SU1613987A1 - Приемное устройство дл высокочастотной геоэлектроразведки - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к геофизике и может быть использовано дл  дистанционного исследовани  поверхности земли и подповерхностной структуры пород, а также дл  повышени  безаварийности движени  транспортных средств в труднодоступных услови х и при ограниченной видимости. Целью изобретени   вл етс  расширение динамического диапазона за счет устранени  перегрузки стробоскопического смесител  путем создани  компенсирующего сигнала. Устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, ограничитель, последовательно соединенные генератор быстрого пилообразного напр жени , схему сравнени , формирователь стробимпульсов, стробоскопический смеситель, снабжено аналого-цифровым преобразователем, элементом задержки, демультиплексором, регистром последовательных приближений, блоком оперативной пам ти, сумматором, двум  цифроаналоговыми преобразовател ми, узлом сравнени  кодов, узлом посто нной пам ти, счетчиком и элементом И с инверсией. Компенсирующее напр жение формируетс  в цифровой форме и хранитс  в блоке оперативной пам ти. Изобретение позвол ет восстановить форму принимаемого сигнала, в том числе и тех участков, которые выход т за пределы нормальной работы стробоскопического смесител . 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к геофизике и предназначено дл  дистанционного исследовани  поверхности Земли и подповерхностной структуры пород, а также дл  повышени  безаварийности движени  транспортных средств в труднопроходимых услови х и при ограниченной видимости.

Цель изобретени  - расширение динамического диапазона за счет устранени  перегрузки стробоскопического смесител  путем создани  компенсирующего сигнала.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит сумматор , выход которого подключен ко входу устройства, ограничитель 2, стробоскопический смеситель 3, аналого-цифровой преобразователь 4, элемент 5 задержки, демультиплексор 6, счетчик 7, второй цифроаналоговый преобразователь 3, схему 9 сравнени , формирователь 10 стробимпульсов, генератор П тактовых импульсов, генератор 12 быстрого пилообразного напр жеot

00 ;О 00

ни , узел 13 посто нной пам ти,узел

14сравнени  кодов, регистр 15 последовательных приближений, блок 16 оперативной пам ти, первый цифроанало- говый преобразователь 17, элемент

И с инверсией 18. Выход узла 14 сравнени  кодов соединен со вторым входом демультиплексора 6 и вторым входом элемента И с инверсией 18. Первый выход демультиплексора 6 соединён со входом S регистра 15 послед ователъньпс приближений и одновременно  вл етс  выходом синхронизации всего устройства. Вторые входы регистра 15 последовательных приближений и блока 16 оперативной пам ти соединены со вторым выходом демультиплексора 6. Выход блока Г6 оперативной пам ти  вл етс  вторым выходом устройства. Выход первого цифро- аналогового преобразовател  17 подключен ко второму входу сумматора 1. Выход счетчика 7 подключен к третьему входу блока 16 оперативной пам ти . Выход элемента И с инверсией 18 соединен с третьим входом регистра

15последовательных приближений. Выход формировател  1 О стробимпульсов соединен с.аналого-цифровым преобразователем 4 и стробоскопическим смесителем 3, выход генератора 12 быстрого пилообразного напр жени  соединен со вторым входом схемы 9 сравнени  .

Устройство работает следующим образом .

Рассмотрим сначала:случай, когда принимаемый сигнал не превышае т порогов ограничител  2. На выходе первого цифроаналогового преобразовател  17 напр жение равно нулю,поэтому входной сигнал проходит на вход стробоскопического смесител  3 без изменений и не перегружает его.Этот режим соответствует режиму работы прототипа. Каждым тактовым импульсом с генератора 11 тактовых импульсов запускаетс  генератор 12 быстрого пилообразного напр жени . В схеме 9 сравнени  происходит сравнение быстрого и ступенчатого пилообразного напр жени , которое формируетс  вторым цифроаналоговым преобразователе 8. В момент рав,енства этих напр жений на выходе формировател  10 стро импульсов, формируетс  стробимпульс, управл ющий работой стробоскопическго смесител  3. Стробоскопический

смеситель 3 производит выборку мгновенного значени  входного сигнала, соответствующего моменту стробировани , Аналого-цифровой преобразователь 4 осуществл ет преобразование напр жени  с выхода стробоскопического смесител  3 в цифровую форму. В момент Окончани  процесса аналогоцифрового преобразовани  на первом выходе аналого-цифрового преобразовател  4 по вл етс  импульс Конец преобразовани . После задержки в элементе 5 задержки этот импульс про5 ходит через демультиплексор 6, который в рассматриваемом режиме соедин ет выход элемента 5 задержки со входом счетчика 7. Медленное-ступенчатое-пилообразное напр жение форми0 руетс  вторым цифроанапоговЫм преобразователем 8 путем преобразовани  В аналоговую форму кода счетчика 7. Зондирующий сигнал должен излучатьс  с частотой генератора 11 тактовых

5 импульсов. Таким образом, на каждый излученный импульс происходит считывание одной точки преобразованного сигнала. В следующей точке, котора  считываетс  после излучени  следующеO го зондирующего сигнала, напр жение с выхода второго цифро-аналогового преобразовател  8 увеличиваетс  на одну ступеньку. Это приводит к смещению по времени стробирующего импульса с выхода формировател  10 стробимпульсов на величину шага считывани . Поэтому в результате считываетс  следующа  точка преобразованного сигнала. Таким путем производитс  считывание всех точек сигнала. Управление демультиплексором 6 производитс  потенциалом с выхода узла 14 сравнени  кодов. В узле 13 посто нной пам ти записано два кода: с код максимального положительного числа, которое может сформировать .аналого-цифровой преобразователь 4, и код максимального отрицательного числа.

5

0

Аналого-цифровой преобразователь 4 должен преобразовывать двухпол р- ный сигнал, т,8. ограничитель 2 также должен быть двухпол рным.Максимальное допустимое пороговое значение напр жени , поступающее на стробоскопический смеситель, равно по модулю Ufjop Поэтому максимальное напр х ение, поступающее на аналого- цифровой преобразователь 4, лежит в пределах ±1 В.

В практической де тельности избегают преобразовани  в цифровую форму знакопеременных напр жений,смеща  вход аналого-цифрового преобразовател  посто нным напр жением дл  того, чтобы.напр жение, преобразуемое аналого-цифровым преобразователем , было одного знака. Поэтому благодар  смещению входа аналого-цифрового преобразовател  4 напр жение на его входе лежит в пределах О - 2 В, тогда как напр жение с выхода ограничител  может находитьс  в диапазоне -1 В ... +1 в. Примем, что аналого-цифровой преобразователь содержит 4 разр да, причем левый разр д - знаковый. Тогда при перегрузке по входу устройства в положительную сторону напр жение на выходе ограничител  2 равно +1 В, а код с аналого цифрового преобразовател  4 - МП, При перегрузке в отрицательную сторону код с выхода аналого-цифрового преобразовател  4 равен 0000. Код нулевого напр жени  на входе аналого цифрового преобразовател  может быть выражен дво ко: 1000 или 0111. Выход того .или другого кода на выход узла

13посто нной пам ти производитс , по знаковому разр ду кода аналого- цифрового преобразовател  4. В узле

14сравнени  кодов производитс  сравнение текущих значений кода с выхода аналого-цифрового преобразовател  4 с максимальными, снимаемыми

с выхода узла 13 посто нной пам ти, т.е. с кодом 11 либо 000. В рассматриваемом случае непревьпиени  входным сигналом порога ограничени  код с выхода аналого-цифрового преобразовател  4 никогда не достигает максимальных границ, поэтому на выходе узла 14 сравнени  кодов находитс  потенциал , разрешающий прохождение импульса Конец преобразовани  с первого выхода аналого-цифрового преобразовател  4 на счетчик 7. I

Рассмотрим теперь случай, когда входной сигнал превышает порог ограничени , В результате этого код на выходе аналого-цифрового преобразовател  4 совпадает с одним из максимальных значений, храни1Ф1х в узле 13 посто нной пам ти. Это вызьшает переключение демультиплексора 6, так как на выходе узла 14 сравнени  ко13987

дов потенциал измен етс . Импульс Конец преобразовани  начинает проходить с выхода элемента 5 задержки J на вход С (синхронизации) регистра 15 последовательных приближений и второй вход блока 16 оперативной пам ти . Начинаетс  процесс выработки компенсирующего напр жени , в кото )0 ром принимают участие регистр 15 последовательных приближений, блок 16 оперативной пам ти и первый цифроана- логовый преобразователь 17. Код счетчика 7 при этом не измен етс ,

15 т.е. производитс  выработка компенсирующего напр жени  только дл  этой точки. Процесс выработки компенсирующего напр жени  происходит с тактом , равным частоте генератора 11

2С тактовых импульсов, т.е. на каждый излученный импульс вырабатываетс  одна итераци  компенсирующего напр жени . S-вход установки регистра 15 последовательных приближений в ис25 ходное состо ние включен параллельно со входом счетчика 7, поэтому при каждой смене состо ни  счетчика 7 регистр 15 последоватепьных приближений приводитс  н исходное сос30 то ние. Будем считать регистр 15 последовательных приближений также четырехзначным. Между количеством разр дов аналого-цифрового преобразовател  4 и регистра 15 последовательных приближений никакой св зи

35

нет.

На выходе элемента 5 задержки импульс Конец преобразовани   вл етс  отрицательным, т.е. большую часть времени потенциал на выходе элемента 5 задержки равен единичному значению и лишь во врем  действи  импульса Конец преобразовани  этот потенциал принимает нулевое значение. Блок 16 оперативной пам ти управл -- етс  следующим путем: если на втором его входе (соедин ющем блок 16 оперативной пам ти с демул.ьтиплексором 6) установлена логическа  единица, то блок находитс  в режиме Чтение, и хран ща с  в нем информаци  вьюо- дитс  на первый цифроаналоговый преобразователь 17.

Поскольку в случае непревьшени  входным сигналом уровней ограничени  блок оперативной пам ти находитс  в режиме Чтение, то перед начаом работы во все его  чейки должен ыть записан одинаковый код 0111,ко 16

торый преобразуетс  первым цифроана- логовым преобразователем 17 в нулевое напр жение. Количество  чеек в блоке оперативной пам ти равно количеству точек преобразуемого сигнала (отношению длительности входного сигнала к шагу считывани ), а количество разр дов каждой  чейки равно количеству разр дов регистра 15 последовательных приближений, а также первого цифроаналогового преобразовател  17. Запись в блок 16 оперативной пам ти производитс  по срезу импульса на втором его входе, т.е. в момент, когда управл ющей импульс с выхода демультиплексора 6 переходит из единичного состо ни  в нулевое. Поскольку входной сигнал двухпол рный, то и компенсирующее напр жение должно иметь возможность принимать как положительные, так и отрицательные значени . Поэтому первый цифроаналоговый преобразователь 17 должен преобразовывать цифровые коды с блока 16 оперативной пам ти в двухпол рные напр жени . Дл  кодов с выхода блока оперативной пам ти 0111 ... 0000 первый цифроаналоговый преобразователь 17 формирует положительные напр жени , соответственно, ми нимального и максимального значени  . Дл  кодов с выхода блока 16 оперативной пам ти 1000... ...1111 необходимо вырабатывать, соответственно, минимальное и максимальное отрицательное напр жение .

Рассмотрим процесс формировани  кодов, записываемых в блоке 16 опе- ративной пам ти. Это обеспечиваетс  регистром 15 последовательных приближений под управлением элемента И с инверсией 18, на один вход которого подаетс  знаковый разр д кода аналого-цифрового преобразовател  4, а на другой - потенциал с выхода узла 14 сравнени  кодов. В случае непревы- шени  входным сигналом уровней ограничени  потенциал на выходе узла 14 сравнени  кодов равен нулю, а в случае превышени  - единице.

Поскольку дл  нулевого потенциала с выхода узла 14 сравнени  кодов запись в блок 16 оперативной пам ти не производитс , то выходной потенциал элемента И с инверсией 18 не оказывает вли ни  на значение кода в блоке 16 оперативной пам ти.

987

Допустим, в результате превышени  в положительную сторону на третьем входе регистра 15 последовательных приближений установлена единица.После воздействи  на вход С положительного перепада в коде регистра 15 последовательных приближений происход т следующие изменени : его исходное состо ние 0111 изменитс  на 0011,

т.е. состо ние старшего разр да подтвердитс , а состо ние предстаршего разр да изменитс  на единицу. Ятот изменившийс  код перепишетс  в  чей- 5 ку блока 16 оперативной пам ти по адресу, который формируетс  счетчиком 7. Далее, первый цифроаналоговый преобразователь 17 преобразует нулевое напр жение на своем-выходе в по- 0 ловину максимального отрицательного напр жени . Если суммарное напр жение на входе ограничител  2 все еще превьш1ает порог ограничени , то процесс повтор етс , при этом коррекции 5 подвергаетс  уже третий (по старшинству ) разр д кода регистра 15 последовательных приближений. Так будет продолжатьс  до тех пор, пока суммарное напр жение на входе ограничи- Q тел  2 не окажетс  в зоне -1 - +1 В, или не будут скорректированы все разр ды регистра 15 последовательных приближений. При попадании напр жени  в зону -1 ... +1 В процесс выработки компенсирующего напр жени  прерываетс , демультиплексор 6 переключаетс  и начинаетс  преобразование следующей точки, так как состо ние счетчика 7 увеличиваетс  на единицу. дд . Если происходит превыЩение в отрицательную сторону, то на третий вход регистра 15 последовательных приближений от элемента И с инверсией 18 поступает О. Это приведет к дс исправлению старшего и предстаршего разр дов регистра 15 последовательных приближений, т.е. в нем будет сформирован код 1011, Этот код после записи его в блок оперативной пам ти и преобразовани  в первом цифроанало- говом преобразователе 17 измен ет нулевое напр жение на его выходе на половину максимального положительного напр жени . Если этого недостаточно, то в следующей итерации происходит. 55 установка единицы во втором (слева) разр де и нул  - в третьем.

Таким образом осуществл етс  выработка компенсирующего напр жени .

5

50

Поскольку коды сохран ютс -в блоке 16 оперативной пам ти, то в последующих циклах преобразований врем  на формирование этих кодов не затрачиваетс  до тех пор, пока не произойдет изменение входного напр жени . Если в блоке оперативной пам ти записан код, соответствующий одному знаку компенсирующего на пр жени , а входное напр жение не изменило свой знак то процесс выработки компенсирующего напр жени  не изменитс , надо только иметь в виду удвоение напр жени  на входе ограничител  и возможный выход его из стро .

Коды аналого-цифрового преоРразов тел  4 и блока оперативной пам ти представл ют собой младшую и,соответственно , старшую часть преобразовани  входного сигнала в цифровую форму . Импульс, переключающий счетчик 7  вл етс  синхроимпульсом, с по влением которого можно считывать младшую и старшую части цифрового эквивалента мгновенного значени  входного сигнала.

Claims (1)

1. Таким образом, введение новых элементов позвол ет расширить динамический диапазон входных сигналов Вверх без потерь информации. Формула изобретени 

   Приемное устройство дл  высокочастотной геоэлектроразведки,содержащее генератор тактовых импульсов, ограничитель, последовательно соединенные генератор быстрого пилообразного напр жени , схему сравнени , формирователь строб-импульсов,стробоскопический смеситель, информационный вход которого подключен к выходу ограничител , отличающее- с   тем, что, с целью расширени  динамического диапазона за счет устранени  перегрузки стробоскопического смесител  путем создани  компенсирующего сигнала, оно снабжено аналого- цифровым преобразователем, элементом задержки, демультиплексором, регист

   ром последовательных приближений, блоком оперативной пам ти, первым и вторым цифроаналогЬвым преобразователем , сумматором, узлом посто нной

   пам ти, счетчиком, элементом И с инверсией , узлом сравнени  кодов,выход стробоскопического смесител  подключен к первому входу аналого-цифрового преобразовател , первый выход которого соединен с входом элемента задержки , выход которого соединен с первым входом демультиплексора,первый выход которого соединен с входом счетчика , первым входом регистра последовательных приближений и  вл етс  выходом синхронизации устройства, второй выход демультиплексора соединен с вторым входом регистра последовательных приближений и первым входом блока оперативной пам ти, выход которого  вл етс  первым выходом устройства и подключен к входу первого цифроаналогового преобразовател ,выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого  вл етс  входом устройства, выход сумматора соединен с входом ограничител , второй вход блока оперативной пам ти соединен с выходом регистра последовательных приближений, третий вход которого соединен с выходом элемента И с инверсией, первый вход которого соединен с вторым входом демультиплексора, и выходом узла

   сравнени  кодов, первый вход которого соединен с выходом узла посто нной пам ти, вход которого соединен с вторым входом элемента И с инверсией , входом узла сравнени  кодов, выходом аналого-цифрового преобразовател  и  вл етс  вторым выходом устройства, выход счетчика соединен с третьим входом блока оперативной пам ти и входом второго цифроаналогового преобразовател , выход которого соединен с вторым входом схемы сравнени , второй вход аналого-цифрового преобразовател  соединен с выходом формировател  строб-импульсов,