МНОГОКАНАЛЬНЫЙ РЕГИСТРАТОР ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ

Полезная модель относится к измерительной технике и может использоваться при исследовании динамики развития быстропротекающих процессов.
Известен многоканальный регистратор временных интервалов (А.с. 1465869 приоритет от 22.12.86 «Многоканальный регистратор временных интервалов» авторов Галкина О.В., Кириченко В.В. и Цельминг А.Э. МКИ: G04F 10/04 опубликовано 15.03.89 Бюл. №10), содержащий N входных формирователей, регистр, элемент ИЛИ, счетчик адреса, блок памяти, элементы И, счетчик времени, RS-триггер, блок управления записью. Входы N входных формирователей являются входами многоканального регистратора временных интервалов. Элемент И соединен с шиной тактовых импульсов. Данный многоканальный регистратор временных интервалов предназначен для регистрации интервалов времени с большого количества датчиков и выбран в качестве наиболее близкого аналога.
Недостатками устройства являются:
- большое количество линий связи между исследуемым объектом и регистратором временных интервалов, что приводит к увеличению габаритов и стоимости линий связи;
- трудности с передачей сигналов от удаленных объектов и из труднодоступных или закрытых полостей исследуемого объекта;
- низкая помехоустойчивость в условиях сильных электромагнитных наводок;
- повышенная суммарная погрешность из-за погрешности, вызванной разными длинами линий связей.
Существуют задачи при исследовании быстропротекающих процессов, требующие регистрации интервалов времени с большого количества датчиков, размещенных на удаленном объекте, а так же в труднодоступных или закрытых полостях исследуемого объекта, в режиме реального времени без промежуточного запоминания, с высокой разрешающей способностью и точностью в условиях сильных электромагнитных помех. Решение таких задач известным регистратором, содержащим большое количество линий связи, приводит к значительным трудностям при проведении измерений на удаленных объектах, а также в труднодоступных или закрытых полостях исследуемых объектов.
Технические результаты, на достижение которых направлена полезная модель, заключаются в уменьшении погрешности измерения, повышении достоверности полученной информации, минимизировании количества линий связи между исследуемым объектом (датчиками) и регистратором временных интервалов, уменьшении габаритов линий связи, повышении помехоустойчивости и надежности регистратора. Применение дешевых оптических волокон взамен медных коаксиальных кабелей позволит снизить себестоимость канала связи и стоимость проведения измерений.
Данные технические результаты достигаются тем, что в многоканальном регистраторе временных интервалов, содержащем N блоков формирования импульсов, входы которых являются входами многоканального регистратора временных интервалов, блок памяти и устройство управления блоком памяти, первый вход которого соединен с выходом первого генератора тактовых импульсов, новым является то, что дополнительно введены N сериалайзеров, N электрооптических преобразователей, оптический мультиплексор, который соединен волоконно-оптической линией связи с оптическим демультиплексором, N оптоэлектрических преобразователей, N десериалайзеров, блок синхронизации, N шин данных, шина адреса, микроконтроллер, интерфейс связи, второй генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входами сериалайзеров, группа входов каждого из которых соединена с группой выходов соответствующего блока формирования импульсов, а выход - с входом соответствующего электрооптического преобразователя, выход которого соединен с соответствующим входом оптического мультиплексора, каждый выход оптического демультиплексора соединен с входом соответствующего оптоэлектрического преобразователя, выход которого соединен с первым входом соответствующего десериалайзера, второй вход которого соединен с выходом первого генератора тактовых импульсов, а группа выходов - через соответствующую шину данных соединена с соответствующими группой входов-выходов блока памяти и первой группой входов устройства управления блоком памяти, первая группа выходов которого соединена с первой группой входов шины адреса, группа выходов которой соединена с группой входов блока памяти, вход которого соединен с первым выходом устройства управления блоком памяти, второй вход которого соединен с выходом блока синхронизации, а третий вход - с первым выходом микроконтроллера, первая группа выходов которого соединена со второй группой входов шины адреса, а вторая группа выходов - со второй группой входов устройства управления блоком памяти, вторые выход и группа выходов которого соединены соответственно с входом и группой входов микроконтроллера, второй выход которого соединен с третьими входами дессриалайзеров, а вход-выход - соединен с первым входом-выходом интерфейса связи, второй вход-выход которого является входом-выходом многоканального регистратора временных интервалов.
