Устройство для определения распределений вероятностей максимальных амплитуд импульсных сигналов

Устройство для определения распределений вероятностей максимальных амплитуд импульсных сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

„SU„„10 7968 A

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН зов G 06 а 7/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,-

И ABT0PCHO!VIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Д и . Ю (21 ) 3404843/18-24 (22) .05.03.82 (46) 30,11.83. Бюл. V 44 (72) В.И. Потапкин и В.А. Раков (71) Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском ордена Октябрьской Революции и ордена

Трудового Красного Знамени политехни" ческом институте им. С.И. Кирова (53) 681.3(088.8) (56) I . Авторское свидетельство CCCP и 926687, кл. 6 06 С 7/52, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

It 922805, кл, 6 06 G 7/52, 1980 (прототип).

3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. И;, "Наука", 1969, с. 137. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ВЕРОЯТНОСТЕЙ ИАКСИ ИАЛЬНЫХ АИПЛИТУД ИИПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее первый одновибратор, вход которого является входом устройства, а выход соединен с входами установки в исходное состояние первого и второго пиковых детекторов непосредственно, а через последовательно соединенные второй одновибратор и формирователь импульсов -. с управляющим входом амплитудно-импульсного модулятора, выход которого подключен к входу амп1 литудного анализатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расаирения динамического диапазона анализируемых амплитуд, оно содержит пороговый элемент, ключ, сумматор, ограничитель амплитуды и делитель напряжения, при этом входы ограничм" теля амплитудь и делителя напряжения объединены и подключены к входу устройства, а их.выходы соединены с информационными входами соответствен ю первого и второго пиковых детектороВ, I.. выход первого из которых соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к.информационному входу амплитудно-импульсного модулятора,-второй вход сумматора соединен с выходом ключа, управляющий вход которого соединен с выходом порогового элемента, вход которого объединен © . с ннформационйым входом ключа и сое- ©д, динен с выходом второго пикового детектора.

1 10579

Изобретение относится k специализированным средствам вычислительной техники, предназначенных для измерения статистических характеристик случайных процессов, и может быть использовано, например, при исследовании возмущений электромагнитного поля Земли, обусловленных разрядами молний.

Известно устройство для определе- 10 ния распределений вероятностей максимальных амплитуд импульсных сигналов, которое содержит последовательно соединенные одновибратор, формирователь импульсов, амплитудно-импульсный моду-15 лятор и многоканальный амплитудный анализатор. К одному из входов амплитудно-импульсного модулятора подключен выход пикового детектора, один из входов которого соединен с выходом 20 формирователя импульсов, а другой объединен с входом одновибратора и является входом устройства (1 1.

Устройство позволяет измерять рас" пределение вероятностей максимальных 25 амплитуд сигналов в целом или всех их компонентов. Однако в ряде случаев, в частности при исследовании электромагнитных сигналов, генерируемых разрядами молний, необходимо измерять распределение вероятностей максимальных амплитуд только первых, компонентов исследуемых сигналов.

11аиболее близким к предлагаемому является устройство содержащее после35 довательно соединенные первый и второй одновибраторы, формирователь импульсов, амплитудно-импульсный модулятор и многоканальный амплитудный анализатор. К одному из входов амплитудно-импульсного модулятора подключен выход пикового детектора, один из входов которого соединен с выходом первого одновибратора, а другой объединен с входом последнего и явля45 ется входом устройства 2 ).

Однако динамический диапазон регистрируемых с помощью устройства амплитуд импульсных сигналов в ряде случаев {в частности, при исследовании электромагнитных сигналов, гене50 рируемых разрядами молнии) оказывается недостаточным. Это связано прежде всего с недостаточностью динамического диапазона амплитуд, восприни-маемых многоканальным амплитудным анализатором, Цель изобретения - расширение динамического диапазона анализруемых

68 2 максимальных амплитуд импульсных сигналов.

Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее первый одновибратор, вход которого является входом устройства, а выход соединен с входами установки в исходное состояние первого и второго пиковых детекторов непосредственно, а через последовательно соединенные второй одновибратор и формирователь импульсовс управляющим входом амплитудно-импульсного модулятора, выход которого подключен к входу амплитудного анализатора, содержит пороговый элемент, ключ, сумматор, ограничитель. амплитуды и депитель напряжения, при этом входы ограничителя амплитуды и делителя напряжения объединены и подключены к входу устройства, а их выходы соединены с информационными входами соответственно первого и второго пиковых детекторов, выход первого иэ которых соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к информационному входу амплитудноимпульсного модулятора, второй вход сумматора соединен с выходом ключа, управляющий вход которого соединен с выходом порогового элемента, вход которого объединен с информационным входом ключа и соединен с выходом второго пикового детектора.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для определения распределений вероятностей максимальных амплитуд импульсных сигналов содержит первый l и второй 2 одновибраторы, формирователь 3 импульсов, амплитудноимпульсный модулятор 4 и амплитудный анализатор 5. Иежду входом первого одновибратора 1 и информационным входом модулятора 4 включены делитель 6 напряжения, второй пиковый детектор 7, пороговый элемент 8, ключ 9 и сумматор .10. Иежду входом первого одновибратора 1 и одним из входом сумматора 10 включены ограничитель 11 амплитуды и первый пиковый детектор 12.

Выход второго пикового детектора 7 соединен с информационным входом клюна 9. Управляющие входы пиковых детекторов 7 и 12 объединены и соединены с выходом первого 1 одновибратора, Sxo) которого RBjlRBTGR входом устройства.

Иногоканальный амплитудный анализатор 5 имеет N каналов. ны ГЗ 2.

3 10579

Устройство работает следующим образом.

Если анализируемая амплитуда не превышает заданной величины, соответствующей К-му каналу, сигнал регистрируется в одном из первых К-каналов анализатора 5. Если анализируемая амплитуда превышает величину, соответствующую К-му каналу, сигнал регистрируется в одном из оставшихся й-К каналов, ширина которых увеличивается по сравнению с шириной первых

К-каналов, в соответствии с коэффициентом деления делителя 6. Это приводит к расширению динамического диапазона анализируемых амплитуд без увеличения числа многоканальных амплитудных анализаторов.

Такой метод расширения динамического диапазона наиболее целесообразно использовать при определении распределений вероятностей типа логарифмически нормального, имеющих малую плотность распределения в области больших значений случайной величиУказанная ситуация имеет место, в частности, при исследовании возмущений электромагнитного поля Земли, обусловленных разрядами молний. При этом суммарная погрешность измерения в области больших значений исследуемой случайной величины практически полностью определяется .случайной составляющей, которая зависит от числа 35 отсчетов, приходящихся на один канал. ,Таким образом, при использовании предлагаемого устройства происходит также уменьшение суммарной погрешности из-. мерения вследствие уменьшения ее случайной составляющей в старших каналах (на "хвосте" распределения). Это связано с тем, что при увеличении ширины канала увеличивается и число отсчетов, приходящихся на один канал.

Исследуемый сигнал поступает одновременно на входы первого одновибратора 1, ограничителя 11 и делителя 6.

Когда величина сигнала превысит выбранный заранее пороговый уровень, на выходе одновибратора 1 появляется прямоугольный импульс, длительность которого равна максимальному времени существования сигнала. Передним фронтом этого импульса запускается второй H одновибратор 2, на выходе которого появляется прямоугольный импульс, длительность которого равна макси68 4 мальному времени существования перво" го компонента исследуемых сигналов.

Если максимальная амплитуда сиг" нала не превышает заданной величины, соответствующей К-му каналу, ограни" читель 11 не оказывает влияния на прохождение сигнала, а пороговый элемент 8, в качестве которого может быть использован триггер Шмитта, не запускается (уровень запуска порогового элемента 8 соответствует уров" ню ограничения ограничителя 11 с учетом коэффициента деления делите" ля 6). В этом случае ключ 9 закрыт и сигнал на входе сумматора, подключенном к выходу ключа 9, отсутствует (равен нулю), Задним фронтом импульса с выхода одновибратора 2 запускается формирователь 3 импульсов, который вырабатывает нормализующий импульс,. поступающий на управляющий вход амплитудно-импульсного модулятора 4. При этом на информационный вход модулятора 4 с выхода пикового детектора

12 через сумматор 10 подается квазипостоянное напряжение, величина которого равна максимальной амплитуде сигнала на входе пикового детектора 12. Таким образом, на выходе модулятора 4 появляется импульс с нор-, мализованными параметрами, амплитуда которого равна максимальной амплитуде первого компонента исследуемого сигнала. Этот импульс регистрируется в одном из первых К каналов амплитудного анализатора 5 в зависимости от амплитуды. Задним фронтом импульса с выхода одновибратора 1 пиковые детекторы 7 и 12 возвращаются в исходное состояние.

Если максимальная амплитуда исследуемого сигнала больше заданной величины, соответствующей К-му каналу, максимальная амплитуда сигнала на выходе ограничителя 11 равна этой величине, и на первый вход сумматора

10, подключенный к выходу пикового детектора 12 поступает квазипостоянное напряжение, величина которого . соответствует К-му каналу. В этом случае величина сигнала на выходе пикового детектора 7 превышает заданную величину, соответствующую К-му каналу, умноженную на коэффициент деления делителя 6. Это приводит к запуску порогового элемента 8, который выдает разрешающий импульс на управляющий вход ключа 9. Ключ 9 открывается и квазипостоянное напряже1057968

Составитель Э. Сечина

Техред C.Èèãóíîâà Корректор А Тяско

Редактор С. Юско

Тираж 706,Подписное.

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 9465/52 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4 ч ние, величина которого равна максимальной амплитуде исследуемого сигнала, умноженной на коэффициент деления делителя 6, с выхода пикового детектора 7 поступает на второй вход сумматора 10. Суммарный сигнал, величина которого обеспечивает регистрацию в одном из последних М-К каналов анализатора 5, с выхода сумматора 10 поступает на информационный вход моду- >0 лятора 4. 8 остальном работа устройст" . ва аналогична работе, описанной для случая, когда максимальная амплитуда исследуемого сигнала не превышает заданной величины, соответствующей 15

-К-му каналу анализатора .5. Используемый нами многоканальный амплитудный анализатор 5 воспринимает сигналы, амплитуды которых находятся в диапа" зоне от 0,2 до 108.(динамический диа- 20 пазон около .36 дб).

Пусть заданйая величина напряжения, соответствующая К-му каналу анализатора 5, равна 58, а коэффициент деле- 25 ния делителя 6 рввен 0,04. Ширина последних Н-К каналов в этом случае

pasHa ширине первых К каналов, поделенной на 0,04, Величина максймальной ,амплитуды сигнала на входе устройстаа,, 3о соответствующая И-му (последнему) каналу анализатора 5, равна 5 +

+ (10-5)10,04 / 1306.!

Таким образом, в рассмотренном примере динамический диапазон расширяется до 56 дб, Если максимальная амплитуда исследуемого сигнала не превышает 58 амплитуда нормализованного импульса на выходе модулятора 4 равна этой максимальной амплитуде. Если максимальная амплитуда сигнала больше 58, амплитуда импульса на выходе модулятора

4 равна 58 плюс величина этой максимальной амплитуды, умноженная на 0,04.

Предлагаемое изобретение позволяет существенно расширить динамический диапазон анализируемых максимальных амплитуд импульсных сигналов .по сравнению с прототипом без увеличения числа многоканальных амплитудных ана« лизаторов.

Расширение динамического диапазона анализируемых амплитуд необходимо при проведении исследований в самых различных областях, в частности при изучении возмущений электромагнитного поля Земли, обусловленных разрядами молний.

Распределения вероятностей максимальных амплитуд электромагнитных сигналов, генерируемых разрядами мол-, ний, отражают соответствующие распределения для токов ьюлний, которые необходимы для расчетов молниезащ ты,различнык объектов.