Устройство для классификации полных циклов

 

Изобретение относится к вычислительной технике для статистических .исследований, в частности к обработке случайных сигналов механических напряжений усталостных повреждений деталей машин. Целью изобретения является повышение быстродействия при высоких требованиях к точности определения параметров. Устройство содержит датчик 15 механических напряжений, усилитель 16,аналого-цифровой преобразователь 17, блок 18 выделения экстремумов , блок 22 выделения полных циклов, генератор 19 тактовых импульсов , блок 23 регистрации, введены блок 21 реверсивных регистров сдвига и управляющий автомат 20. Поиск полных циклов в реализации сигнала механических напряжений выполняется не после взятия очередного отсчета, а лишь после обнаружения и измерения очередного экстремума в реализации или после обнаружения и регистрации полного цикла и исключения из последовательности экстремумов тех, которые определяют параметры полного цикла . Поиск полных циклов осуществляется оптимальным по числу операций способом . 2 з.п. ф-лы, 10 ил. (Л 00 00 о а 00 О) дзиг.з

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 330636 А1 (51)4 С 06 F 15/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ .с ! L

gg p f f) . f > 9 p % Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КЛАССИФИКАЦИИ

ПОЛНЬИ ЦИКЛОВ (57) Изобретение относится к вычислительной технике для статистических ,исследований, в частности к обработке случайных сигналов механических напряжений усталостных повреждений деталей машин. Целью изобретения является повышение быстродействия при вы(21) 3886414/24-24 (22) 19.04.85 (46) 15.08.87. Бюл. к- 30 (71) Ленинградский политехнический институт им. М.И.Калинина (72) О.В;Ахматова, Ш.Ю.Исмаилов, Б.М.Павлов, Б.П.Подборонов и М.И.Рева (53) 681.3(088.8) (56) Патент Великобритании

У 1374107, кл. С 01 M 7/00, 1974.

Патент Франции Ф 2225789, кл. С 06 М 3/00, 1974. соких требованиях к точности определения параметров. Устройство содержит датчик 15 механических напряжений, усилитель 16, аналого-цифровой преобразователь 17, блок 18 выделения экстремумов, блок 22 выделения полных циклов, генератор 19 тактовых импульсов, блок 23 регистрации, введены блок 21 реверсивных регистров сдвига и управляющий автомат 20. Поиск полных циклов в реализации сигнала механических напряжений выполняется не после взятия очередного отсчета, а лишь после обнаружения и измерения очередного экстремума в реализации или после обнаружения и регистрации . ф полного цикла и исключения из последовательности экстремумов тех, которые определяют параметры полного цикла. Поиск полных циклов осуществляется оптимальным по числу операций способом. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

1330636

Изобретение относится к вычислительной технике для статистических исследований, в частности к обработке случайных сигналов механических на1 пряжений в деталях машин.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства при высоких требованиях к точности определения параметров. 10

На фиг. 1 представлена блок-схема алгоритма функционирования устройства, на фиг.2 — пример процесса поиска полных циклов при реализации сигнала (график) в форме гладкой кривой, на фиг.3 — структурная схема устройства, на фиг.4 — функциональная схема блока выделения экстремумов1 на фиг.5 ,то же, блока выделения полных циклов, на фиг.6 — то же, блока регистрации, 2О на фиг.7 — автоматный граф блока управления, на фиг.8 — функциональная схема блока управления, на фиг.9 блок-схема алгоритма функционирования блока вьделения полных циклов на 25 фиг.10 †.процесс поиска (определения) полных циклов в реализации сигнала механических напряжений с помощью данного устройства.

На фиг.1 позициями с 1 по 14 обо- ЗО значены соответствующая последовательность операций. Схема устройства (фиг.3) содержит датчик 15 механических напряжений, усилитель 16, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 17, З5 блок 18 вьделения экстремумов, генератор 19 тактовых импульсов, блок 20 управления, блок 21 реверсивных регистров сдвига, блок 22 выделения полных циклов, блок 23 памяти регистрации, выходы 24-29 блока управления, 30-41 — входы и выходы различных узлов схемы.

Блок 18 выделения экстремумов (фиг.4) содержит регистры 42, эле- 45 мент 43 запрета, регистр 44, схему 45 сравнения, элемент И 46, элемент ИЛИ

47, регистр 48, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 49.

Блок 22 вьделения полных циклов (фиг.S) содержит схему So сравнения, элементы ИЛИ 51-53, элементы И 54-56, элемент НЕ 57.

Для регистрации может быть использована схема (фиг.6), содержащая дешифраторы 58-59, элементы И 60-62, счетчики 63-65.

Позициями 66-76 обозначены вершины графа (фиг.7).

Блок 2 управления (фиг.8) содержит элементы И 77-91, элементы ИЛИ 92-96, триггеры 97-100, дешифратор 101, элемент НЕ 102, позиции 102-122 обозначают жгутовые соединения между элементами схемы.

На фиг.9 приняты позиции 123-133.

Устройство работает следующим образом.

Блок 18 выделения экстремумов предназначен для нахождения экстремумальных значений в последовательности и-разрядных кодовых комбинаций, поступающих с информационного выхода АЦП

17 и для формирования двух вспомогательных сигналов: сигнала "Признак экстремума" в случае нахождения экстремального значения и сигнала "Тип экстремума", характеризующего тип найденного экстремума (минимум он или максимум).

Работа блока 18 основана на следующем принципе.

Пусть х;, х; - n-разрядные кодовые комбинации, являющиеся отсчетами

АЦП 17, полученными в результате аналого-цифрового преобразования выходного сигнала x,(t) усилителя 16 в моменты t; э t; Пусть ; (и к1 показатели наклона изменения сигнала

x(t) в моменты t,, и t;, причем

1, при х с х; о ;= о,, при х, = х.

О, при х > х; или формально с,=ex; сх; Ч ;, Лс x, x>, где р) — логическая функция, принимающая значение "1" при выполнении условия "р" и значение О" при невыполнении, Ч и Л вЂ” знаки логических операций дизъюнкции и конъюнкции соответственно.

Отсчет х;, будет экстремумом, когда с х;=1 или м;=0 ос;-,= О (оС;,= 1 ь причем, если М;, = О, то х;, будет минимумом, а если о ;, = 1, то х;, будет максимумом.

Из этого следует, что значения вспомогательных сигналов блока вьделения экстремумов "Признак экстремума" и "Тип экстремума" можно определить соответственно как значение фун" кций

- Ы.; Ч 1 а;, Л оС;, Ч 1 оС;

И * о, 1 ) В самом начале работы всего уст- 2г

5 ройства триггеры регистров 42, 44, 48 сбрасываются в нуль по сигналу, поступающему с выхода 26 "Начальная установка" блока 20 управления. Затем осуществляется подготовка к приему 30 блоком 18 выделения экстремумов очередного счета АЦП 17. Для этого по сигналу с выхода 25 блока 20 управления осуществляется запись выходного сигнала элемента ИЛИ 47 в регистр 48 и перепись с небольшой задержкой, оп35 ределяемой элементом 43 задержки, содержимого регистра 42 в регистр 44.

Длительность задержки сигнала с выхода 25 в элементе 43 должна быть та40 кой, чтобы обеспечить правильную запись в регистр 48.

13306 где 1 — знак, означающий логическое отрицание.

Тогда на.;ичию максимума у = x -1 будет соответствовать присутствие снгналов логической единицы на выходах "Признак экстремума" и Тип экстремума, т. е.

l3 „= 1, а наличие минимума у = х — при -I сутствие сигналов (I,,= о.

Регистры 42 и 44 предназначены для 15 хранения п-разрядных кодовых комбинаций х; и х;, .соответственно, а регистр 48 — для хранения одноразрядного кода м,, . Схема 45 сравнения кодов и элемент И 46, используя содержимое регистра 48, формируют на выходе элемента ИЛИ 47 код г; нового направления изменения сигнала x(t).

Сигнал "Конец преобразования", поступающий с выхода 30 АЦП, производит

45 запись новой кодовой комбинации х

Э сформированной на информационном выходе 31 АЦП, в регистре 42. По окончанию переходных процессов, связанных с выполнением перечисленных операций, на выходе 32 Признак экстремума" и

II

50 выходе 33 "Тип экстремума" блока 18 устанавливаются одноразрядные коды у и, которые определяют, является ли кодовая комбинация х приз

55 сутствующая на выходе 34 "Значение экстремума", экстремумом у, и если да, то каким экстремумом: минимумом ипи максимумом.

36

Далее снова поступает сигнал с выхогга 25 блока 20 и анализируется следующий отсчет АЦП 17.

Генератор 19 тактовых импульсов формирует на своих прямом 40 и инверсном 41 выходах последовательности прямоугольных импульсов Т и Т, имеющих равную частоту следования, но о сдвинутых по. фазе на 180

Период следования импульсов Т и Т должен быть больше не менее, чем в

2 раза, наибольшего из следующих интервалов времени: длительности АЦП 17 и длительности переходных процессов в блоках 18, 20 вместе взятых, суммарной длительности переходных процессов в блоках 21, 20 и 22, суммарной длительности переходных процессов в блоке 20.

Блок 21 реверсивных регистров сдвига явЛяется своеобразным блоком пап мяти, со стоящим из (2 — 1) секций, где п — разрядность АЦП 17. Каждая секция состоит из (п+2) — х одноразрядных ячеек памяти. Параллельные информационные входы первой секции блока

21 подключены к выходам блока 18, причем к информационному входу первой ячейки памяти подключен выход 32

"Признак экстремума", к информационному входу второй ячейки памяти подключен выход 33 "Тип экстремума, а на параллельные информационные входы

3 (п+2)-х ячеек подается п-разрядная кодовая комбинация с выхода 34 "Значение экстремума" блока 18.

По сигналу с выхода 27 "Положительный сдвиг" блока 20 осуществляется положительный сдвиг информации в блоке 21, в первую секцию записываются выходные сигналы блока 18, а содержимое 2, 3, 4, ..., (2"-2)-й секций переписывается соответственно в

3, 4, 5, ..., (2" — 1)-ю секции. По сигналу с выхода 28 "Отрицательный сдвиг" блока 20 в блоке 21 осуществляется отрицательный сдвиг информации: содержимое 2, 3 4,..., (2" -1)-й секций переписывается соответственно в 1, 2, 3, ..., (2 -2) — ю секции а содержимое .(2 — 1)-й секции обнуляется.

Таким образом, в процессе работы блока 21 в первой ячейке памяти его

1-й секции (1 = 1,2, ° .., 2"-1) содержится код у -1, во второй -ячейке код Р; -1, в 3 — (п+2) -й ячейке значейие экстремума у; — 1, сформиро5 13 ванные блоком 18 выделения экстремумов.

Выход 35 блока 21 реверсивных регистров сдвига подключен к параллельным выходам ячеек 3-(n+2) — и первой секции, т.е. на выходе 35 формируется и-разрядный код у„, . Выходы 36 и 37 блока 21 являются соответственно выходами первой и второй ячеек памяти второй секции, т ° е. на 36 и 37 выходах формируются коды „ и P1z .

Выход 38 блока 21 является параллельными входами 3-(п+2) ячеек памяти второй секции, т.е. на 35 выходе формируется код у

Блок 21 реверсивным регистров сдвига может быть реализован, например, на интегральньж микросхемах 555

ТМ2, 555 ЛАЗ. В этом случае связь между ячейками секций может быть организована путем объединения на тактовом входе триггеров по "ИЛИ" сигналов "Положительный сдвиг" и "Отрицательный сдвиг,, поступающих с выходов

27 и 28 блока 20.

Блок 22 выделения полных циклов предназначен для формирования сигнала „ наличия полного цикла в последовательности экстремумов у, у,, у

Сигнал „ = 1, если число экстремумов в последовательности, проверяемой на наличие полных циклов, не меньше трех, т.е., = О, и если при этом у не меньше (не больше), чем у, в случае, если экстремумы у1, у являются максимумами (минимумами). Таким образом, блок 22 обнаружения полных циклов реализует логическую функцию

111„= „, И (P;, И y „, = y, > V 1,. y> у)-2

Электрический сигнал, пропорциональный механическому напряжению контролигуемого элемента конструкции, с выхода датчика 15 поступает на вход усилителя 16, а с его выхода — на информацлонный вход и-разрядного АЦП 17.

После включения устройства осуществляется начальная установка элементов памяти блока 18 выделения экстремумов, блока 21 реверсивных регистров сдвига и блока 23 памяти регистрации. Для этого импульс, поступающий с выхода 26 блока 20 управления на управляющие входы блоков 18, 21 и 23, обнуляет их.

Очередной импульс управления формируется на выходе 25 блока 20 и, по30636 ступая на первый управляющий вход блока 18, осуществляет подготовку к приему очередного отсчета АЦП 17.

Следующий импульс с вьжода 24 блока 20 поступает на вход "Запуск" АЦП ! 7. По окончанию аналого-цифрового преобразования на информационном выходе АЦП 17 устанавливается код x(t; ) а на управляющем выходе 31 "Конец

10 преобразования АЦП 17 формируется

11 импульс, который записывает x(t; ) в блок 18, и далее в нем определяется показатель направления изменения сиг15 нала x(t) в момент взятия отсчета

x(t, ), а также формируются сигналы, на выходе 32 "Признак экстремума"— одноразрядный код ;, на выходе 33

"Тип экстремума" — одноразрядный код на выходе 34 "Значение экстрему20 и ма — n-разрядный код у1 х ., Причем, если экстремум не обнаружен, то

О. Если экстремум обнаружен, то

1, причем если найден максимум, то 1 = 1, а если минимум, то Pj О.

Код, поступающий с выхода 32 блока 18 на первый вход блока 20, определяет дальнейшее функционирование устройства, Если ) О, т.е. экстремум не об30 наружен, то последовательно сначала на выходе 25, а затем на выходе 24 блока 20 формируются импульсы. В результате в АЦП 17 и в блоке 18 последовательно осуществляется описанным

35 способом подготовка к приему нового отсчета АЦП 17, запуск АЦП 17, поиск нового экстремума и формирование сигналов "Признак экстремума" и нТип экстремума".

Если = 1, так как экстремум обнаружен, дальнейшее функционирование устройства определяется значением сигнала 111„ "Признак наличия полного цикла", поступающим с выхода 39 блока

5 22 выделения полных циклов на четвертый вход блока 20.

Сигнал < „1, если в последовательности ранее выделенных экстремумов у;, у,, у; содержится полный цикл, т.е. р 1 в том случае, если последовательность ранее выделенных экстремумов содержит не менее трех экстремумов (; О) и при этом у не меньше (не больше) у, если оба сравниваемые экстремумы являются максимумами (минимумами).

В противном случае „= 0 °

1330б

Если экстремум обнаружен и полный цикл не выделен „= о, то на выходе 27 блока 20 формируется импульс, осуществляющий положительный сдвиг информации в блоке 21, причем в его первую секцию записываются присутствующие на выходах 32, 33, 34 блока 18 значения кодов.

Далее осуществляется подготовка к приему очередного отсчета АЦП 17, запуск АЦП 17, поиск экстремума и полного цикла описанным способом.

Если экстремум обнаружен и полный цикл выделен, то на выходах 29, 28 блока 20 формируется три импульса.

Первый импульс с выхода 29 поступает на управляющий вход блока 23, в кото- 20 ром при этом осуществляется регистрация полного цикла, значения параметров поступают соответственно на первый и второй входы блока 23 с выходов

38 и 35 блока 21. Второй и третий 25 импульсы с выхода 28 блока 20 поступают на соответствующий управляющий вход блока 21 и осуществляют отрицательный сдвиг информации в блоке 21 на две позиции.

Далее вновь осуществляется описанным способом поиск полных циклов в новой последовательности экстремумов с выхода 31 блока 18, выходов 35 и 38 блока 21 соответственно.

На фиг.9 представлен алгоритм функционирования устройства для выделения полных циклов (механических напряжений): прямоугольники и ромбы изображают операции и проверки соот40 ветствующих условий.

35 формула изобретения

1. Устройство для классификации

45 полных циклов, содержащее блок вьщеления полных циклов, генератор тактовых импульсов, блок управления, аналого-цифровой преобразователь, блок выделения экстремумов, усилитель и 50 датчик механических напряжений, выход которого через усилитель соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, информационный выход и выход конца преобразования

55 которого подключены соответственно к информационному и первому тактовому входам блока вьщеления экстремумов, отличающееся тем, что, с

36 целью повышения быстродействия, в него введены блок реверсивных регистров сдвига, первый информационный вход которого объединен с первым входом задания режима блока управления и подключен к выходу признака экстремума блока выделения экстремумов, первый и второй тактовые входы и второй вход задания режима блока управления подключены соответственно к прямому и инверсному выходам генератора так>товых импульсов и к выходу блока выделения полных циклов, первый и второй выходы блока управления соединены соответственно с входом запуска аналого-цифрового преобразователя и вторым тактовым входом блока вьщеления экстремумов, вход начальной установки которого объединен с одноименным входом блока реверсивных регистров сдвига и подключен к третьему выходу блока управления, четвертый, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами задания признака сдвига блока реверсивных регистров сдвига, первая группа информационных выходов которого является выходом предпоследнего значения экстремума устройства, первый информационный выход блока реверсивных регистров сдвига соединен с первым информационным входом блока выделения полных циклов, второй информационный вход которого соединен с вторым информационным выходом блока реверсивных регистров сдвига, вторая группа информационных выходов которого соединена с первой группой информационных входов блока выделения полных циклов и является выходом значения экстремума устройства, второй информационный вход блока реверсивных регистров сдвига соединен с выходом типа экстремума блока выделения экстремумов, группа выходов значения экстремума которого соединена с второй группой информационных входов и группой информационных входов соответственно блока вьщеления полных циклов и блока реверсивных регистров сдвига.

2. Устройство по п.1, о т л и ч вю щ е е с я тем, что блок выделения экстремумов содержит первый, второй и третий регистры, элемент задержки, схему сравнения, элемент И, элемент

ИЛИ и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого является выходом признака

1О

D 1

1O OOOO

ГО О ОО О

2 I

10 0000

1 000 00 ooQioo о

Го ОО 00

)0 01 О 0 о ОГ ОО 0

I O OO 0O

3 3 Г

О О

5 J I б20

700

d 1 I

931

10 ÎÎО

1020

10 0100

1 ofrgrgoo 3

Г О РО 10!

2 2 О

13306 экстремума блока, первый вход элемента ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ объсдинан с первым входом элемента И, подключен к выходу перного регистра и является выходомv .l типа экстремума блока, информационный вход первого регистра объединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ и подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с ныхо- ig дом элемента И, второй вход — с выходом Равно" схемы сравнения, выход

"Меньше" которой подключен к второму входу элемента И, первый вход схемы сравнения соединен с выходом второго регистра и является группой выходов

"Значение экстремума" блока, второй вход схемы сравнения объединен с информационным входом второго регистра и подключен к выходу третьего регист- рд ра, информационный вход которого является информационным входом блока, тактовый вход третьего регистра является первым тактовым входом блока, а входы сброса всех регистров объеди- ? > иены и являются входом сброса блока, тактовый вход второго регистра соединен с выходом элемента задержки, вход которого объединен с тактоным входом первого регистра и является вторым тактовым входом блока.

3. Устройстго по п.1, о т л и ч аю щ е е с я т м, что блок выделения полных циклсу содержит три элемента

И, три элемента ИЛИ, элемент НЕ и, схему сравнения кодов, первая и вторая группы входов которой являются соответственно первой и второй группами информационных входов блока, выходы "Больше", "Равно" и "Меньше" схемы сравнения соединены соответственно с первым входом первого элемента ИЛИ, с вторым входом первого и первым нходом второго элемента ИЛИ и с вторым входом второго элемента

ИЛИ, выход котэрого подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход которого является выходом блока, а второй вход второго элемента И является первым информационным входом блока, второй вход третьего элемента ИЛИ соединен с выходом третьего элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход третьего элемента И объединен с входом элемента НЕ и является вторым информационным входом блока.

0 / 2 3 4 х с i d c,d,ggd dó я Е

1330636

1330636

Тл 7d i

1330636 ф d, 8,8 б,g А, 1,1,8,8, t000000 00 0 0

/о ОоГоо о о о о о о oooo)o о о о о

f 00100f00000

r ooQ or1ооооо

/ 0 000000 0 0 0

/ 0 0 O 0 0 0 01 О О

r o o oooo o r o o ! 000000 f 00

/ r 00 000 1 0 О г о о орочко r о о

/О f 00

/ / / 000 / 0 / 0 0

/ t t 000 /0 tOO

r QfrooQrJio r о о

r r ooO00O/O0

r r oooo o)î о o o

r о о о о оог 1о1о

/ O O OOOO / O

/00000000 /О (о о(оо1оо о! о

r o o r oo oooo r o

/00f00000 f O . о o o oooo o r o

/ 00000000 / О

0/259567d9/0 i

1

5 х;d

0 t

Ю /

5 /

3 0

7 0

4 0

1 0

3 /

rt

/2

/

2 5

/ 8

2 1

5 /

r7 /

7 0

/6

/7 ц

/У

Zt гз

5 0 фог9

Put 10

Составитель Э. Сечина

Техред Л.Сердюкова Корректор И.Муска

Редактор М.Келемеш

Заказ 3584/51

Тираж 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4