Градиентный анализатор аналоговых сигналов позволяет индицировать знак или равенство нулю градиента входного сигнала, а также экстремально высокие или, напротив, низкие значения градиентов.
Индикаторы градиента предназначены для индикации отклонения контролируемого сигнала от стационарного значения и позволяют регистрировать изменения скорости протекания различных процессов во времени [1–4]. Такие устройства могут быть использованы для регистрации процессов торможения или ускорения транспортных средств, ускорения или замедления физических, химических, биологических процессов и индикации выхода контролируемых параметров за пределы нормальных значений. Одна из простых конструкций градиентного анализатора (индикатора) описана ранее в работе [4].
Градиентный индикатор [4] позволяет индицировать лишь знак градиента (плюс или минус), т.е. либо ускорение, либо замедление скорости изменения уровня сигнала в ту или иную сторону относительно стационарного значения.
Описываемый в настоящей статье градиентный анализатор является усовершенствованием индикатора [4] и позволяет контролировать как знак градиента, так и его экстремальные значения.
Градиентный анализатор аналоговых сигналов, Рисунок 1, выполнен на компараторе DA1 LM339 и микросхеме «Исключающее ИЛИ-НЕ» DD1 CD4077. Устройство работает следующим образом. Входной сигнал через конденсатор C2 поступает на вход градиентного анализатора на элементах DA1.1–DA1.4. RC-цепочка R6C3 является регулируемым элементом временной задержки, а ее RC-постоянная задает инерционность устройства на скорость изменения входного сигнала. В стационарном режиме потенциалы на выводах потенциометра R6 равны между собой, следовательно, на выходах компаратора присутствует напряжение нулевого уровня.
 | ||
| Рисунок 1. | Градиентный анализатор аналоговых сигналов. | |
При повышении уровня входного сигнала напряжение на левом по схеме выводе потенциометра R6 на время зарядки конденсатора C3 превышает напряжение на его правом выводе, что достаточно для срабатывания компаратора DA1.1. В случае, если напряжение на левом выводе потенциометра R6 ниже относительно правого, срабатывает компаратор DA1.2. Соответственно, сигналы, снимаемые с выходов этих компараторов, поступают на входы элементов «Исключающее ИЛИ-НЕ» DD1.1 и DD1.2, к выходам которых присоединены элементы индикации – светоизлучающие диоды HL1–HL3.
Для продвинутого анализа скорости изменения входного сигнала используется подобная схема индикации с той лишь разницей, что с движка потенциометра R6 сигнал поступает на вход аналогичного канала индикации – компараторы DA1.3 и DA1.4 и затем элементы DD1.3 и DD1.4.
Таким образом, Рисунок 2, светодиод HL1 индицирует положительный знак градиента входного сигнала; HL2 – равенство градиента нулю (отсутствие градиента); HL3 – отрицательный знак градиента; HL4 – экстремальное значение отрицательного градиента и HL5 – экстремальное значение градиента положительного знака. Потенциометром R6 можно плавно регулировать зону реакции (чувствительность) устройства на экстремальные значения градиентов входных сигналов.
 | ||
| Рисунок 2. | Уровни сигналов на входе и выходах градиентного анализатора аналоговых сигналов. | |
Для общей настройки анализатора на необходимую пользователю чувствительность регистрации параллельно потенциометру R6 можно подключить подстроечный резистор, а также подобрать емкость конденсатора C3. Для передачи выходных сигналов на исполнительные устройства вместо светодиодов можно использовать оптроны. Число градаций регистрации уровней градиентов можно нарастить за счет использования дополнительных компараторов, элементов «Исключающее ИЛИ-НЕ» и при замене потенциометра R6 на резистивную линейку делителей напряжения.
Градиентный анализатор может быть использован для анализа скорости протекания физических и химических процессов, контроля режимы работы технического и технологического оборудования, в контрольно-измерительной аппаратуре широкого назначения, в системах автоматического контроля ускорения или торможения транспортных средств. Анализатор можно также применять в составе систем охранного наблюдения, контроля и регистрации редко повторяющихся сигналов и событий, что позволит информировать технический персонал об изменениях режима работы контролируемого оборудования, обеспечить своевременное включение аварийной сигнализации или защитных устройств.