Устройство для определения вариации сигналов

Устройство для определения вариации сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(19) (10

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУЬЛИН

y(SD G 06 F 15 36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3362793/18-24 (22) 10.12.81 .(46) 15.04.83. Бюл.,9 14 (72) С.К. Островский, В.A. Фильштинский и О.И. Проскурина (53 ) 681.3 (088.8) (56 ) 1. Заявка ФРГ Р 2453068, . кл. G 06 F 15/36; 1977.

2. Заявка ФРГ Р 2353425, кл. G 06 F 15/36, 1977 (прототип). (54) (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, эыходы которых подключены соответственно ° к входам счетчика числа пересеченных уровней, о тл и ч а ю щ е е .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 соответ-. ственно положительной и отрицательной частей, преобразователь коднапряжение и счетчик локальной вариации сигналов, выход которого является первым вйходом устройства, информационный вход соединен с выходом элемента И, а вход сброса объе" динен с входами сброса счетчика Числа пересеченных уровней и счетчиков вариаций соответственно положитель-. ной и отрицательной частей и подключен к второму выходу блока управления, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к входам дискриминатора и блока вы- деления модуля, выходы которых под,ключены соответственно к установоч;ным и к информационным входам ком параторов, эталонные входы которых объединенй с пеРвым входом элемента

И н подключены к выходу преобразователя код — напряжение, входы которого объединены соответбтвенно. с вторым и третьим входами элемента И - Я и подключены соответственно к первым выходам счетчика вариации положительной части и счетчика вариации отрицательной части, счетные входы С которых объединены и подключены к ,выходу счетчика числа пересеченных уровней,а управляющие входыобъединеныи подключены к соответствукнйему выходу, блока уйравления, а вторые выходы являются соответственно вторым и .третьим выходами устройства, управляющие входы компараторов соединены с соответствующими выходами блока управления. 1Я

) 1012271

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано при обработке сигналов сложной формы.

Известен анализатор временных интервалов, предназначенный для HM- 5 пульсного зондирования сигнала, т.е. определения интервалов времени, в течение котсрых сигнал находится в некоторых заранее установленных пре- . делах по числу используемых уст- 10 ройств сравнения $1). .Однако ук азанный анализатор временных интервалов не позволяет оценить вариацию измеряемого сигнала.

Наиболее близким техническим решением к изсбретению является устройство для цифрового измерения пространственного или временного положения и. крутизны фронтов элект-. рических сигналов, содержащее блок управления, счетчик времени измерения сигналов, компараторы, счетчик числа пересеченных уровней, входы которого соединены с выходами соответствующих компараторов, элемент И. Оно предназначено для цифрового измерения среднего времени от начала сигнала до достижения нескольких уровней напряжения и для измерения крутизны фронтов импульсов с помощью приближенного цифрового З0 дифференцирования на уровне сигнала, соответствующем среднему значению уровня напряжения.

Устройство имеет несколько, пре- З5 имущественно четыре, компараторов, на входы которых поданы измеряемый сигнал и пороговое напряжение, . соответствующее уровню сигнала, но раз- ное для кажпого компаратора. В Уст- 40 ройстве имеется также соответствующее количество счетчиков пересеченных уровней. Их сбросовые входы соединены с выходами соответствующих компараторов, а выходы — каждый с элементом И, которые пропускают импульсы 45 тактирующегс устройства через элемент ИЛИ к счетчику для измерения временного, положения импульса. Выходы четырех компараторов соединены с двумя устройствами управления так, 50 что их прямые входы соединены с выходами первого и третьего компараторов, а их обратные входы — с выходами второго и четвертого компараторов. Выходы спусковых схем соединены каж- 55 дый с соответствующим элементов И.

Эти элементы пропускают импульсы ВТо рого тактирующего устройства через еще один элемент И к счетчику крутизны 21.

Недостаток описанного устройства— узкие функциональные возможности.

Данное устройство предназначено для определения только усредненных временных интервалов достижения несколь-65

i ких пороговых уровней напряженйй и вычисления дифференциала сигнала на заданном уровне и не позволяет оце-. нить такие показатели сигнала, как полная и локальная вариация.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет измерения полной и локальной вариации в заданной области определения сигналов.

Указанная цель достигается тем,. что в 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 перечисленных уровней, введены дискриминатор, блок выделения моду-ля, счетчики вариаций соответственно положительной и отрицательной частей, преобразователь код — напряжения и счетчик локальной вариации сигналов, выход которого является 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 управления, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к входам дискриминатора и блока выделения модуля, выходы которых подключены соответственно к установочным и к информационным входам компараторов, эталонные входы котрых 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 вариации отрица тельной части, счетные входы которых объединены к подключены к выходу счетчика числа пересеченных уровней, управляющие входы объединены и подключены к соответствующему выходу блока управления, а вторые выходы являются соответственно вторым и третьим выходами устройства, управляющие входы компараторов соединены с соответствующими выходами блока управления.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, на Фиг. 2 — то же, блока управления, на фиг. 3 и 4 — графики, поясняющие ра-. боту устройства.

Схема на фиг. 1 содержит блок 1 управления, один из входов которого

1012271 является входом устройства,.а выходы соединены со счетчиком 2 времени измерений сигналов, дискриминатор 3, блок 4 выделения модуля, выйоды 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, вы ход .счетчика 8 подключен к счетным входам счетчиков 9 и 10 вариации положительной части и вариации отрицательной .части, выходы которых соединены с двухканальным преобразовате лем 11. код — напряжение и через .элемент И 12 со счетным входом счетчика 13 локальной вариации. Выход преобразователя 11 вход — напряжение подключен к одному из входов элемента И 12 и к эталонным входам компараторов 5, 6 и 7, сбросовые входы счетчиков 8, 9, 10 и 13 соединены с соответствующим выходом блока 1 управления. Блок 1 управления на фиг. 2 содержит группу 14 кнопок управления, один из выходов которой через генератор 15 имнульсов стабилизированной частоты и делитель 16 частоты соединен с коммутатором 17 задания 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 соединен .с компараторами 5, 6 и 7. (фиг. 1) и через элемент И 22 со счетчиком 2, второй выход группы 14 подключен через элемент И 23 и схе.му 24 выделения знака сигнала к управляющему триггеру 25, выход которого соединен со счетчиками 8, 9, 10 и 13 (фиг. 1) и с элементом И 26, другой вход элемента И 26 является входом блока управления, 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:

Фурье-анализ интегрирование rio методу прямоугольников, 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 зачастую снижают эффективность математической обработки экспериментальных кривых.

В то же время повышение точности существующих устройств обработки приводит к усложйению схемных реализаций. В предлагаемом устройстве ис.пользован следующий подход. Измеряют вариацию сигналов, т.е. количество пересечений функцией заданного набора амплитудных уровней. Как, 6

45 правило, достаточно нескольких тысяч уровней, чтобы родственные по источнику сигналы легко идентифицировались. Ниже будут приведены примеры реализации, различных по вариациям сигналов.

В основу работы устройства положен . метод сравнительных оценок. В качестве образцовых уровней приняты синтезированные аналоговые сигналы.

10 Схема работает по принципу слежения за входным сигналом и позволяет измерять полную и локальную вариации сигналов в заданной облас- ти определения.

15 Устройство работает следующим образом.

Перед подачей входного сигнала все счетчики устанавливаются в состояние "Сброс" сигналом блока 1 управления, устанавливается максимальное значение временного интервала измеряемого сигнала счетчиком 2, вводится исходное значение в дискриминатор 3 (задатчик области определения сигнала) и в компараторы 5, 6 и 7 вводятся требуемые эталонные уровни, формируемые преобразователем 11 код — напряжение. Например, для сигнала, изображенного на фиг.3 счетчик 2 содержит значение временного интервала (О-;50) с, дискриминатором 3 выделена область амплитуд напряжений (-10, 10)В, а преобразователем 11 определены уровни

4В

Получение характеристик сигнала

U< (t) происходит слецующим образом.

При поступлении на вход измеряемого сигнала блок. 1 управления

40 в зависимости от знака сигнала формирует импульс, поступающий на входы начальной установки счетчиков 8, 9, 10 и 13. Блок 4 выделяет абсолютную величину входного сигнала, который поступает на ин-. формационные входы компараторов 5, 6 и 7, после чего блок 1 управления формирует импульс опроса компараторов. Три компаратора отмечают превосходство измеряемого сигнала над уровнями "1", "2" "3" в положительной полуплоскости и формируют три импульса, соответствующих этим операциям. Импульсы поступают в счетчик 8 количества пересеченных уровней. Емкость счетчика выбирается равной трем, так как принято троичное ступенчатое слежение за сигналом. Импульсы с

О выхода счетчика 8 поступают на вход счетчика 9 вариации положительной части сигнала, который фиксирует номер "2" и, воздействуя на преобразователь 11, поднимает все три эталонные уровня сигналов

5 компараторов на две ступени. Од1012271 новременно с этим блок 1 управления формирует импульс, поступающий на вход обратного счета (реверсивного ) счетчика 2, уменьшая число, записанное в нем, на единицу, что означает окончание первого такта

5 работы. Второй импульс опроса ком параторов фиксирует превышение текуцим значением сигнала второго уровня, счетчик 8 пересеченных уровней фиксирует цифру "2", а 10 счетчик 9 вариации положительной части 9 увеличивает счет на единицу и формирует сигнал, поступающий к преобразователю 11 код — напряжение, поднимающему эталонные 35 уровни компараторов на одну ступень и т.д. Работа устройства продол. жается как показано на фиг. 3 в соответствии со ступенчато-аппроксимированным сигналом. Все счетчики устройства снабжены регистраторами, фиксирующими измеряемые значения.

Полная вариация сигнала определяется как сумма вариаций положительной и отрицательной частей входного

f5 сигнала.

Для измерения локальной вариации сигнала осуществляется предварительная уставка для счетчика локальной вариации. Поступление импульсов на счетный вход счетчика локальной вариации происходит при совпадении сигналов от счетчика 9(10 ) положительной (отрицательной) вариации и преобразователя 11 код — напряжение. 35

Блок 1 управления (фиг. 2) рабо,тает следующим образом.

Переключателем группа 14 кнопок управления устанавливается на требу емый временной:интервал измерений - 4Q сигнала. По команде "Сеть" запускается генератор 15 импульсов ста; билизированной частоты с кварцевым резонатором, сигнал с выхода которого поступает на делитель 16 частоты и далее на коммутатор 17 задания временного интервала, который формирует импульс останова счетчика 2 после отсчета количества импульсов, соответствующего заданному временному интервалу. Одновременно с генератором 15 запускается генератор 18 импульсов опроса компараторов, генерирующий .импульсы, поступающие, на входы элементов И 19

20 и 21, и формируется управляющий сигнал к дискриминатору 3. По команде "Пуск" элемент И 23 разрешает прохождение входного сигнала, потенциал с выхода которой поступает на вход управляющего триггера 25, формирующего сигнал начальной установки счетчиков 8, 9, 10 и 13. Одновременно с выхода управляющего триггера

25 поступает на элемент И 26 сигнал разрешающий прохождение входного сигнала 0бх к блоку 4. С выхода элемента И 26 управляющий сигнал поступает к элементам И 19, 20 и 21, разрешая прохождение импульсов onроса к компараторам 5, 6 и 7, сигналы опроса компараторов поступают к элементу И 22, формирующему импульс, подаваемый на вход обратного счета счетчика 2 после каждого опроса, уменьшая счет счетчика 2 на единицу после каждого такта работы.

Итак, полные вариации положительной и отрицательной частей сигнала

U (t) на всем интервале t(0,50 )с . составляют 41 и 18 соответственно.

Измерение вариаций сигналов 0 () и 0 (t) производится аналогично. Анализ процессов в смысле идентификации состоит в одновременном измерении параметров и сравнении их с. показателями образцового сигнала.

Анализируя сигналы, показанные на фиг. 3 и 4, можно убедиться в наибольшей близости к образцовому сигнала U (t ) ° 1аким образом, использование; дискриминатора 3 блока 4 выделения модуля, преобразователя 11 код - напряженйе, счетчиков 9, 10 и 13 локальной вариации и вариаций положительной и отрицательной частей сигналов, работа которых согласуется во времени блоком управленйя; позволяет получить оценку полной и локальной вариации сигйала, что существенно расширяет функциональные возможности устройства. роме того,, в предлагаемом уст ройстве отсутствует необходимость запоминания больших массивов данных,. а используемые в схеме счетчики являются основными узлами памяти 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 экстремумы и .амплитудное значение сигнала.

1012271 вв»

97иг.2

1012271 б

4 +

+ +

+ -+

ОРРРРР г/з л

212

00 0

-б

000 00

1 Z61Р1

000

Ю1 Ю г габг яя МЯ З Ю г49 5 jet)

Дия 5

Pre/) фиг. Ч

Составитель Э. Сечина .

Редактор М. Келемеш Техред A. Бабинец Корректор А. Тяско

Заказ 2767/61 Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проек тная, 4