Выполнение многоканального регистратора временных интервалов в виде передающего и принимающего модулей, связанных посредством одной высокоскоростной волоконно-оптической линией связи, позволяет разместить передающий модуль вблизи от исследуемого объекта (датчиков), внутри труднодоступных или закрытых полостях исследуемого объекта и передать информацию в режиме реального времени (без запоминания) по одной высокоскоростной волоконно-оптической линии связи в принимающий модуль для регистрации, который размещен удаленно от объекта исследования. Все это в совокупности позволяет уменьшить суммарную погрешность измерений за счет исключения погрешности, вызванной влиянием длин линий связи, повысить достоверность полученной информации, минимизировать количеств линий связи между исследуемым объектом (датчиками) и регистратором временных интервалов, уменьшить габариты линий связи, повысить помехоустойчивость и надежность регистратора.
На фигуре представлен вариант функциональной блок-схемы многоканального регистратора временных интервалов (64-х канальный).
1
8
1
8
1
8
1
8
1
8
1
8
Многоканальный регистратор временных интервалов содержит блоки формирования импульсов 1…1, сериалайзеры 2…2, электрооптические преобразователи 3…3, оптический мультиплексор 4, оптический демультиплексор 5, оптоэлектрические преобразователи 6…6, десериалайзеры 7…7, шины данных 8…8, блок 9 памяти, устройство 10 управления блоком памяти, шину адреса 11, микроконтроллер 12, интерфейс связи 13, первый 14 и второй 15 генераторы тактовых импульсов, блок 16 синхронизации.
1
8
1
8
1
8
1
8
1
8
1
8
1
8
1
8
1
8
1
8
1
8
1
8
1
8
1
8
Входы блоков формирования импульсов 1…1 являются входами многоканального регистратора временных интервалов, а группа выходов каждого блока формирования импульсов 1…1 соединена с группой входов соответствующего сериалайзера 2…2. Выход второго генератора 15 тактовых импульсов соединен с входами сериалайзеров 2…2. Выход каждого сериалайзера 2…2 соединен с входом соответствующего электрооптического преобразователя 3…3. Выходы электрооптических преобразователей 3…3 соединены с соответствующими входами оптического мультиплексора 4. Оптический мультиплексор 4 соединен волоконно-оптической линией с оптическим демультиплексором 5. Каждый выход оптического демультиплексора 5 соединен с входом соответствующего оптоэлектрического преобразователя 6…6. Выход каждого оптоэлектрического преобразователя 6…6 соединен с первым входом соответствующего десериалайзера 7…7. Выход первого генератора 14 тактовых импульсов соединен со вторыми входами десериалайзеров 7…7 и первым входом устройства 10 управления блоком памяти. Третьи входы десериалайзеров 7…7 соединены со вторым выходом микроконтроллера 12. Группа выходов каждого десериалайзера 7…7 через соответствующую шину данных 8…8 соединена с соответствующими группой входов-выходов блока 9 памяти и первой группой входов устройства 10 управления блоком памяти. Первая группа выходов устройства 10 управления блоком памяти соединена с первой группой входов шины адреса 11, группа выходов которой соединена с группой входов блока 9 памяти. Вход блока 9 памяти соединен с первым выходом устройства 10 управления блоком памяти, второй вход которого соединен с выходом блока 16 синхронизации. Третий вход устройства 10 управления блоком памяти соединен с первым выходом микроконтроллера 12, первая группа выходов которого соединена со второй группой входов шины адреса 11. Вторая группа выходов микроконтроллера 12 соединена со второй группой входов устройства 10 управления блоком памяти, вторые выход и группа выходов которого соединены соответственно с входом и группой входов микроконтроллера 12. Вход-выход микроконтроллера 12 соединен с первым входом-выходом интерфейса связи 13, второй вход-выход которого является входом выходом многоканального регистратора временных интервалов.
Многоканальный регистратор временных интервалов работает следующим образом.
1
8
1
8
1
N
1
N
1
8
1
8
1
8
1
8
1
8
1
8
1
8
При подаче напряжения питания на схему многоканального регистратора временных интервалов начинают работать первый 14 и второй 15 генераторы тактовых импульсов. При поступлении тактового сигнала каждый сериалайзер 2…2 считывает информацию в параллельном виде с выходов блоков формирователей импульсов 1…1, которые формируют сигналы логической «1» или «0» в зависимости от состояния дискретного (например, электроконтактного) датчика с двумя состояниями (на фиг. не показаны), и преобразует параллельный код в последовательный. Каждый из электрооптических преобразователей 3 преобразует электрический сигнал в оптический сигнал со своей длиной волны λ…λ. Каждый из оптических сигналов поступает на соответствующий вход оптического мультиплексора 4, выполняющего функции интерфильтра и пропускающего в волоконно-оптическую линию связи только сигналы с длинами волн λ…λ. Таким образом, происходит волновое уплотнение сигналов. Оптический сигнал с волоконно-оптической линии связи поступает на вход оптического демультиплексора 5. Оптический демультиплексор 5 разделяет сигналы по длинам волн и выдает через соответствующие выходы на входы оптоэлектрических преобразователей 6…6. Электрические сигналы в последовательном виде с выходов оптоэлектрических преобразователей 6…6 поступают на входы соответствующих десериалайзеров 7…7. При подаче тактового сигнала в десериалайзерах 7…7 поступающие последовательные сигналы преобразуются в параллельный код и поступают на соответствующие шины данных 8…8, через которые поступает на входы блока 9 памяти. При поступлении от внешнего устройства синхроимпульса на блок 16 синхронизации, им формируется сигнал разрешения, поступающий на устройство 10 управления блоком памяти. Устройство 10 управления блоком памяти формирует сигнал записи, по которому сигналы состояния датчиков (на фиг. не показаны) присутствующие на шинах данных 8…8 записываются в соответствующий разряд блока 9 памяти. Микроконтроллер 12, управляя процессом считывания используя шину адреса 11, по шинам данных 8…8 считывает информацию через устройство 10 управления блоком памяти и передает в компьютер посредством интерфейса связи 13.
Применение волоконно-оптических линий связи с волновым уплотнением информации позволяет:
- минимизировать количество линий связи между исследуемым объектом (датчиками) и регистратором временных интервалов;
- проводить измерения в труднодоступных или закрытых полостях исследуемых объектов;
- уменьшить габариты линий связи регистратора;
- повысить надежность передачи информации;
- уменьшить суммарную погрешность измерений за счет исключения погрешности, вызванной влиянием длин линий связи.
При создании опытного образца многоканального регистратора временных интервалов были применены в качестве:
- сериалайзеров микросхемы MAX9207;
- десериалайзеров микросхемы MAX9208;
- электрооптических преобразователей передающие оптические модули РОМ 622/1470…1610-cw;
- оптоэлектрических преобразователей приемные оптические модули PROM-622-3-cl;
- оптического мультиплексора гибкий оптический 1×8 CWDM MUX MODULE;
- оптического демультиплексора гибкий оптический CWDM DEMUX BiDi 8ch Module;
- задающего генератора генератор кварцевый тактовый ГК154-П-М1-C1L-A7BR-50,0 М;
- ОЗУ микросхема AS7C31024A-10JI;
- блока управления памяти Плис EPM7512AEQC208-10;
- микроконтроллера микросхема Atmega 16L-8AU.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что многоканальный регистратор временных интервалов, выполненный на указанной выше элементной базе, позволяет обеспечивать непрерывную регистрацию состояния датчиков от момента включения аппаратуры до их разрушения. Разрешающая способность по времени регистратора временных интервалов равна периоду генератора тактовых импульсов, для ГК154-П-М1-C1L-A7BR-50,0 М она составляет 20 не. Погрешность измерения интервалов времени не превышает величины двух периодов колебаний генератора тактовых импульсов, для вышеуказанного генератора она составляет ±20 нс.