Главная > Физика > Вибрации в технике, Т. 5. Измерения и испытания
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

3. УСТРОЙСТВА РЕГИСТРАЦИИ И ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Общие замечания. Результат измерения параметров вибраций, шума и удара, снимаемый с выхода преобразователя, представляют, как правило, в форме электрического аналогового сигнала. Эти сигналы можно подвергать следующим операциям:

1) представлению в форме динамической картины на экране или в виде документа;

2) запоминанию в естественной форме на магнитной ленте с последующим представлением согласно п. 1;

3) счетно-решающим операциям в аналоговой вычислительной машине с последующим представлением результатов согласно п. 1;

4) преобразованию в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП); причем коды, полученные от АЦП, могут быть подвергнуты непосредственной обработке в цифровой вычислительной машине (ЦВМ) или запоминанию в накопителях различных видов;

5) представлению в цифровой форме по кодам, выведенным из ЦВМ или накопителя;

6) обратному преобразованию из цифровой формы в аналоговую после обработки в ЦВМ; результат этого преобразования либо представляют в аналоговой форме согласно п. 1, либо вводят в аналоговую ЭВМ; входящую совместно с ЦВМ в аналого-цифровой комплекс.

Методы и средства документирования информации можно классифицировать по ряду физических и конструктивных признаков.

По физическому воздействию, оказываемому органом записи на носитель, их делят на механические, электромагнитные (световые, магнитные, электрические, химические и тепловые).

К механическим способам относят карандашные, чернильные, струйные, печатные, резцовые и перфораторные К способам с электромагнитным (световым) воздействием на носитель принадлежат разнообразные фотографические (галоидосе-ребряные в видимом и ультрафиолетовом участках спектра, диазотопные, термографический, фотополимеризационный, фотокаталитический, фотопластический и др

Регистрацию с воздействием магнитного поля на носитель осуществляют магнитным, магнитохимическим и магнитоориентационным способами Она основывается на использовании переориентации магнитных доменов, изменения цвета носителя в результате химической реакции и ориентации частиц в носителе записи. Регистрация с воздействием электрического поля на носитель подразделяется на электрофотографическую запись, электростатическую запись (в воздушной среде и вакууме) и рельефографию на термопластиках, масляных пленках и гелях Среди химических способов регистрации выделяют электрохимические с необратимыми и обратимыми изменениями носителя записи, а также теллуровый К тепловым относят искровой, плавильный, термохимический и термохроматический способы.

По конструктивному признаку все способы регистрации делят на контактные, квазиконтактные и бесконтактные. К контактным принадлежат такие способы регистрации (механический, химический и др.), при которых вещество или энергия от органа записи к носителю могут быть переданы только через надежный контакт между ними. При квазиконтактных способах (электростатическом, магнитном и др этот контакт не обязателен, но расстояние между органом и носителем записи должно быть того же порядка, что и размер рабочей части органа записи. При бесконтактных способах (световых, электронно-лучевых и некоторых магнитных) энергия, необходимая для регистрации, передается на расстояния, значительно превышающие размеры рабочей части органа записи.

По характеру записываемой информации средства регистрации делят на устройства знакопечатающие, для записи непрерывных функций времени, двухкоординатные графопостроители и устройства полутоновой записи.

Ниже рассмотрены те способы регистрации, которые особенно широко используют в виброметрии.

Осциллографы электронно-лучевые и для регистрации быстропротекающих процессов. Электронно-лучевые осциллографы находят в виброизмерительной технике широкое применение. Они позволяют наблюдать периодические и непериодические вибрационные процессы непрерывного и импульсного характера, снимаемые с измерительных преобразователей, регистрировать их с помощью фотоприставки или фотоаппарата, определять амплитудные временные, частотные и фазовые характеристики исследуемого сигнала. Различают одно-, двух- и многолучевые и запоминающие осциллографы. Последние обеспечивают запоминание формы электрических

Сигналов с последующим ее воспроизведением и используются при исследовании однократных и редко повторяющихся импульсов или фотографировании их с экрана осциллографа когда обычный осциллограф неэффективен из-за недостаточной длительности послесвечения

