике хронометрии достаточно часто применяют диаграммы, которые могут отображаться как на экране матричного индикатора, так и на экране монитора компьютера и могут входить в состав ИИС для контроля качества ТСХ. В первом случае для отображения диаграмм применяются в основном аппаратные средства, во втором - программные. В первом и во втором случаях на экраны выводятся диаграммы, показывающие изменение во времени отклонения периода (полупериода) колебаний осциллятора ТСХ от своих номинальных значений.

Рассмотрим первый случай, т.е. отображение диаграммы на экране матричного индикатора, входящего в состав устройства для отображения диаграммы функционирования часового механизма.

На рисунке 5.8 приведена структурная схема устройства для отображения диаграммы функционирования часового механизма.

Устройство содержит: пьезоэлектрический датчик с усилителем 1, преобразователь 2, первый логический элемент «И» 3, инвертор 4, второй логический элемент «И» 5, генератор эталонных частот 6, блок управления 7, первый и второй реверсивные счетчики 8 и 9, первый коммутатор 10, запоминающий блок 11, первый дешифратор 12, второй коммутатор 13, генератор развертки 14, второй дешифратор 15, матричный индикатор 16.

Устройство работает следующим образом.

Часовой механизм устанавливают на пьезоэлектрический датчик с усилителем 1 (рис. 5.8). Пьезоэлектрический датчик преобразует звуковые импульсы, возникающие при работе часового механизма, в импульсы тока, которые усиливаются усилителем и поступают на преобразователь 2.

Структурная схема устройства

Рис. 5.8. Структурная схема устройства

На рисунке 5.9 представлены эпюры электрического напряжения, поясняющие принцип работы устройства.

Преобразователь по приходу первого импульса (импульс шума освобождения) с выхода блока 1 формирует прямоугольный импульс, длительность которого равна длительности полупсриода колебания осциллятора. На выходе преобразователя 2 будет, таким образом, формироваться последовательность импульсов, появляющихся в моменты времени / (рис. 5.9 а), соответствующих возникновению первого импульса. /

В идеальном случае имеет место равенство:

(2 =(3 ~{2 == */+1 -// =0,5ГЯ

где 0,5ГЯ - номинальный период колебаний осциллятора (например, колебаний баланса часового механизма).

Если период последовательности отличается от 0,5Ти на величину Д, но остается постоянным по времени, то серия импульсов будет соответствовать последовательности, изображенной на рис. 5.9 б.

Эпюры электрического напряжения, поясняющие принцип работы

Рис. 5.9. Эпюры электрического напряжения, поясняющие принцип работы

устройства

В общем случае временные интервалы в последовательности импульсов могут меняться по некоторому закону или случайным образом. Например, если интервалы времени отличаются от значения 0,57}у на величину Ъ (рис. 5.9 в), причем четные равны 0,5Тн—Ь, а нечетные-0,57}^ +Ь, то в этом случае присутствует так называемая «выкачка». Общую последовательность импульсов можно рассматривать как сумму двух последовательностей (' и (рис. 5.9 г, 0), смещенных одна относительно другой.

Поскольку последовательность импульсов распадается на две составляющие (рис. 5.9 г, 0), каждой из которых соответствует одна ветвь диаграммы, необходимо рассмотреть две функции вида:

  • 0,5Д7} =0,57}' -0,57#;
  • 0,5Д7}'= 0,5Т"-0,5ТН,

где 0,57}' - текущее значение полупериода колебаний осциллятора, условно называемое нечетным полупериодом; 0,5Т" - текущее значение

полупериода колебаний осциллятора, условно называемое четным полу-

периодом; 0,5ГЯ - номинальный полупсриод колебаний осциллятора.

Последние две функции можно представить через функцию текущей фазы:

ф(/) = Дф,- = 0,57} -0,5ГЯ

где Дф; = ф, - фг_] - изменение текущей фазы; 0,57}- - текущее значение

полупериода колебаний осциллятора.

Таким образом, в устройство должно входить два канала: первый канал определяет разность между нечетными полупериодами колебаний осциллятора и номинальным значением; второй канал определяет разность между четными полупериодами колебаний осциллятора и номинальным значением. Полученные разности должны последовательно во времени выводиться на экран матричного индикатора.

Преобразователь 2 состоит из ждущего мультивибратора, срабатывающего по приходу первого импульса («импульса шума освобождения»), и триггера, выделяющего временной интервал, равный 0,57}.

Последовательность прямоугольных импульсов, равных по длительности половине полупериода колебаний баланса, с выхода преобразователя 2 поступает на первый вход первого логического элемента «И» 3, на первый вход блока управления 7 и через инвертор 4 на первый вход второго логического элемента «И» 5. При этом на первый вход первого логического элемента «И» 3 поступают импульсы, соответствующие нечетным полупериодам колебания баланса (I канал), а на первый вход второго логического элемента «И» 5 - импульсы, соответствующие четным полупериодам (II канал).

