SU1583859A1 - Интегратор с весовым усреднением сигналов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к информационно-измерительной технике, предназначено дл  интегрировани  случайных импульсных бипол рных сигналов с весовым усреднением и может быть использовано в геофизической аппаратуре метода переходных процессов. Цель изобретени  - повышение точности измерений путем исключени  шумов усилител  посто нного тока и упрощение конструкции. Цель достигаетс  путем интегрировани  в стробах информационных импульсов и весового усреднени  результата интегрировани . Интегратор содержит шестиканальный коммутатор аналоговых сигналов, входы управлени  которого подключены к выходам распределител  импульсов, усилитель посто нного тока, резистор, интегрирующий и накопительный конденсаторы. Два вывода интегрирующего конденсатора и один вывод накопительного конденсатора через ключи коммутатора соединены с инвертирующим входом и выходом усилител  посто нного тока, другой вывод накопительного конденсатора посто нно подключен к выходу усилител  посто нного тока, а резистор включен между аналоговым входом интегратора и входом одного из ключей коммутатора. 3 ил.

Description

1

(21) 4331440/31-25

,(22) 23.11.87

,(46) 07.08.90. Бюл. № 29

i(71) Физико-механический институт

м. Г.В.Карпенко

,(72) О.П.Бухало и П.П.Драбич

(53)550.837,621.327.7 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР If 883760, кл. G 01 R 19/04, 1980.

Авторское свидетельство СССР f| 1343378, кл. G 01 V 3/10, 1985.

(54)ИНТЕГРАТОР С ВЕСОВЫМ УСРЕДНЕНИЕМ СИГНАЛОВ

(57)Изобретение относитс  к информа- иионно-измерительной технике, предназначено дл  интегрировани  случайных импульсных бипол рных сигналов

с1 весовым усреднением и может быть использовано в геофизической аппаратуре метода переходных процессов.Цель изобретени  - повышение точности из- мгрений путем исключени  шумов усилител  посто нного тока и упрощение конструкции. Цель достигаетс  путем интегрировани  в стробах информационных импульсов и весового усреднени  результата интегрировани . Интегратор содержит шестиканальный коммутатор аналоговых сигналов, входы управлени  которого подключены к выходам распределител  импульсов, усилитель посто нного тока, резистор, интегрирующий и накопительный конденсаторы. Два вывода интегрирующего конденсатора и один вывод накопительного конденсатора через ключи коммутатора соединены с инвертирующим входом и выходом усилител  посто нного тока, другой вывод накопительного конденсатора посто нно подключен к выходу усилител  посто нного тока, а резистор включен между а 1алоговым входом интегратора и входом одного из ключей коммутатора. 3 ил.

о

(Я

Изобретение относитс  к информа- щ| онно-измерительной технике, пред- нАзначено дл  интегрировани  случай- HKIX импульсных бипол рных сигналов с|весовым усреднением и может быть использовано в геофизической аппаратуре метода переходных процессов.

Цель изобретени  - повышение точ- но сти измерений путем исключени  шумов усилител  посто нного тока и

уп1;

рощени  конструкции интегратора.

На фиг.1 приведена структурна  сх|ема интегратора; на фиг.2 - структурна  схема используемого в интеграторе распределител  импульсов; на фиг, 3 - диаграммы сигналов, по сн ющие работу интегратора.

Интегратор содержит распределитель 1 импульсов, резистор 2, коммутатор 3 аналоговых сигналов, усилитель 4 посто нного тока, интегрирующий конденсатор 5, накопительный конденсатор 6, входную клемму 7 синхронизации , входную клемму 8 аналоговых сигналов и выходную клемму 9S причем шесть выходов 10-15 распределител  1 импульсов соединены с шестью входами управлени  коммутатора 3 анаел оо со оо ел со

лотовых сигналов, вход распределител  1 импульсов подключен к входной клемме 7, первый и второй аналоговые входы коммутатора 3, а также один вывод накопительного конденсатора 6 подключены к выходу усилител  4 посто нного тока, соединенному также с выходной клеммой 9, третий, четвертый и п тый аналоговые входы коммутатора 3 соединены с инвертирующим входом усилител  4 посто нного тока и шестым выходом коммутатора 3, резистор 2 включен между входной клеммой 8 и шестым аналоговых входом ком- мутатора 3, один выход интегрирующего конденсатора 5 соединен с первым и третьим выходами коммутатора 3, второй вывод конденсатора 5 подключен к второму и четвертому выходу комму- татора 3, второй вывод накопительного конденсатора 6 соединен с п тым .выходом коммутатора 3, а неинвертирующий вход усилител  4 подключен к общей шине интегратора.

Распределитель 1 импульсов содержит выпр митель 16, диод 17, резистор 18, первый 19 и второй 20 одно- вибраторы, первый триггер 21, первый 22 и второй 23 элементы совпадений, инвертор 24, дифференцирующий элемент 25, второй триггер 26, третий 27 и четвертый 28 элементы совпадений , причем вход выпр мител  16 и один вывод диода 17 соединены с вход- ной клеммой 7 устройства,выход выпр мител  16 соединен с входом первого одновибратора 19 и счетным входом триггера 21, второй вывод диода 17 подключен к первому выводу резистора 18 и установочному входу первого триггера 21, второй вывод резистора 18 подключен к общей шине устройства выход первого одновибратора 19 соединен с входом второго одновибратора 20, инверсный выход которого  вл етс  шестым выходом 15 распределител  1, а пр мой выход подключен к первым входам первого 22 и второго 23 элементов совпадений, вторые входы кото рых соединены соответственно с пр мы и инверсным выходами триггера 21, выход первого элемента 22 совпадений непосредственно и через инвертор 24 подключен соответственно к четверто

му 13 и п тому 14 выходам распредели- тел  1, а также к первому входу третьего элемента 27 совпадений непосредственно и через дифференцирую10

15 20 25

3859

щий элемент 25 к установочному входу второго триггера 26, выход второго элемента 23 совпадений соединен со счетным входом второго триггера 26, первым входом четвертого элемента 28 совпадений и третьим выходом 12 распределител  1, вторые входы элементов 27 и 28 совпадений подключены к инверсному выходу второго триггера 26, а их выходы - соответственно к первому 10 и второму 31 выходам распределител  1 импульсов.

Работу интегратора (фиг.З) по сн ют диаграмма 29 подлежащего измерению сигнала, поступаюдего на входную клемму 7, диаграмма 30 синхрони

5 л

5

зирующего сигнала, из которого формируютс  сигналы управлени  в распределителе 1 импульсов, диаграмма 31 сигнала на выходе одновибратора 19, диаграммы 32 и 33 сигналов на пр мом и инверсном выходах одновибратора 20, диаграммы 34-36 сигналов на выходах соответственно элементов 22 и 23 и инвертора 24, диаграмма 37 сигнала на выходе триггера 26 и диаграммы 38 и 39 сигналов на выходах элементов 27 ,и 28.

Интегратор работает следующим образом.

На входную клемму 8 поступает бипол рна  последовательность импульсов , подлежащих измерению (диаграм- ма 29), а на входную клемму 7 - синхронизирующие импульсы (диаграмма 30), причем пол рность подлежащих измерению и синхронизирующих импульсов одинакова. Распределитель 1 формирует на своих выходах 10-15 последовательности импульсов, показанные соответственно на диаграммах 38, 39, 35, 34, 36 и 33. Из этих диаграмм следует, что в исходном состо нии открыты первый, второй и п тый каналы коммутатора 3, так как на его соответствующих входах управлени  присутствует потенциал логического О.

По приходу положительных информационного и синхронизирующего импульсов закрываетс  второй и п тый, а открываютс  четвертый и шестой каналы коммутатора 3. В итоге конденсатор 6 отключаетс  на врем  из цепи отрицательной обратной св зи усилител  4, а вместо него включаетс  конденсатор 5. Последний на прот жении времени (н зар жаетс 

через резистор 2 и открытые первый и четвертый каналы коммутатора 3 от входного напр жени  A(t) током

A(t) 1R

где R - сопротивление резистора 2.

По окончании импульса Ј„ конденсатор 5 отключаетс  от усилител  4, вместо него включаетс  конденсатор 6, На отключенном конденсаторе 5 сохран етс  зар д

где

- - j A(t)d(t),

t

- номер интегрируемого импульса до прихода отрицательного информационного импульса.

По приходу отрицательных инФорма- ционного и синхронизирующего импульсов конденсатор 6 остаетс  подключенным в цепь отрицательной обратной св зи усилител  4, куда также на

врем 

подсоедин етс  через второй и третий открытые каналы коммутатора 3 конденсатор 5. На подключенных конденсаторах устанавливаетс  напр жение

UJ

JU

С,+Сг

Clконденсаторов

где Cj и

Далее пульса с  током

стви  импульса VH двум конденсаторам сообщаетс  зар д 2q .

на

2и

емкости 5 и 6.

прот жении действи  им- конденсаторы доэар жаютВ момент окончани  дей-

окончанию импульса см конденПо

сатор 5 отключаетс  от усилител  4 и закорачиваетс  открытыми первым и вторым каналами коммутатора 3. Таким образом, с поступившего  ар да 2q . вычитаетс  зар д q C,U(j), (где U(j) - напр жение на выходе усилител 4), т.е. конденсатору 6 за один период следовани  информационных импульсов сообщаетс  зар д

q ; 2q ; - q -§- .f A(t)dt ,

- C,U(j),

где U(j) - выходное напр жение.

Следовательно, напр жение на конденсаторе 6 изменитс  на величину

,uj

A(t)dt

- (j).

Li

(1)

Далее описал: ый процесс будет многократно повтор тьс .

Решение разностного уравнени  (I) при начальном условии U(0) Uo имеет вид

I. «и

U(J --5cf- J A(t)dt-.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

-О --§MJ

V- ,

с,

+ u,(i - -f)

г°г

В установившемс  режиме при полнении услови  устойчивости

1

вы1 Јl

Сг торе 6

U( )

напр жение на конденсаравно 2

кс7

-J A(t)dt,

t

т.е. линейно зависит от измер емой величины.

Принцип действи  распределител  I заключаетс  в следующем.

При поступлении на входную клемму 1 устройства разнопол рных синхроимпульсов (диаграмма 30t фиг.З) на выходе выпр мител  16 формируетс  однотшл рна  последовательность импульсов, поступающа  на вход одно- вибратора 19 и счетный вход триггера 21. В результате на выходе одно- вибратора 19 образуетс  импульсна  последовательность, представленна  на диаграмме 31 (фиг.З). Задним фронтом импульсов с выхода одновибратора 19 запускаетс  одновибратор 20 и на его пр мом и инверсном выходах формируютс  импульсные последовательности , представленные на диаграммах 32 и 33 (фиг.З) соответственно.

На пр мом и инверсном выходах триггера 21 вырабатываютс  коммутирующие импульсы, поступающие на первые входы элементов 22 и 23, на вторые входы которых подаетс  сигнал с пр мого выхода одновибратора 20,

В результате на выходе элемента

22по вл етс  импульсна  последовательность , представленна  на диаграмме 34 (фиг.З), а на выходе элемента

23- последовательность импульсов, показанна  на диаграмме 35 (фиг.З),

С помощью дифференцирующего элемента 25 выдел етс  отрицательный фронт

импульсов на выходе элемента 22„Сигнал с выхода элемента 25 подаетс  ка вход установки в О триггера 265на счетный вход которого подаютс  импульсы с выхода элемента 23, В итоге на инверсном выходе триггера 26 фор мируетс  сигнал, изображенный на диаграмме 37 (фиг,3)9 который поступает на первые входы элементов 27 и 28 совпадений. На вторые входы элементов 27 и 28 подаютс  импульсы напр жени  с выходов элементов 22-и 23 совпадений. Выходные сигналы элементов 27 и 28 иллюстрируютс  диаграммами 38 и 39 (фиг.З), Таким образом, на выходах 10-15 распределител  1 формируютс  импульсы управлени  работой коммутатора 3,

Интервал усреднени  входных значений сигнала задаетс  соотношением дозирующего и накопительного конденС1 1 саторов, в частности при -J- 1

Ч переходной процесс заканчиваетс  за

один цикл работы устройства; при

Р

. 0,5 за 10 циклов с точностью

1с

0,1%; при 0,9, за четыре

Ч цикла с погрешностью 0,01%} при

р

-- - 0,1 за 60 циклов с погрешгCi

костью 0,07%; при -- 0,05 за

С1

100 циклов с точностью 0,4% и т,де

Предлагаемый интегратор, как и ивестный интегрирует на заданном интервале времени последовательность разнопол рных импульсов и усредн ет результат интегрировани  по весовой функции Однако в нем исключено влиние шумов одного усилител  посто ннго тока9 за счет чего повышаетс  тоность , измерений, и он более прост по конструкции.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Интегратор с. весовым усреднением

   , сигналов, содержащий распределитель импульсов, коммутатор аналоговых сигналов , состо щий из шести аналоговых ключей, входы и выходы которых служат входами и выходами коммутатора аналоQ говых сигналов, интегрирующий и накопительный конденсаторы, резистор и усилитель посто нного тока, причем вход распределител  импульсов служит синхронизирующим входом интегра5 тора, к выходам распределител  импульсов подключены шесть входов управлени  коммутатора аналоговых сигналов, выход усилител  посто нного тока, служащий выходом интегратора, подключен

   0 к первому и второму аналоговому входу коммутатора аналоговых сигналов, к инвертирующему входу усилител  посто нного тока подключены третий и четвертый аналоговые входы коммутатора

   5 аналоговых сигналов, а неинвертирующий вход подключен к общей шине интегратора , один вывод интегрирующего конденсатора соединен с первым и третьим выходом коммутатора аналоговых сигна30 ЛОБ, к второму и четвертому выходам которого подключен второй вывод интегрирующего конденсатора, а аналоговым входом интегратора служит первый вывод резистора, отличающий35 с   тем, что, с целью повышени  точности измерений путем исключени  шумов усилител  посто нного тока и упрощени  конструкции, второй вывод резистора соединен с шестым анало40 говым входом коммутатора аналоговых сигналов, п тый вход и шестой выход которого соединены с инвертирующим входом усилител  посто нного тока, а между п тым выходом коммутатора 45 аналоговых сигналов И выходом усилител  посто нного тока включен накопительный конденсатор«,

   Фиъ.2

   Фиг.З

   t