Помимо рассмотренных типов осциллографов в некоторых случаях при изме рениях вибрационных процессов используют специальные телевизионные, скоростные, стробоскопические осциллографы, а также осциллографы с механической разверткой. Приборы данной группы предназначены для регистрации быстропротекающих процессов с максимальной частотой 50-100 кГц. Несмотря на разнообразие, осциллографы имеют в основном одинаковые структурные схемы и состоят из электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) с электростатическим управлением луча, каналов вертикального и горизонтального отклонения луча ЭЛТ, измерительных блоков амплитуды и длительности, блока источника питания. Одновременное наблюдение на экране ЭЛТ нескольких сигналов достигают за счет использования специальных двух- и многолучевых трубок, а также коммутаторов в канале вертикального отклонения луча.

Запоминающие электронно-лучевые осциллографы отличаются применением запоминающих электронно-лучевых трубок и наличием блоков управления их режимами работы

Многофункциональные осциллографы, используемые для получения функциональных зависимостей переменных величин вибрации во времени, имеют, как правило, сменные функциональные блоки, расширяющие технические возможности осциллографов К таким блокам относят предварительные усилители вертикального отклонения луча с различной полосой пропускания и чувствительностью, дифференциальные предусилители, коммутаторы и др. [19, 20].

Принцип действия электронно-лучевых осциллографов заключается в следующем К горизонтальным отклоняющим пластинам ЭЛТ подводится линейное пилообразное напряжение, формируемое генератором развертки. Луч перемещается на экране ЭЛТ по горизонтали в одном направлении с постоянной скоростью На вход вертикальных отклоняющих пластин ЭЛТ подается напряжение исследуемого вибрационного процесса. Под воздействием этого напряжения луч отклоняется по вертикали, т. е. на экране ЭЛТ зафиксировано положение луча, соответствующее мгновенному значению исследуемого сигнала. За время действия пилообразного напряжения луч описывает кривую, характеризующую форму исследуемого сигнала на этом отрезке времени.

В осциллографах предусмотрена возможность применения автоколебательного, ждущего и однократного режимов работы генератора развертки с целью синхронизации начала развертки. Синхронизация производится исследуемым либо внешним сигналом, синхронным с исследуемым Для исследования периодических процессов или периодической последовательности импульсов используют автоколебательный режим развертки, когда генератор развертки находится в режиме самовозбуждения При этом частота генератора автоматически устанавливается равной или кратной частоте исследуемого сигнала при наличии синхронизирующего сигнала Для исследования импульсов с большой скважностью используют режим ждущей развертки или ждущей развертки с задержкой. В этом случае генератор развертки запускается каждый раз после поступления синхронизирующего сигнала Режим однократной развертки отличается от предыдущего тем, что после запуска генератора предусмотрена блокировка развертки тот режим используется в основном для фоторегистрации осциллограмм

В запоминающих осциллографах ЭЛТ состоит из записывающего и воспроизводящего прожекторов, коллектора, мишени и люминесцентного экрана. При подаче на отклоняющие пластины ЭЛТ исследуемого сигнала записывающий прожектор, создающий пучок электронов, проходит по поверхности мишени и вызывает вторичную эмиссию диэлектрика Потенциал отдельных участков поверхности мишени повышается, при этом пучок электронов воспроизводящего прожектора проникает через эти участки и вызывает свечение экрана. Запоминающие осциллографы могут также работать и в режиме обычного осциллографирования В запоминающих осциллографах предусмотрен режим последовательного наложения изображения, когда используются интегрирующие свойства запоминающих трубок.

Основными характеристиками этих устройств являются размеры экрана ЭЛТ, чувствительность вертикального и горизонтального каналов, входные сопротивления и емкость, частотная полоса пропускания каналов, погрешности измерения амплитуды напряжения и временных интервалов Запоминающие электронно-лучевые осциллографы дополнительно характеризуются скоростью записи, временем воспроизведения и временем хранения информации.

В осциллографах для регистрации быстропротекающих процессов запись осуществляется на высокочувствительной осциллографной бумаге световым лучом, спроецированным оптической системой с экрана проекционной электронно-лучевой трубки

Дисплеи. По назначению различают две группы дисплеев. 1) текстовые, предназначенные для вывода алфавитно-цифровой информации; 2) графические, или универсальные, позволяющие выводить информацию любого вида.