Это достигается за счет того, что на вход первого логического элемента «И» 3 поступают импульсы с выхода преобразователя непосредственно, а на вход второго логического элемента «И» 5 поступают через инвертор 4 (рис. 5.9 ж). Таким образом, импульс положительной полярности нечетного полупериода будет открывать логический элемент «И» 3 и закрывать (инверсный сигнал) логический элемент «И» 5. Следующий за ним импульс отрицательной полярности четного полупериода будет закрывать логический элемент «И» 3 и открывать логический элемент «И» 5 и т.д. На вторые входы логических элементов «И» 3 и «И» 5 поступают счетные импульсы с генератора эталонных частот 6. Частота импульсов определяется соотношением:

п

АТМАКС

где л - число элементов индикации на экране матричного индикатора по горизонтальной оси Уп; ^МАКС - максимальное отклоне

ние периода колебаний осциллятора от номинального периода.

На рисунке 5.10 показано схематическое представление экрана матричного индикатора.

Схематическое представление экрана матричного индикатора

Рис. 5.10. Схематическое представление экрана матричного индикатора

Величина АТ^акс определяет масштаб воспроизведения отклонений полупериодов от номинального полупериода колебаний осциллятора на экране матричного индикатора и определяется из допустимого значения суточного хода часового механизма (погрешность показаний часов за сутки) по формуле:

ДТМАКС ~

доптн

86 400 ’

где 86 400 - число секунд в сутках.

С выходов логических элементов «И» 3 и «И» 5 прямоугольные импульсы длительностью, равной текущему значению полупериода колебаний осциллятора и заполненные счетными импульсами с частотой /зт’, поступают на вычитающие входы первого 8 и второго 9 реверсивных счетчиков.

На установочные входы реверсивных счетчиков 8 и 9 (рис. 5.8) поступает двоичный код, и по сигналу с блока управления 7 производится запись его в реверсивные счетчики. Сигнал с блока управления 7 на запись двоичного кода в реверсивные счетчики появляется на первом выходе блока управления 7 в момент прихода положительных импульсов. Эти импульсы равны по длительности полупериоду колебания баланса, при этом на первый вход блока управления 7 поступают нечетные импульсы непосредственно с выхода преобразователя 2, а на второй вход -четные импульсы с выхода инвертора 4.

Сигнал на запись, воздействуя на входы предварительной записи реверсивных счетчиков, производит запись двоичных кодов. Значение чисел («уставки») в двоичном коде выбраны, исходя из возможного максимального отклонения 0,5АТмакс, с учетом того, чтобы при отклонении 0,57} —0,5Г/./ =0 эта разность приходилась бы на середину экрана матричного индикатора. При этом правая половина от средней линии экрана отводится на отрицательную разность 0,57}-0,5Ти <0 (часы «бегут»), а левая половина экрана на положительную разность 0,57}-0,57}/ >0 (часы «отстают»), т.е. вправо от средней линии матричного индикатора будут откладываться значения 0-0,5Д7д^^, влево — 0 + 0,5АТмакс .

Значения величин в двоичном коде устанавливаемых на входы предварительной записи реверсивных счетчиков (уставки) определяются следующим образом:

+ N

АТ,

МАКС,

- ,/эт(®’5Тн +0,5АТШКС),

где N7 / = /эт 0,Н - значение величины двоичного кода соответст-/2

вующего номинальному полупериоду; NАТ / = /эт^^АТмакс ~

/2

значение величины двоичного кода соответствующего максимальному отклонению полупериода от номинального значения.

Поскольку /эт =---, то

^ТМАКС

МАТШКС/ ~ /эТ^^ТмАКС ~

АТ

п

0,5ДТмакс -

МАКС

и ^усТ — Дт / 5/7.

/2

Значение полученной величины переводится в двоичный код

и поступает на установочные входы реверсивных счетчиков 8 и 9. При поступлении на вычитающие входы реверсивных счетчиков счетных импульсов с логических элементов «И» 3, «И» 5 за время 0,57} пройдет 0,57} импульсов, следовательно, на выходе реверсивных счетчиков будет появляться разность между текущими значениями полупериодов и их номинальным значением плюс 0,. Функция текущей фазы примет следующий вид.

В случае равенства 0,5ГУ = 0,57}, т.е. 0 = 0

Аф/ = ТШКс/ • /эг = 0,5АТ1 ШКс-

Таким образом, в реверсивных счетчиках останется после считывания число, равное N = 0,5АТмакс ? =0,5п, и будет светиться линия

в середине экрана матричного индикатора.

Аср;- = 0,57} - (0,Н + 0,5АТмакс) = (Nуст - А^ /) • —— =

/2 !ЭТ

(Ыт / + ААдт- / — А/)--.

/2 /2 /2 .?эт

Аср,- = 0,57}- -0,5ТИ в случае 0,57} <0,5ТИ или 0,57} >0,5ТИ будет отображаться на экране как отклонение светящейся точки от средней линии вправо или влево. Это отклонение от средней линии экрана будет определять мгновенное значение суточного хода П.

После получения разности на выходах реверсивных счетчиков 8 и 9 в виде двоичного параллельного кода, вновь с первого выхода блока управления 7 поступает сигнал на запись двоичного кода (уставки) в реверсивные счетчики, и цикл повторяется. Полученная разность за каждый полупериод 0,57} в виде параллельного двоичного кода с выходов реверсивных счетчиков 8 и 9 поступает на входы первого коммутатора

  • 10. Коммутатор 10 состоит из электронных ключей, число которых соответствует разности числа получаемой разности на выходах реверсивных счетчиков и разрешает поочередное подключение полученного кода разности первого и второго каналов ко входу запоминающего блока
  • 11.

Разрешение на прохождение кода получаемой разрядности в блок 11 происходит по приходу импульса напряжения со второго выхода блока управления 7 на управляющий вход первого коммутатора 10. Одновременно этот же импульс поступает на вход первого дешифратора 12, на управляющий вход второго коммутатора 13 и на вход синхронизации генератора развертки 14.

Блок управления 7 представляет собой сдвиговый регистр, вырабатывающий команды управления по первому и второму выходу в виде импульсов напряжения, сдвинутых во времени.

При поступлении сигнала с второго выхода блока управления 7 на вход первого дешифратора 12 последний вырабатывает на выходе код ячейки ОЗУ 11, в которую должна быть записана текущая разность, этот же сигнал разрешает прохождение кода ячейки с выхода первого дешифратора 12 через второй коммутатор 13 (первый вход) на вход выборки ячейки блока 11. Второй коммутатор 13 по своему построению аналогичен первому коммутатору 10. Разрешение на прохождение кода осуществляет сигнал с блока управления по управляющему входу коммутатора 13, при этом прохождение кода выборки ячейки (при считывании записанной разности) с блока развертки 14 через коммутатор 13 на вход выборки ячейки блока 11 запрещено.

Поступивший код ячейки с выхода первого дешифратора 12 через второй коммутатор 13 на вход выборки ячейки ОЗУ 11 осуществляет выборку адреса ячейки памяти, в которую производится запись текущей разности с выхода первого коммутатора 10.

Таким образом, по сигналу с блока управления 7 будет производиться выбор ячейки памяти и запись в нее текущей разности Аср,-, при этом в четные ячейки будут записываться разности, соответствующие нечетным полупериодам, а в нечетные ячейки - разности, соответствующие четным полупериодам.

В момент, когда запись в ячейке не производится, т.е. отсутствует сигнал на управляющем входе коммутатора 13, происходит считывание значений полученных разностей с ячеек памяти ОЗУ 11. Считывание полученных значений разностей производит генератор развертки 14, работа которого синхронизируется сигналом со второго выхода блока управления 7 и поступающего на вход синхронизации блока генератора развертки 14. Генератор развертки 14 вырабатывает на своих выходах двоичный параллельный код, изменяющийся с частотой /р, и поступающий через открытый коммутатор 13 (второй вход) на вход выборки ячейки блока 11. Синхронно со считыванием текущей разности генератор развертки 14 осуществляют развертку по электродам матричного индикатора 16, принятых за координату X (рис. 5.10), путем подачи напряжений в виде двоичного параллельного кода, меняющегося с частотой /„ на вход развертки матричного индикатора 16.

Считываемые с ячеек разности значений последовательно с частотой / поступают на вход второго дешифратора 15. Дешифратор 15 преобразует значение текущей разности в виде двоичного параллельного кода в соответствующее подключение определенного электрода Г(рис. 5.10) матричного индикатора 16. Матричный индикатор 16 представляет собой электронный блок, предназначенный для преобразования многократных электрических сигналов в видимое изображение, синтезированное из отдельных элементов индикации в системе X- У координат, и имеющий «горизонтальных электродов А" (рис. 5.10) и« вертикальных электродов У (рис. 5.10).

Следовательно, с осуществлением развертки по электродам АГ(т.е. последовательным подключением электродов X) синхронно с подключением электродов У, соответствующих определенным значениям разности Аср,, на экране матричного индикатора 16 будет отображаться диаграмма функционирования часов в виде светящихся точек. Отклонение этих точек от средней линии экрана будет давать значение Аф,. Светящиеся точки на экране матричного индикатора будут образовывать линии различной формы, зависящие от изготовления и сборки часовых механизмов. По величине Аф,- на экране определяется мгновенное значение суточного хода.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >