SU1012271A1 - Устройство дл определени вариации сигналов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к вычислительной и измерительной технике и может быть, использовано при обработке сигнатЕов сложной формы. Известе.н анализатор временных ин тервалов, предназначенный дл  импульсного зондировани  сигнала, т.е определени  интервалов времени, в течение которых сигнал находитс  в некоторых забран ее установленных пре делах по числу используемых устройств сравнени  1 Однако указанный анализатор временных интервалов не позвол ет оценить вариацию измер емого сигнала. Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  устройство дл  цифрового измерени  пространстве:нного или временного положени  и. крутизны фронтов электрическйх сигналов, содержащее блок управлени , счетчик времени измерени  сигналоЕ-, компараторы, счетчик числа пересеченных уровней, входы которого соединены с выходами соответствующих компараторов, элемент и. Оно предназначено дл  цифре вОго измерени  среднего времени от .начала сигнала до достижени  нескол ких уровней напр жени  и дл  измерени  крутизны ФРОНТОВ импульсов с помощью приближенного цифрового дифференцировани  на уровне сигнала , соответствующем среднему значению уровн  напр жени . Устройство имеет несколько, преимущественно четыре, компараторов, на входы которых поданы измер емый сигнал и пороговое напр жение, соответствующее уровню сигнала, но ра ное дл  каждого компаратора. В устройстве имеетс  также соответствующ количество счетчиков пересеченных уровней. Их сбросовые входы соедине ны с выходами соответствующих компа раторов, а выходы - каждый с элемен том И, которые пропускают импульсь тактирующего устройства через элемент ИЛИ к счетчику дл  измерени временного, положени  импульса. Выхо ды четырех компараторов соединены с двум  устройствами управлени  так, что их пр мые входы соединены с вых дами первого и третьего компараторо а их обратные входы - с выходами вт рого и четвертого компараторов. Выходы спусковых схем соединены каждый с соответствующим элементов И. Эти элементы: пропускают импульсы вт рого тактирующего устройства через .еще один элемент-И к счетчику крути ны 1:2. Недостаток описанного устройств узкие функциональные возможности. Данное устройство предназначено дл  определени  только усредненных временных интервалов достижени  нескол ких пороговых уровней напр женЯЛ и вычислени  дифференциала сигнала на заданном уровне и не позвол ет оценить такие показатели сигнала, как полна  и локальна  вариаци . Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства за счет измерени  долной и локальной вариации в заданной области определени  сигналов. Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  определени  вариации- сигналов, содержащее элемент И, блок управлени , вход ко.торого  вл етс  входом устройства, апервый выход соединен с входом счетчика времени измерени  сигналов, компараторы , выходы которых подключены соответственно к входам счетчика числа перечисленных уровней, введены дискриминатор, блок выделени  модул , счетчики вариаций соответственно положительной и отрицательной частей, преобразователь код - напр жени  и счетчик локальной вариации сигналов, выход которого  вл етс  первым выходом устройства. Информационный вход соединен с выходом элемента И, а вход сброса объединен с входами сброса счетчика числа пересеченных уровней и счетчиков вариации соответственно положительной и отрицательной частей и подключен к второму выходу блока управлени , третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к входам дискриминатора и блока выделени  модул , выходы которых подключены соответственно к установочным и к информационным входам компараторов, эталонные входы которых объединены с первым входом элемента И и подключены к выходу преобразовател  код. - напр жение , входы которого объединены соответственно с вторым и третьим входами элемента И и подключены со- . ответственно к первым выходам счетчика вариации положительной части и счетчика вариации отрица ельной части, счетные входы которых объединены к подключены к выходу счетчика числа пересеченных уровней, управл ющие входы объединены и подключены к соответствующему выходу блока управлени , а вторые выходы  вл ютс  соответственно вторым и третьим выходами устройства, управл ющие входы компараторов соединены с соответствующими выходами блока управлени . На фиг. 1 приведена функциональна  схема предлагаемого устройства на Фиг. 2 - то же, блока управлени ; на фиг.З и 4 - графики,по сн ющие ра-, боту устройства.. Схема на фиг. 1 содержит блок 1 управлени , один из входов которого

 вл етс  входом устройства,.а выходы соединены со счетчиком 2 времени измерений сигналов-, дискриминатор 3, блок 4 вьвделени  модул ,-выГоды дискриминатора 3 и блока 4подключены соответственно к установочным и информационным входам компараторов 5, 6 и 7, выходы которых соединены со счетными входами счетчика 8 пересеченных уровней, выход .счетчика 8 подключен к счетным входам счетчиков 9 и 10 вариации положительной части и вариации отрицательной .части, выходы которых соединены с двухканальвым преобразователем 11 код - напр жение и через элемент И 12 со счетным входом счетчика 13 локальной вадиации. Выход преобразовател  11 вход - напр жение подключен к одному из входов элемента И 12 и к эталонным входам компараторов 5, б и 7, сбросовые входа счетчиков 8, 9, 10 и 13 соединены с соответствующим выходом блока 1 управлени . Блок 1 управлени  на фиг. 2 содержит группу 14 кнопок управ.лени , . один из выходов которой через генератор 15 импульсов стабилизированной частоты и делитель 16 частоты соединен с-коммутатором 17 задани  временного интервала . Этот же выход генератора 15 подключен к блоку 3 и .генератору 18 импульсов опроса, выход которого через элементы И 19, 20 и 21 соеинен е компараторами 5, б и -7| (фиг. 1) и через элемент И 22 со счетчиком 2, второй выход группы 14 подк;вочен через элемент И 23 и схеу 24 выделени  знака сигнала к управл к дему триггеру 25, выход которого соединен со счетчиками 8, 9, . 10 и 13 (фиг. i) и с элементом И 26, ругой вход элемента И 26  вл етс  входом блока управлени , а выход элемента- И 26 соединен с блоком 4 и выходами элементов-И 19, 20 и 21.

Традиционные методы анализа сигналов сложной формы, такие как: урье-анайиз интегрирование по метоу пр моугольников, усреднение и т.п., имеют значительные погрешности и тем большие, чем дальше форма сигнала отстоит от гладких, дифференцируемых функций. Наличие в реальных сигналах резких выбросов и пиков , отсутствие периодичности заастую снижают эффективность математической обработки экспериментальных кривых.

В то же врем  повышение точности существующих устройств обработки приодит к усложнению схемных реализаий . В предлагаемом устройстве исользован следующий подход. Измер т вариацию сигналов, т.е. количество пересечений функцией заданного набора амплитудных уровней. Как,

правило, достаточно нескольких тыс ч уровней, чтобы родственные по источнику сигналы легко идентифицировались . Ниже будут приведены примеры реализации .различных по вариаци м сигналов.

В основу работы устройства положен ;5етод сравнительных оценок. В качестве образцовых уровней прин ты синтезированные аналоговые сигналы.

0 Схема работает по принципу слежени  за входным сигналом и позвол ет измер ть полную и локальную вариации сигналов в заданной области определени .

Устройство работает следующим

5 образом.

Перед подачей входного сигнала все счетчики устанавливаютс  в состо ние Сброс сигналом блока 1 управлени , устанавливаетс  максималь0 ное значение временного интервала измер емого сигнала счетчиком 2, вводитс  исходное значение в дискриминатор 3 (задатчик области определени  сигна ла) и в компараторы 5,

5 6 и 7 ввод тс  требуемые .эталонные уровни, формируемые преобразователем 11 код - напр жение. Например, дл  сигнала, изображенного на фиг.3 счетчик 2 содержит значение времен0 ного интерв&ла {O-tSO) с, дискриминатором 3 выделена область амплитуд напр жений (-10, 10)В, а преобразователем 11 определены уровни 1, 2, 3 сигнала.

5

Получение характеристик сигнала Щ {t) происходит следующим образом .

При поступлении на вход измер емого сигнала блок 1 управлени 

0 в зависимости от знака сигнала формирует , поступающий на входы начальной, установки счетчиков 8, 9, 10 и 13. Блок 4 выдел ет абсолютную величину входного сигнала, который поступает на ин5 формационные входы компараторов 5, 6 и 7, после чего блок 1 управлени  формирует импульс опроса компараторов . Три компаратора отмечают превосходство измер емого сигнала

0 над уровн ми 1, 2, 3 в положительной полуплоскости и формируют три импульса, соответствующих этим операци м Импульсы пос- . тупают в счетчик 8 количества пере5 сеченных уровней. Емкость счетчика выбираетс  равной .трем, так как прин то троичное ступенчатое слежение за сигналом. Импульсы с выхода счетчика 8 поступают на

0 вход счетчика 9 вариации положительной части сигнала, который фиксирует номер 2 и, воздейству  на преобразователь 11, поднимает все три эталонные уровн  сигналов

5 компараторов на две ступени. Одновременно с этим блок 1 управлени  формирует импульс, поступающий на вход обратного счета (реверсивного )) счетчика 2, уменьша  число, записанное в нем, на единицу, что означает окончание первого такта работы. Второй импульс опроса ком- параторов фикс;ирует превышение текущим значением сигнала второго уровн , счетчик 8 пересечеиных уровней фиксирует цифру 2, а счетчик 9 вариации положительной части 9 увеличивает счет на единицу и формирует сигнал, поступающий к преобразователю 11 код - напр жение , поднимающему эталонные уровни компараторов на одну ступень и т.д. Работа устройства продолжаетс  как показано на фиг. 3 в соответствии со ступенчато-аппроксимированным сигналом. Все счетчики устройства снабжены регистраторами, фиксирующими измер емые значени . Полна  вариаци  сигнала определ етс  как сумма вариаций положительной и отрицательной частей входного сигнала.