Текстовой дисплей обычно содержит электронно-лучевую трубку, буферную память для автономной регенерации изображения, генератор знаков, средства формирования и редактирования информации на экране и клавиатуру для ручного ввода текста на экран или его редактирования. В состав дисплея иногда включают пишущую машинку, которая позволяет одновременно с наблюдением получать документ.

В зависимости от типа дисплея информационная емкость экрана может составлять от 240 до 1024 знаков Схемы текстовых дисплеев представляют оператору разнообразные возможности редактировать с клавиатуры содержание изображения на экране в автономном режиме, в частности набирать текст в произвольной части экрана, стирать его полностью или частично, вплоть до отдельного знака, сдвигать на экране по вертикали или горизонтали, раздвигать части текста и вставлять строки или знаки При управлении используют специальный световой знак — курсор, предназначенный для указания позиции, в которую вводится знак с клавиатуры, и обозначения границ поля, подвергаемого редактированию Курсор можно устанавливать в любой точке экрана, используя управляющие клавиши.

Графические дисплеи позволяют выводить на экран вручную или автоматически информацию любого вида и являются исключительно эффективными средствами диалоговой связи человека и ЦВМ. В настоящее время дисплей используют главным образом совместно с ЦВМ. Однако можно ожидать, что благодаря перечисленным преимуществам и по мере распространения стандартных интерфейсов они будут находить все более широкое применение в измерительной технике.

Самопишущие приборы. К приборам данной группы относят быстродействующие самопишущие приборы (БСП), самописцы уровня и двухкоординатные регистрирующие построители (ДРП).

Быстродействующие самопишущие приборы (БСП) предназначены для записи электрических напряжений (токов) с максимальной частотой до нескольких сотен герц в функции времени. Запись осуществляется на ленточных, поступательно движущихся носителях БСП характеризуются физическим способом получения видимого следа на носителе и принципом преобразования входной электрической величины в движение органа записи Их относят к приборам с прямой контактной записью В них находят применение чернильный, копировальный, струйный, электротермический, плавильный (тепловой) и электроэрозионный способы записи

При трех первых способах запись осуществляют на обычной рулонной бумаге чернилами или пастой, наносимыми на нее движущимся органом записи. При остальных способах для записи используют специальную двух- или трехслойную бумагу того или иного типа Изображение на бумаге образуется при электротермической записи вследствие теплового действия тока, протекающего от пишущего электрода в сторону проводящей основы бумаги, при плавильном способе вследствие оплавления поверхностного слоя бумаги теплом от тонкого нагревателя и обнажения темной основы, при электроэрозионном способе благодаря разрушению слоя алюминия под действием импульсов тока.

Различают БПС прямого и следящего преобразования электрического сигнала в движение органа записи. В приборах первого вида регистрируемый сигнал после усиления воздействует на измерительный механизм. В приборах второго вида

регистрируемый сигнал уравновешивается сигналом обратной связи, снимаемым с устройства, преобразующего угловую координату измерительного механизма в напряжение. Таким образом, положение подвижной системы и связанного с ней органа записи является линейной функцией входного сигнала.

В любом случае орган записи — перо, нагреватель или электрод — жестко связан с подвижной системой измерительного устройства БСП и преобразует ее движение в видимое изображение на ленте. В БСП отечественного производства, как правило, используют измерительные механизмы магнитоэлектрической системы.

В серийно выпускаемых БСП общего назначения используется преимущественно чернильный способ записи. Преимущества чернильной записи: непосредственное получение видимого изображения без необходимости дополнительно обрабатывать носитель записи, хорошее качество записи, длительная сохраняемость документа. Недостатки: относительно малое значение верхней границы рабочего диапазона частот, невозможность записи при минусовых температурах.

Самописцы уровня предназначены для непрерывной записи среднеквадратичного, среднего или типового значения переменных напряжений, а также медленно изменяющихся постоянных напряжений. Запись сигналов возможна в диапазоне частот от 2 Гц до 200 кГц и может производиться в функции времени или частоты В некоторых типах приборов предусмотрена возможность записи диаграмм направленности на бумаге с полярной координатной сеткой. Запись производят чернильным или резцовым способом, при этом исаользуют два типа бумаги с нанесенными на нее различными метками: белую бумагу для записи чернилами и черную бумагу, покрытую парафином, для записи иглой. Когда запись производят резцовым способом, игла снимает верхний слой парафина, оставляя черную, цветную или прозрачную основу. Такая бумага пригодна для записи при различной скорости иглы [12, 15].

Самописцы уровня относят к приборам со следящим преобразованием Регистрируемый электрический сигнал поступает через входной аттенюатор на сменный функциональный делитель диапазона, который состоит из прецизионных резисторов, соединенных попарно с соответствующими ламелями прямолинейного коммутатора. По контактам коммутатора перемещается движок делителя диапазона, механически связанный с рычагом пишущего механизма. Электрический сигнал на движке усиливается, детектируется и уровень его сравнивается с внутренним эталонным напряжением. В случае, когда уровень детектируемого сигнала отличается от эталонного, возникает разбаланс напряжения, который усиливается по мощности и подается на катушку электромагнитного приводного механизма. Катушка перемещается в магнитном поле и вызывает перемещение движка делителя диапазона, а следовательно, и рычага пишущего механизма. Направление движения определяется полярностью разбаланса напряжения. Перемещение движка происходит до тех пор, пока разбаланс напряжения не уменьшится до нуля. При этом уровень сигнала поддерживается постоянным.

Вторая катушка электромагнитного приводного механизма подключена к выходному каскаду усилителя мощности, обеспечивая сигнал обратной связи. Этот сигнал регулирует скорость перемещения подвижной катушки с изменением уровня записываемого сигнала. Для измерения изменяющихся во времени сигналов необходимо производить усреднение по времени, которое определяется согласованием выбора нижнего предела рабочей частоты и скоростью движения рычага пищущего механизма. Механическая часть самописца уровня помимо привода рычага пишущего механизма включает контактный механизм для выполнения периодических отметок на бумаге и лентопротяжный механизм. Последний используют для привода бумаги. Он обеспечивает автоматическую остановку бумаги, синхронизацию внешних приборов с движением бумаги и управление устройством для переключения сигналов, поступающих, например, от различных датчиков.

Самописцы уровня оснащают вспомогательными устройствами для осуществления связей с внешними устройствами, а также снабжают набором принадлежностей, в который входят перья для записи и отметки характерных знаков и маркировки, бумага, чернила. Самописцы уровня могут иметь механические выходы для частотной развертки генераторов и анализаторов спектра синхронно с движением

частотно-градуированной бумаги, а также для приведения в движение внешних устройств, включаемых в измерительную схему. Самописцы уровня некоторых типов имеют возможность дистанционного управления рабочими режимами, а также могут работать в режиме двухкоординатного самописца уровня.

Двухкоординатные регистрирующие построители (ДРП), называемые также графопостроителями, предназначены для вычерчивания в прямоугольных координатах кривых функциональных зависимостей, в частности спектральных характеристик, построения чертежей, схем, карт и вывода сопроводительной знаковой информации. Органом записи служит сменное чернильное перо капиллярного или волоконного типа, а иногда шариковый стержень с пастой. Различают две разновидности ДРП, входными величинами для которых являются соответственно аналоговые и кодовые сигналы. ДРП с вводом аналоговых напряжений обычно выпускают в планшетном исполнении: ДРП с вводом кодовых сигналов — в планшетном и барабанном исполнениях [15, 20].

В планшетном ДРП запись осуществляется на плоском листе бумаги. Держатель пера совершает движение вдоль каретки (координата X), а каретка, в свою очередь, движется относительно корпуса прибора (координата Движение обеих подвижных систем обеспечивается двумя сервомеханизмами, каждый из которых обычно содержит схему сравнения, усилитель, серводвигатель, прецизионный аттенюатор, схему защиты входа.

В барабанном ДРП координатная система состоит из реверсивного транспортного барабана, который перемещает рулон по оси X, и привода пишущего узла, совершающего движение вдоль образующей барабана по оси Пишущий узел содержит до трех органов записи, позволяющих осуществлять трехцветную регистрацию.

Светолучевые осциллографы относят к числу регистрирующих приборов, наиболее широко используемых при изучении вибрации машин, их деформаций. Преимуществами этих приборов магнитоэлектрических, шлейфовых, вибраторных являются широкий диапазон регистрируемых частот, высокая чувствительность измерительных устройств, возможность одновременной записи на одной осциллограмме нескольких процессов с отклонением по каждой дорожке на всю ширину ленты и относительная простота обслуживания [15].

В светолучевых осциллографах регистрируемая электрическая величина — напряжение или ток — преобразуется в отклонение светового пятна на чувствительной к свету бумаге или пленке В качестве носителей записи используют:

1) осциллографную рулонную фотобумагу чувствительностью

2) фотобумагу чувствительную к ультрафиолетовому свету, и не требующую химического проявления;

3) киноленту шириной перфорированную, чувствительностью 180 ед. ГОСТ.

Основной недостаток осциллографов с записью на обычной фотобумаге и киноленте — необходимость проявлять и закреплять изображение после окончания регистрации. Запись на бумаге, чувствительной к ультрафиолетовому свету, этого недостатка не имеет.

Различают стационарные и переносные, а также универсальные и специальные светолучевые осциллографы.

Магнитографы — приборы, предназначенные для точной записи на магнито-носителе измерительной информации, представленной в форме электрических сигналов, и для ее воспроизведения в той же форме [12].

Основные преимущества магнитографов: широкий частотный диапазон регистрируемых процессов (от единиц до сотен тысяч герц); высокий динамический диапазон магнитной записи (до 50-60 дБ); удобство автоматического анализа записей на ЭВМ и анализаторах, большая емкость носителя и возможность его многократного использования, надежность в работе.

Магнитоноситель — магнитная лента — представляет собой гибкую полимерную пленку, на которую нанесен тонкий слой двуокиси железа, покрытый связующим материалом. Регистрируемый сигнал подают в обмотку записывающей головки При перемещении ленты относительно головки рабочий слой ленты подвергается действию магнитного поля головки, которое является функцией входного сигнала.

Информация записывается на ленте в виде остаточной намагниченности ее рабочего слоя Одновременно на ленте записывают несколько независимых процессов

Используют несколько способов магнитной записи: прямую (ПЗ) и запись с различными видами модуляции

Режим ПЗ аналогичен способу работы обычного магнитофона и заключается в следующем. Магнитоноситель, перематываясь с подающей кассеты на приемную, перемещается с постоянной скоростью мимо стирающей, записывающей и воспроизводящей головок. Регистрируемый сигнал подают на вход усилителя записи, ток с выхода которого направляют в обмотку головки записи. Изменения этого тока преобразуются головкой в изменения напряженности магнитного поля в рабо чем зазоре. При прохождении магнитной ленты близ зазора поле взаимодействует с магнитными частицами рабочего слоя, и информация сохраняется в виде остаточной магнитной индукции слоя. Для линеаризации амплитудной характеристики записи применяют подмагничивание высокочастотным полем, которое создается током с частотой 30-100 кГц от генератора.

Воспроизведение осуществляется головкой и усилителем воспроизведения. Поскольку головка дифференцирует записанный сигнал и амплитудно-частотная характеристика записи в определенном диапазоне частот становится неравномерной, в усилитель воспроизведения вводят схему частотной коррекции. В случае необходимости запись на ленте можно стереть, используя стирающую головку и генератор высокой частоты.

Так как величина сигнала с головки при воспроизведении пропорциональна скорости изменения потока, при уменьшении частоты записанного сигнала чувствительность канала воспроизведения быстро падает, и при частоте 20—30 Гц уровень становится соизмерим с уровнем шумов. Минимальная частота записываемых сигналов при ПЗ составляет 25 Гц.

Другой недостаток — зависимость точности воспроизведения от продольной неоднородности магнитных свойств носителя и колебаний скорости его движения при записи и воспроизведении. По этой причине точность записи в лучших образцах не превышает (в среднем 10-15 %). В то же время рабочий диапазон частот в режиме ПЗ значительно шире, чем в других режимах, и его верхняя граница может составлять несколько сотен килогерц.

При магнитной регистрации различают продольную и поперечную плотность записи. Продольная плотность записи характеризуется числом импульсов, записанным вдоль носителя на Поперечная плотность записи характеризуется расстоянием между дорожками и зависит от ширины магнитных головок. При расположении магнитных головок в шахматном порядке поперечную плотность удается довести до одной дорожки на

Магнитную запись осуществляют как в непрерывной аналоговой форме, так и в дискретной — кодовой. Регистрация процессов в виде кодовых импульсов в двоичной системе отличается высоким динамическим диапазоном и обеспечивает возможность автоматического анализа записи на ЦВМ.

Для обеспечения возможности записи постоянных и низкочастотных напряжений и повышения точности записи используют принцип модуляции: амплитудной (AM), частотной (ЧМ), частотно-импульсной (ЧИМ), широтно-импульсной (ШИМ), фазовой (ФМ) и кодоимпульсной (КИМ).

В резюиме ЧМ регистрируемое напряжение подают на модулятор, на второй вход которого поступает сигнал несущей частоты от генератора. Модулированный сигнал усиливается и записывается головкой. При воспроизведении сигнал, снимаемый с воспроизводящей головки, усиливается, а демодулятор восстанавливает исходный сигнал

Режим ЧМ характеризуется значением несущей частоты и глубиной модуляции Несущая частота для любого частотного диапазона записи должна в 5—7 раз превышать значение верхней частоты этого диапазона. Глубина модуляции определяется как абсолютное значение отношения девиации частоты к частоте Для современных магнитографов

При применении ЧМ точность записи повышается до 1%. Значительно более высокую точность записи аналоговых сигналов можно получить, Используя цифровой магнитограф с аналого-цифровым преобразователем на входе.

При амплитудной модуляции амплитуда сигнала несущей частоты изменяется в соответствии с записываемым низкочастотным процессом. В этом случае частотный диапазон равен двойной максимальной частоте модулирующего сигнала. Однако точность воспроизведения невысока, и запись с амплитудной модуляцией используют при регистрации процессов с частотой не ниже 50—100 Гц.

При широтно-импульсной модуляции импульсы модулируются по длительности, пропорциональной амплитуде регистрируемого сигнала. Этот способ используют, как правило, при многоканальной записи медленно изменяющихся процессов с временным разделением, основанным на делении сигнала на дискретные значения и на записи его отдельных мгновенных значений. Временное разделение осуществляют с помощью коммутаторов, которые должны быть снабжены дополнительными контактами для обеспечения синхронизации и калибровки.

Фазоймпульсная модуляция позволяет исключить влияние изменения скорости носителя на воспроизводимый сигнал и основана на сравнении фаз двух колебаний, записанных на отдельных дорожках или разделенных по частоте либо по времени.

Кодоимпульсную модуляцию применяют при автоматической обработке информации на вычислительных машинах. Запись ведут кодированием в двоичной системе исчисления, при этом импульсы в каждом разряде записывают на отдельных дорожках.

Цифровые устройства для запоминания измерительной информации появились сравнительно недавно и могут быть отнесены к числу наиболее эффективных средств оперативного накопления и представления информации о вибрационных процессах. Типичным представителем этой группы устройств является цифровой самописец мод. 7502, разработанный фирмой «Брюль и Къер». Он предназначен для регистрации и воспроизведения кратковременных процессов в аналоговой и цифровой форме.

Цифровой самописец состоит из устройства для выборки дискретных данных, аналого-цифрового преобразователя, запоминающего устройства и цифроаналогового преобразователя, а также системы управления. Емкость памяти запоминающего устройства рассчитана на 4096 бит и может быть увеличена соответственно до 10 240 бит с помощью трех вставных печатных плат по 2048 бит каждая. Цифровые данные поступают непосредственно на вход переключателя, соединенного с запоминающим устройством, аналоговая информация поступает в запоминающее устройство через аттенюатор, фильтр нижних частот и аналого-цифровой преобразователь, в котором происходит преобразование аналогового сигнала в стандартные восьмибитовые коды. Информация поступает в запоминающее устройство со скоростью, определяемой частотой тактового генератора.

Устройство переводится в режим записи вручную либо по внешнему сигналу запуска. Продолжительность интервала записи зависит от частоты работы АЦП и емкости памяти. После запуска устройства специальный счетчик начинает счет преобразований в АЦП, и, когда это число станет равным емкости памяти, устройство переводится в режим ожидания.

Устройство может выдавать запасенные данные в цифровой и аналоговой формах. При включении устройства в режим воспроизведения выход блока памяти автоматически соединяется через переключатель со входом. Так обеспечивается циклическая выдача информации, хранящейся в блоке памяти, со скоростью, определяемой положением переключателя «скорость выборки дискретных данных» в субблоке управления выдачей данных. Эта скорость имеет десять значений — от 0,5 до 500 000 слов/с. Таким образом, устройство можно использовать для преобразования (транспонирования) скорости следования кодов или для сжатия-расшире-иия спектра аналоговых сигналов [12].

Если данные выдаются в цифровой форме, то коды с выхода можно направлять в ЦВМ, перфоратор и другие устройства цифровой обработки. Скорость выборки задается приемным устройством. После окончания этой операции регистратор автоматически переходит в режим ожидания. При выдаче данных в аналоговой форме вступает в действие ЦАП и фильтр нижних частот, аналогичный фильтру входного блока. Аналоговые сигналы с выхода можно записывать на магнитографе или регистрировать на самописце уровня. Устройство может также работать в режиме линии

задержки и позволяет регулировать интервал между моментами начала циклов развертки.

Знакопечатающие устройства относят к традиционным средствам вывода информации из ЦВМ. Они находят все возрастающее примеиение в информационно-измерительных системах (ИИС) с цифровым выходом. Устройства рассматриваемого класса можно условно разделить на три группы: 1) печатающие механизмы и машинки; 2) комплектные алфавитно-цифровые печатающие устройства для ЦВМ; 3) буквопечатающие телеграфные аппараты-телетайпы.

Любое устройство второй группы состоит из печатающего механизма первой группы и аппаратуры управления печатью, включающей средства подключения к стандартным каналам ЦВМ или ИИС.

Основными показателями печатающих устройств являются скорость печати, ширина рабочего поля бумаги (длина строки) и число знаков на строке.

Механизмы знакопечатающих устройств относят к классу электромеханических устройств ударного действия. В устройствах барабанного типа знаконосителем служит комплект расположенных на общем валу знаковых колес с полным набором знаков на каждом колесе. Знаковый барабан непрерывно вращается. И отпечаток на бумаге получается в результате удара выбранного печатающего молоточка через красящую ленту и бумагу по соответствующему знаковому колесу. Механизмы и машинки, как правило, являются устройствами последовательного действия и печатают данные с относительно низкой скоростью.

Электроуправляемые пишущие машинки оснащены устройствами управления и могут выполнять функции пультовых машинок в ЦВМ и ИИС. Основными частями такой машинки являются печатающий механизм последовательного действия с литерными рычагами, знаковая клавиатура, устройство управления, включающее командную клавиатуру, и сигнальные лампочки, а также элементы сопряжения стандартного интерфейса.

В последние годы большое внимание уделяется разработке и применению безударных печатающих устройств, основанных на использовании разного рода электрических явлений (электротехнических, электротермических, электростатических) и обладающих хорошими эксплуатационными параметрами. Запись осуществляется на электростатической бумаге, имеющей проводящую ток основу и рабочий слой из диэлектрической композиции. По внешнему виду бумага не отличается от высококачественной типографской бумаги.

Органом записи служит многоэлектродная головка, электроды которой расставлены с определенным шагом Значения скорости вывода цифровых данных с помощью устройства могут достигать 600, 1200, 2400, 4800 и 9600 бит/с. Проявление скрытого изображения осуществляется жидким проявителем в ритме записи. Запись бесшумная.

Преобразователи вида информации. При аналого-цифровом преобразовании (АЦП) точное значение непрерывного сигнала квантуют по уровню и по времени, т. е. заменяют приближенным дискретным значением, привязанным к определенному моменту времени. Это дискретное значение представляется в форме двоичного или двоично-десятичного кода — цифрового эквивалента исходной величины [6].

