RU1811616C - Устройство дл нелинейной обработки электроразведочного сигнала - Google Patents

Abstract

Использование: в электроизмерительной технике дл  электроразведки, а также при разработке аппаратуры дл  электрических , акустических и т.п. исследований. Сущность изобретени : в устройстве нелинейной обработки электроразведочного сигнала производ т последовательные выборки сигнала путем его аналого-цифрового преобразовани , запоминают конечное число выборок, ранжируют, исключают часть выборок и определ ют медианную выборку оставшейс  части выборок дл  формировани  результата. Оставшуюс  часть выборок выдел ют из расположенных подр д ранжированных выборок, составл ющих определенную и посто нную долю от всех выборок, дл  которой разность двух крайних выборок  вл етс  наименьшей по абсолютной величине , а определенную и посто нную долю задают равной четверти, всех выборок. 2.з.п.ф-лы, 5 ил, ел с

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике дл  электроразведки, а также может найти применение при разработке аппаратуры дл  электрических, акустических и других исследований. Область преимущественного использовани  изобре- тени -цифровые фазочувствительные вольтметры , примен емые при поисках рудных месторождений, залегающих на глубинах до 1,5-2 км.

Целью изобретени   вл етс  повышение помехоустойчивости в услови х импульсных помех.

На фиг. 1 изображена структурна  схема устройства дл  нелинейной обработки сигналов; на фиг. 2 - пример реализации блока выделени  медианы, на фиг. 3 - пример реализации; на фиг. 4 и 5- эпюры блока управлени  сигналов, по сн ющие работу устройства.

Устройство содержит входной блок 1, блок 2 ранжировани , первый коммутатор3, блок 4 вычитани , первый регистр 5. блок 6 управлени , второй коммутатор 7, схема 8 сравнени , блок 9 выделени  медианы, второй регистр 10. элемент 11 И, элемент 12 ИЛИ, блок 13 накоплени  результата, перО CS

00

вый, второй, третий импульсные выходы 14-1, 1.4-2. 14-3 блока 6 управлени , первый , второй, третий и четвертый кодовые выходы 15-1. 15-2, 15-3 и 15-4 блока 6 управлени , выходы 16-1,... 16-i,... 16-n блока 2 ранжировани .

В блок 9 медианы (см. фиг, 2) вход т третий коммутатор 17, четвертый коммутатор 18, первый сумматор 19, второй сумматор -20 и блок 21 задани  кода.

Как показано на фиг. 3, в состав блока 6 управлени  вход т элемент 22 ИЛИ-НЕ, счетчик 23 времени, формирователь 24 серии импульсов, первый формирователь 25 импульсов, первый счетчик 26 импульсов, второй формирователь 27 импульсов, блок 28 задани  интервала, третий сумматор 29, четвертый сумматор 30, второй счетчик 31 импульсов.

Диаграммы (эпюры) (см. фиг. 4 и 5) сигналов , по сн ющие принцип работы устройства , имеют следующий вид: эпюра 32 сигнала на входе блока 6 управлени , эпюра 33 сигнала на выходе счетчика 23 времени, эпюра 34 сигнала на выходе элемента 22 ИЛИ-НЕ, эпюра 35 сигнала на выходе второго формировател  27, эпюра 36 сигнала на выходе формировател  24 серии импульсов , эпюра 37 сигнала на выходе первого формировател  25, эпюра 38, по сн юща  изменение выходного кода первого счетчика 26 импульсов.

В предложенном способе обработки электроразведочного сигнала, представл ющего собой периодическое Ux(t) или посто-  нное напр жение Uo, осуществл ют выборки сигнала Mj, путем аналого-цифро- вого .преобразовани , например, мгновенного значени  входного напр жени , где J-номер выборки. Процесс получени  выборок осуществл ют до тех пор, пока, не будет получено заданное число выборок п, В результате запоминают р д выборок MI, M2,... Mj,...Mn. При отсутствии флуктуационных и импульсных помех, без учета погрешностей преобразовани  выборки равны друг другу, т.е. выполн етс  равенство: Mi М2 .,.Mj...Mn. При наличии помех некоторые выборки станов тс  не равными другим . Полученный р д выборок Mi, М2,...МП ранжируют по возрастанию, в результате чего получают новый р д выборок N1.N2,...Ni...Nn, в котором выполн етс  сле- дующее нестрогое неравенство: NI N2 :Ј ...:Ј ...Nn. Далее задают посто нную и определенную долю m от всех выборок п, например, равной m n/4 и определ ют разности двух крайних выборок последовательно выдел емых частей р да:

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ANi Nm-Ni; AN2 Nm+-N2; A N3 Мт+2-№;...,. A N(n-m+1) (n-m+1). Из

полученных разностей ANi,A N2, A N3,..., М(п-т-н) определ ют минимальную, т.е. mln ( ANi, A N.2, ANs,..., AN(n-m-H). Положим, что минимальна  разность имеет номер k, где k n-m+1, то берут дл  ANk соответствующую ей часть выборок: Nk, Nk+i,...N(k+m-i) и определ ют из нее меди- анную выборку Nk mtd(Nk, Nk+i,...N(k+m-i)).

Выделенную медианную выборку Nk берут за окончательный результат нелинейной обработки электроразведочного сигнала. После выделени  Nk осуществл ют запоминание следующей порции п-выборок сигнала , повтор ют операции выделени  следующей медианной выборки Nk и т.д.

Предложенное устройство работает следующим образом. Входной блок 1 осуществл ет преобразование в код Mj какой-либо характеристики входного напр жени , Например , среднего значени  периодического сигнала за период Т или среднего значени  посто нного сигнала за врем  Т, По окончании каждого преобразовани  выходной код Mj с выхода входного блока 1 поступает на вход блока 2 ранжировани , а со служебного выхода блока 1 снимаютс  отрицательные импульсы (эпюра 32, фиг. 4), поступающие на вход счетчика 23 времени (фиг. 3) блока 6 управлени  (фиг. 1, фиг. 3). Счетчик 23 времени формирует интервалы времени At nTnAti T (эпюра 33, фиг. 4, фиг. 5). В течение интервала времени At nT выходной потенциал определ етс  сигналом логического О, а в течение интервала времени Ati Т выходной потенциал имеет высокий логический уровень (логической 1). В результате логического сложени , на выходе элемента 22 ИЛИ-НЕ за интервал времени At nT выдел етс  п положительных импульсов (эпюра 34, фиг. 4(. Эти импульсы поступают на вход записи блока 2 ранжировани  и на информационный вход второго счетчика 31 импульсов. В начальный момент перед поступлением первого из серии n-импульсов с элемента 22 ИЛИ-НЕ второй счетчик 31 импульсов находитс  в нулевом состо нии. Выходной код счетчика 31  вл етс  управл ющим кодом адреса дл  блока 2 ранжировани . При поступлении с выхода входного блока 1 кода М на информационный вход блока 2 ранжировани , на адресный вход которого поступает нулевой, код. Положительным перепадом первого импульса с элемента 22 ИЛИ-НЕ код М записываетс  по первому адресу имеющему нулевой адресный код. Отрицательным-перепадом первого импульса , поступающего с элемента 22 ИЛИ-НЕ, содержимое второго счетчика 31 импульсов увеличиваетс  с нул  на единицу. Второй, поступающий с выхода входного блока 1, код М2 записываетс  в блок 2 ранжировани  по следующему адресу положительным перепадом второго импульса с выхода элемента 22 ИЛИ-НЕ, а отрицательным перепадом этого же импульса содержимое второго счетчика 31 увеличиваетс  на единицу. Запись в блоке 2 ранжировани  осуществл етс  до тех пор пока не подтуп т коды Мз, М4,...Мп с выхода входного блока 1, а на информационный вход второго счетчика 31 не поступ т п импульсов. В результате в блоке 2 ранжировани  будет записан р д отсчетов Мл, М2,..,,Мп. В блоке 2 ранжировани  осуществл етс  ранжирование кодов Mi, M2,...,Mn, в результате чего на выходах 16-1, 16-2,,.. 16-1,..., 1.6-п блока 2 ранжировани  будут сниматьс  те же самые коды (кодовые слова), но в пор дке увеличени : Ni, N2,...,Ni,...,Nn, причем выполн етс  следующее нестрогое неравенство: Ni N2 ... Ni „. Nn. Выходные коды (кодовые слова) NI, №...МП с выходов блока 2 ранжировани  поступают на соответствующие информационные входы 16-1-16-п первого и второго коммутаторов 3 и 7 и блока 9 выделени  медианы.

В блоке 6 управлени  (фиг. 3) по окончании интервала At пТ, второй формирова- тель 27 импульсов вырабатывает положительный импульс (эпюра 35, фиг. 5) в момент положительного перепада выходного напр жени  счетчика 23 времени (эпюра 33, фиг. 5). Этим импульсом устанавливаетс  в начальное состо ние формирователь 24 серии импульсов и в нулевое состо ние первый счетчик 26 импульсов, а также этот импульс поступает на один из входов элемента 12 ИЛИ (фиг. 1). В блоке 28 задани  интервала задаютс  коды, соответствующие числам т-1 и lnt(

т -1

), где т - целое число,

например, т n/4, lnt()- цела  часть

числа Код числа т-1 поступает на первый вход третьего сумматора 29, а код

числа lnt(

гп -Ч

-)- на первый вход четвертого сумматора 30. На вторые входы третьего и четвертого сумматоров 29 и 30 подаетс  выходной код первого счетчика 26 импульсов . Т.к., после установки первого счетчика 26 импульсов на его выходе будет нулевой код, то выходные коды третьего и четвертого сумматоров 29 и 30 будут равны соответственно кодам чисел (гл-1) и lnt(

гл - 1

-). Выходные коды первого счетчика 26 импуль сов, третьего и четвертого сумматоров 29 и 5 30 поступают на адресные входы первого и . второго коммутаторов 3 и 7 и блока 9 выделени  медианы. В результате на выходах первого и второго коммутаторов 3 и 7 выдел ютс  кодовые слова NI и Nm, имеющие 0 адреса соответственно 0 и т-1, э на выходе блока 9 - Медианное значение N1, сортвет . ствующее адресу Intt- -). В блоке вычитани  определ етс  абсолютна  разность

5 A Ni двух кодовых слов NI и Nm. Отрицательным перепадом выходного импульса второго формировател  27 импульсов , прошедшего через элемент 12 ИЛИ, перва  разность A Ni Nm-Ni, записывает0 с  в первый регистр 5, а первое медианное значение КН - во.второй регистр 10.

По окончании импульса с выхода второго формировател  27 импульсов, формирователь 24 серии импульсов выдает серию,

5 состо щую из (n-m+1) импульсов с периодом Ti (эпюра 36, фиг. 5), Каждым отрицательным перепадом импульсов с формировател 

24 серии импульсов обуславливаетс  изменение содержимого первого счетчика 26 им- 0 пульсов., увеличива  его на единицу, а в первом формирователе 25 импульсов выра ботка импульса (эпюра 37, фиг. 5). Выходные положительные импульсы формировател 

25 (эпюра 37, фиг. 5) имеют длительность 5 гораздо меньше периода Т и сдвинуты по времени относительно передних фронтов выходных импульсов формировател  24. При поступлении первого импульса с формировател  24 серии импульсов содержи- 0 мое первого счетчика 26 импульсов увеличиваетс  на единицу, т.к. выходной код первого счетчика 26 импульсов соответствует числу единица, то выходные коды третьего 29 и четвертого 30 сумматоров буе дут соответствовать числам m и nt(-«-) +

1. Выходные коды первого счетчика 26 импульсов , третьего 29 и четвертого 30 сумматоров определ ют на выходах первого и второго коммутаторов 3 и 7 и блока 9 выде0 лени  медианы соответствующие кодовые слова N2, Nrn-H и N2, где № - медианное значение р да N2, Ns.-.Nm-n. В блоке 4 вычитани  оредел етс  абсолютна  разность А N2 . В результате на входы 8

5 сравнени  поступают кодовые слова ANi и N2. Если выполн етс  неравенство AN2 ANi, то на выходе схемы 8 сравнени  будет сигнал логической 1, который разреш от про - о кдение первого импульса г imrn формировател  25 импупьсоп через элемент 11 И и далее через элемент 12 ИЛИ на пходы записи первого и второго регистров 5 и 10. В результате в первый регистр5 будет записано кодовое слово ANP1 A N2. а во второй регистр 10 - кодовое слово N2, определ емые как медианное значение р да N2, N3...NnvM. Если же выполн етс  нестрогое неравенство Д N2 2:ANi, то на выходе схемы 8 сравнени  будет сигнал логического О, запрещающий прохождение импульса через элемент 11 И. В результате в первом регистре 5 остаетс  кодовое слово ANP1 ANi, а во втором регистре 10-кодовое слово NL

Далее на вход счетчика 26 импульсов поступает второй импульс, а его выходной код будет соответствовать числу 2. В результате в блоке вычитани  определ етс  абсолютна  разность ДЫз Мт+2-Мз, а на выходе блока 9 выделени  медианы - меди-, энное значение N3 р да N3, N4...Nm+2. При этом на выходы схемы 8 сравнени  поступают кодовые «слова ANs и ANpi. Если выполн етс  неравенство ANs ANpi, то на выходе схемы 8 сравнени  будет сигнал логической 1. Этот сигнал разрешает прохождение второго импульса с первого формировател  25 импульсов (эпюра 37. фиг. 5) через элементы 11 И и 12 ИЛИ на входы записи первого и второго регистров 5 и 10. В результате чего в первый регистр 5 записываетс  кодовое слово A NP2 АМз. а во втором регистре 10 кодовое слово NS - медианное значение р да NS- N4,...,Nm+2. Если же выполн етс  нестрогое неравенство А N3 S A Npi, то на выходе схемы 8 сравнени  имеетс  низкий потенциал , запрещающий прохождение импульса через элемент 11 И и далее через элемент 12 ИЛИ на входы записи регистров 5 и 10. В первом регистре 5 будет записано A NP2 A Npij A N2, а регистре 10 - кодовое слово N2 предыдущего р да N2, N3...Nm-M и т.д. В результате поступлени  всей рачки импульсов с формировател  24 серии импульсов в первом регистре 5 будет записана A Nmin минимальна  из разностей ANi, AN2, ANs,..., АМ(п-ш-и). а во втором регистре 10 - соответствующее этой минимальной разности медианное значение Nn. Далее процесс накоплени  выборок в течение интервала времени At nT повтор етс , а при поступлении импульса с выхода 14-3 блока 6 управлени  (эпюра 35. фиг. 5) на выход записи блока 13 накоплени  ре- зультата, предыдущие кодовые слова Nn и A Nmin записываютс  вбпок 13 накоплени 

результата. Величина р;пности Л МГРЧ. чв- л егс  количественной оценкой достоверности полученного результата и позвол ет оценить относительную погрешность определени  истинного значени  полезного сигнала.

В блоке 9 выделени  медианы медианное значение NI выдел ют следующим образом , Т.к. число m n/4 может быть как

четным так и нечетным, а, следовательно, число членов р да NI, NH-i,...,N(i4m-i) дл  выделени  NI может быть также четным, так и нечетным. При четном числе членов р да медианное значение NI определ етс  как

полусумма двух срединных членов р да, а при нечетном числе р да медианное значение NI - это срединный член р да. Поэтому дл  выделени  медианы в блоке 9 выделени  медианы применены первый сумматор

19 и третий и четвертый коммутаторы 17 и 18. На адресный вход второго коммутатора 18 поступает код, соответствующий числу i

+ lnt(-2) т-е- в качестве первого средин- ного члена выбираетс  кодовое слово

1

). Блок 21 задани  кода задает

код, соответствующий числу единица в случае чётного числа членов, и задает код, соответствующий числу 0 в случае нечетного числа членов р да. Во втором сумматоре 20 осуществл етс  суммирование кодовых слов, поступающих на его входы. В случае четного числа членов выдел емого р да код

на адресном входе третьего коммутатора 17 на единицу больше кода на адресном входе коммутатора 18, т.е. на выходе третьего коммутатора 17 выдел етс  кодовое слово

N(l+1+lnt -к-) Ри нечетном числе членов выдел емого р да коды на адресных входах третьего и четвёртого коммутаторов 17 и 18 одинаковы и на их выходах выдел ютс  одно и тоже кодовое слово N(i+lnt

- -) В первом сумматоре 19 осуществл етс  суммирование кодовых слов с выходов коммутаторов 17 и 18. Дл  четного числа членов медленное значение NJ опреДел ет- с  как

m -1

m - 1

N (|+ mt ) + м (, + , + ,nt ELZH)

NI-55

а дл  нечетного числа членов

Ni 2NO + Int )/2.

т.к. нл пыхсде первого сумматора 19 результат представл ет собой сумму двух кодовых слов, то дл  нахождени  медианного значени  N1 примен етс  деление на два путем монтажного сдвига информационных разр дов второго регистра 10.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  нелинейной обработки электроразведочного сигнала, содержащее первый регистр, подсоединенный, выходом к первому входу схемы сравнени , входной блок, подключенный рлужебным выходом по входу блока управлени , а информационным выходом - к информационному входу блока ранжировани , подсоединенного выходами к информационным входам первого и второго коммутаторов и блока выделени  медианы, подсоединенного выходом к информационным входам второго регистра, соединенного выходом с первым информационным входом блока накоплени  результата, отличающеес  тем, что, с целью повышени  помехоустойчивости в услови х импульсных помех, в него дополнительно введены элемент ИЛИ, элемент И и блок вычитани , подключенный входами к выходам первого и второго коммутаторов, а выходом - к информационному входу первого регистра и второму входу схемы сравнени , соединенной выходом с первым входом элемента И, подключенного выходом к первому входу элемента ИЛИ, соединенного выходом с входами записи первого и второго регистров , а второй информационный вход блока накоплени  результата подключён к выходу первого регистра, причем блок управлени  первым импульсным выходом подсоединен к входу записи блока ранжировани , вторым импульсным выходом - к второму входу элемента И и третьим импульсным выходом - к второму входу элемента ИЛИ и входу записи блока накоплени  результата, при этом первый, второй, третий и четвертый кодовые выходы блока управлени  соединены соответственно с адресными входами первого и второго коммутаторов, блока выделени  медианы и блока ранжировани .
2. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е R- с   тем, что блок выделени  медианы содержит третий и четвертый коммутаторы, пер- вый и второй сумматоры и блок задани 

   5 кода, соединенный выходом с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к адресному входу четвертого коммутатора, а выходом - к адресному входу третьего коммутатора, информационные

   0 входы которого подсоединены к информационным входам четвертого коммутатора, причем первый сумматор подключен входами к выходам третьего и четвертого коммутаторов .

   5 3, Устройство поп. 1,отличающее- с   тем, что блок управлени  содержит элемент ИЛИ-НЕ, формирователь серии импульсов , первый и второй формирователи импульсов, первый и второй счетчики им0 пульсов, блок задани  интервала, третий и четвертый сумматоры, первые входы которых подсоединены к выходам блока задани  интервала, а вторые входы - к выходу первого счетчика импульсов, подключенного

   5 информационным входом к выходу формировател  серии импульсов и входу первого формировател  импульсов, а установочным входом - к установочному входу формировател  серии импульсов и выходу второго фор0 мировател  импульсов, подсоединенного входом к одному из входов элемента ИЛИ- НЕ, к установочному входу второго счетчика импульсов, входу формировател  серии импульсов и выходу счетчика времени, соеди5 не нного входом с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, подключенного выходом к информационному входу второго счетчика импульсов , причем выходы элемента ИЛИ-НЕ первого формировател  и второго формиро0 вателей импульсов подсоединены соответственно к первому, второму и третьему импульсным выходом, выходы первого счетчика импульсов, третьего сумматора, четвертого сумматора и второго счетчика

   5 импульсов - соответственно к первому, второму , третьему и четвертому кодовым выходам блока управлени , а вход счетчика времени и второй вход элемента ИЛИ-НЕ соединен с входом блока управлени .

   I.

   j

   Фи а 2