Дл  измерени  локальной вариации сигнала осуществл етс  предварительна  уставка дл  счетчика локальной вариации. Поступление импульсов на счетный вход счетчика локальной вариации происходит при совпадении сигналов от счетчика 9(10) положи ельной (отрицательной) вариации и преобразовател  11 код - напр жение .

Блок 1 управлени  (фиг. 2) рабо .тает следующим образом.

Переключателем группа 14 кнопок управлени  устанавливаетс  на требуемый временной интервал измерений сигнала. По команде Сеть запускаетс  генератор 15 импульсов ста.билизированной частоты с кварцевым резонатором, сигнал с выхода которого поступает на делитель 16 частоты и далее на коммутатор 17 задани  временного интервала, который формирует илшульс останова счетчика 2 после отсчета количества импульсов, соответствующего заданному временному интервалу. Одновременно с генератором 15 згапускаетс  генератор 18 импульсов опроса компараторов , генер1ирующий .импульсы, поступающие, на входы элементов И 19 20 и 21, и формируетс  управл нхций сигнал к дискриминатору 3. По команде Пуск элемент И 23 разрешает

прохождение входного сигнала, потенциал с выхода которой поступает на вход управл ющего триггера 25, фор- мирующего сигнал начальной установки счетчиков 8, 9, 10 и 13. Одновременно с выхода управл ющего триггера 25 поступает на элемент И 26 сигнал разрешающий прохождение входного сигнала к блоку 4. С выхода элемента И 26 управл ющий сигнал посO тупает к элементам И 19, 20 и 21, разреша  прохождение импульсов опроса к компараторам 5, б и 7, сигналы опроса компараторов поступают к элементу И 22, формирующему импульс, подаваемый на вход обратного счета счетчика 2 после каждого опроса, уменьша  счет счетчика 2 на единицу после каждого такта работы .

0 Итак, полные вариации положительйой и отрицательной частей сигнала Щ (t) на всём интервале t(0,50)c составл ют 41 и 18 соответственно. Измерение вариаций сигналов U(t)

15 nU(t) производитс  аналогично. АнаЛИЗ процессов в смысле идентификации в одновременном измерении параметров и сравнении их с показател ми образцового Сигнала. Анализиру  сигналы, показанные на фиг. 3 и 4, можно убедитьс  в наибольшей близости к образцовому сигнала 115(1)3;

аким образом, использование . дискриминатора 3 блока 4 выделени 

5 модул , преобразовател  11 код - напр жение , счетчиков 9, 10 и 13 локальной вариации и вариаций положительной и отрицательной частей сигналов, работа которых согласуетс  во времени блоком управлени -, позвол ет получить оценку полной и локальной вариации сигйала, что существенно расшир ет функциональные возл(южности устройства.

5 Сроме того,, в предлагаемом устг ройстве отсутствует необходимость запоминани  больших массивов данных , а используемые в Схеме счетчики  вл ютс  основными узлами пам .j ти и арифметическими устройствами . Устройство сравнительно просто в технической реализации, так как отсутствуют сложные множительные и делительные устройства, причем возможно измерение других характеристик сигналов, таких как

главные экстЕюмумы и ештлитудное значение сигнала.

А

SiffX.S

Claims (1)

1. (57 ). УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВАРИАЦИИ СИГНАЛОВ, содержащее элемент И> блок управления, вход которого является входом устройства, а первый выход соединен с входом счетчика времени измерения сигналов, компараторы, выходы которых подключены соответственно>к входам счетчика числа пересеченных уровней, отличают ее с я тем, что, с целью расширения функциональных.возможностей за счет измерения полной И локальной вариаций сигналов в заданной области определения, оно содержит дискриминатор, блок выделения модуля, счетчики вариаций соответственно положительной и отрицательной частей, преобразователь код напряжение й счетчик локальной вариации сигналов, выход которого является первым выходом устройства, информационный вход соединен с выходом элемента И, а вход сброса объе динен с входами сброса счетчика числа пересеченных уровней и счетчиков ! вариаций соответственно положительной и отрицательной частей и подключен к второму выходу блока управления, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к входам дискриминатораи блока вы- < деления модуля, выхода которых под,ключены Соответственно к установоч- .

   ним и к информационны^ входам ком^!параторов, эталонные входы которых объединены с первым входом элемента И и подключены к выходу преобразователя код - напряжение, входы которого объединены соответственно· с вторым и третьим входами элемента И и подключены соответственно к первым выходам счетчика вариации положительной части и счетчика вариаций отрицательной части, счетные входа которых объединены и подключены к выходу счетчика числа пересеченных ’уровней, а управляющие входы объединены и подключены к соответствующему выходу, блока'управления, а вторые Выхода являются соответственно вторым и третьим выходами устройства, управляющие входа компараторов соединены с соответствующими выходами блока управления.