В системах виброметрии результат измерения обычно представляют в форме непрерывного напряжения. Поэтому здесь рассмотрены только преобразователи напряжения в код (ПНК) и кода в напряжение

При аналого-цифровом преобразовании устанавливается соответствие между преобразуемой величиной и некоторой совокупностью единиц измерения или эталонных мер. Иными словами, это преобразование подпадает под понятие «измерение».

Известны три основных метода аналого-цифрового преобразования [6]. При методе последовательного счета кодируемая величина уравновешивается суммой одинаковых и минимальных по величине эталонных единиц — квантов. Момент равенства фиксируется единственной схемой сравнения (нуль-органом), после чего суммирование квантов прекращается, а их число, накопленное до срабатывания схемы сравнения, является результатом преобразования.

При использовании метода поразрядного кодирования (уравновешивания) кодируемая величина уравновешивается суммой эталонов, выбранных по

определенному закону. Если АЦП должен формировать позиционный двоичный код, то значения эталонов пропорциональны степеням числа 2. Уравновешивание происходит за одинаковых интервалов времени. В первом интервале входная величина сравнивается с наибольшим эталоном и формируется цифра старшего разряда кода. Если эта величина меньше эталона, то в старший разряд записывается О и уравновешивание входной величины во втором интервале осуществляется следующим, в 2 раза меньшим, эталоном. Если входная величина равна или больше старшего эталона, то в старший разряд кода записывается 1, и во втором интервате будет уравновешиваться не входная величина, а разность между нею и первым эталоном. Аналогичные операции выполняются в остальных интервалах. Моменты уравновешивания фиксируются единственной схемой сравнения.

При методе считывания используются наборы из эталонов и схемы сравнения. При этом старший эталон составляет квантов, следующий за ним — квантов и т. д. до младшего, величина которого равна кванту. Кодируемую величину одновременно сравнивают со всеми эталонами, используя все схем сравнения. Те из схем сравнения, которые фиксируют превышение кодируемой величины над соответствующим эталоном, формируют символ 1 в параллельном единичном п-позиционном коде, остальные образуют символ 0. Полученный код преобразуют в позиционный двоичный.

Из перечисленных методов аналого-цифрового преобразования первый используется, как правило, при построении точных (10 и более двоичных разрядов), но относительно небыстродействующих АЦП (время преобразования сотни и более микросекунд).

При построении АЦП с временем преобразования порядка единиц микросекунд используется метод поразрядного кодирования.

Преобразователи третьей группы являются наиболее быстродействующими, но менее технологичными, поэтому широкого распространения не получили.

Важнейшими параметрами АЦП являются диапазон изменений входных и выходных величин; временные параметры (период квантования, время преобразования), точность преобразования, характеризуемая величинами (погрешность квантования, инструментальная погрешность, число разрядов в коде); надежность.

Цифроаналоговое преобразование заключается в суммировании аналоговых эталонов в соответствии со значащими разрядами входного кода, в результате чего на выходе ЦАП устанавливается текущее значение аналоговой величины, эквивалентной коду. Существуют два метода цифроаналогового преобразования. При методе суммирования единичных аналоговых квантов на вход ЦАП подается единичный код, число единиц в котором определяет количество суммируемых квантов. При методе суммирования квантов с учетом веса разрядов на вход ЦАП подается позиционный двоичный код, поразрядные эталоны имеют веса, изменяющиеся по двоичному закону, а в суммировании в каждом данном цикле участвуют только те из них, которые выбраны в соответствии с наличием символов 1 в разрядах кода.

Наиболее широко применяют преобразователи код — напряжение — ПКН для параллельного прямого двоичного кода, основанные на использовании матриц с весовыми сопротивлениями, величины которых взвешены по двоичному закону, и матриц типа

В АЦП и ЦАП используют главным образом позиционные или весовые двоичные и двоично-десятичные прямые коды. Однако так как операцию вычитания в ЦВМ часто заменяют операцией сложения в специальных машинных кодах (обратном и дополнительном), в некоторых преобразователях входную величину предпочитают представлять в одном из этих кодов.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление