Устройство для анализа электрических сигналов

Устройство для анализа электрических сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Респубпнк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОУСКОМУ Сви ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт. свид-ву (22) Заявлено 050479 (21) 2752452/18-24 (() ® с присоединением заявки М (23) Приоритет

G 06 Р 15/36

Государственный комитет

СССР по делам иэобретений и открытий

Опубликовано 230831 Бюллетень М 31

Дете опубликования описания 23.0831 (53) УДК 681. 323 (088. 8) (72) Авторы изобретеиия

Д.Т. Серый, A.é. Шквар и;НМ,.» Фролов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СИГНАЛОВ

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано при создании устройств распознавания, контроля, диагностики и оценки уровня подготовки человека-оператора.

Известно устройство для анализа корреляционных функции электрограмм, содержащее квантователь случайного входного сигнала, схему определения знака сигнала, устроиство задержки, генератор импульсов сдвига, частот« но-импульсный модулятор, утроитель импульсов, каскады совпадения и антисовпадения знаков, счетчики импуль- 15 сов и логические схемы. Устройство работает по алгоритму Стильтеса, то есть определяет корреляционную функцию как среднее по времени значение произведения входного сигнала на 20 второй, квантованный по некоторому

В количеству уровнеи (1 1.

Корреляционная функция является интегральной характеристикой случайного сигнала и содержит о сигнале 2з сжатую информацию, представленную также в виде кривой, поэтому дальнейшее ее применение в автоматических. системах затруднительно. Кроме того, иногда необходимо провести детальный 30 внешнил аналиэ формы случайных сигналов, например выделение и подсчет .характерных составных колебательных движении на протяжении всего сигнала, то есть компонентный анализ электрограмм, которого часто бывает достаточно для принятия решения. Для этой цели данное устройство, а также другие нам известные устройства для анализа сигналов не применимы.

Наиболее близким к предложенному является устроиство, содержащее дифференцирующии блок, блок выделения модуля, счетчики, квантователь, элементы И (21.

Однако это устройство относится к анализаторам распределения экстремумов и не позволяет производить компонентный анализ сигнала.

В электрограмчах (особенно это касается электрограьм управляющих действий человека-оператора) можно выделить три составляющих: определяющие, корректирующие и фоновые движения.

В электрограммах управляющих действий человека-оператора определяющие движения обычно называют управляющими движениями. Для выделения этих компонентов не применимы также и специализированные фильтры, так как

H.. 8001 компоненты cHf íàíà могут иметь одинаковые спектры частот.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройст. ва за счет компонентного разделения сигнала, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для анализа электрических сигналов, содержащее блок дифференцирования, блок выделения модуля, входы которых объединены с первым входом блока квантования и яв ляются входом устройства, второй вход блока квантования соединен с выходом блока выделения модуля, выход блока дифференцирования через нуль-орган с счетньм входом первого счетчика, введены второй счетчик, триггер, блок регистрации, первый и второй блок ключей, блок элементов И и блок управления счетчиком, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входу уставки нуля первого счетчика и к установочным входам первого счетчика, первый выход которого соединен с первыми входами блока регистрации и первого блока ключей, второй выход i .åðâoão счетчика подключен к второму входу блока регистра-, ции и к первому входу блока управления счетчиком, третий вход блока регистрации подключен к выходу второго блока ключей, выход второго счетчика соединен с вторым входом блока управления счетчиком, с первым входом блока элементов И, с первым входом второго блока ключей и с четвертым входом блока регистрации, пятый вход которого объединен с вторым входом первого блока ключей и соединен с выходом блока элементов И, второй выход которого подключен к первому выходу блока управления счетчиком, вы.— ход триггера подключен к третьим входам блока управления с етчиком и блока элементов И, первый выход блока квантования соединен с четвертым входом блока управления счетчиком, с третьим входом первого блока ключей, с первым входом триггера и с счетным входом второго счетчика,второй выход блока квантования соединен с входом установки для второго счетчика, с вторым входом триггера и с вторым входом блока элементов

И, выход первого блока ключей соецинен с вторым входом второго блока ключей.

Блок управления счетчиком содер" жит три элемента И и элемент ИЛИ,первые входы первого и второго элементов И объединены и являются первым входом блока, первый вход элемента

ИЛИ и второй вход первого элемента И объединены и являются вторым входом блока, третьим и четвертым входами которого являются второй вход второго элемента И и первый вход третьего элемента И, второй вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ второй ехоп которого подключен к выходу второго злеменra И, первым и вторым выходами блока являются соответственно выходы третьего и первого злеМРНТоВ И.

На фиг. 1 приведена структурная схема описываемого устройства (двойными линиями обозначены векторные связи между блоками). На фиг. 2 пример анализа устройством типового сигнала, где о.д. - определяющее движение, к.д. — корректирующее движение ф,д. — фоновое движение, "-1", "0", "1",...,"5" — уровни квантования.

Устройство для анализа электрических сигналов содержит блок 1 дифференцирования, нуль-орган 2, блок 3 выделения модуля, блок 4 квантования, счетчики импульсов 5 и 6 (счетчик импульсов нечетных уровней), триггер 7, блок 8 управления счетчиком, блоки 9 и 10, ключей, блок 11 элементов И и блок 12 регистрации.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал поступает через первый вход блока 4 квантования на

"-1", "0" и "1" каналы квантования, через блок 3 выделения модуля и второй вход — на остальные каналы блока

4, а также через блок 1 дифференцирования и нуль-орган 2 на счетный вход счетчика импульсов 5.

В исходном положении все ключи устройства открыты, триггер 7 и все счетчики обнулены.

При колебании сигнала вокруг нулевого уровня квантования срабатывает нулевой канал блока 4 квантования,выходной импульс которого осуществляет только обнуление счетчика 6 н триггера 7. Входной сигнал поступает также через блок 1 дифференцирования и нуль"орган 2 иа счетный вход счетчика

5, который подсчитывает все изменения знака производной, регистрируя таким образом число колебаний входного сигнала. После записи трех импульсов на первом выходе счетчика 5 появляется сигнал, который записывает единицу в счетчик корректирующих двидений блока 12 регистрации. Это состояние сохраняется при поступлении на счетчик 5 четвертого и пятого импульсов. При записи шестого импульса на втором выходе счетчика 5 появляется сигнал, который осуществляет блокировку блока 9 ключей, запись единицы в счетчик фоновых движений блока 12 и ее вычитание в счетчике корректирующих движений, фиксируя таким образом, наличие только одного фонового движения. В этом состоянии устройство остается до изменения характера (компоненты) входного сигнала.

Аналогично работает устройство и в случаях колебания входного сигна858001 ла вокруг других только четных уровней квантования и или между уровнями.

При дальнейшем пересечении сигналов первого уровня срабатывает первый канал блока 4 квантования, выходной импульс которого записывает единицу в счетчик б импульссв нечетных уровней, поступает на счетный вход триггера 7 и через блок 8 управления счетчиком на вход обн,.ления счетчика 5, через соответствующий ключ блока 9 ключей и блок 10 ключей поступает на счетный вход счетчика определяющих движений регистрирующего блока

12, фиксируя появление определяющего движения (если соответствующий ключ блока 9 ключей закрыт, то этот импульс осуществляет только его разблокировку и всегда блокирует остальные ключи блока 9 ключей).

Лналогнчно работает устройство, и при втором пересечении сигналом первого уровня, записывая второй импульс в сч тчик определяющих движений блока 12 и в счетчик 6.

При третьем пересечении счетчик б наполняется, его выходной сигнал блокирует блок 10 ключей, после чего импульсы, начиная уже с третьего с выхода блока 4 квантования на блок 12 регистрации не проходят;списывает в счетчике определяющих движений блока 12 единицу, оставляя записанным только один импульс, фиксирующий наличие одного определяющего движения, поступает на третий вход блока 8 управления счетчиком, осуществ- ляя: блокировку его первого выхода, после чего счетчик 5 уже не обнуляется последующими импульсами с блока

4 квантования, и теперь все импульсы, .поступающие с нуль-органа 2 на счет" ный вход счетчика 5, регистрируются, установку счетчика 5 через второй выход блока 8 управления счетчиком в положение записи трех единиц,учитывая таким образом,поступившие до, этого три импульса.

Далее устройство работает как в рассмотренном случае колебания сигнала вокруг нулевого уровня квантования, фиксируя после шестого импульса наличие фонового движения. При этом раэблокировка блока 9 ключей, независимо от поступления на него последующих импульсов с блока 4 квантования, поддерживается сигналом с второго выхода счетчика 5 до его обнуления.

Таким образом, в данном случае регистрируются одно определяющее и одно фоновое движения.

При пересечении сигналом второго уровня обнуляются счетчик б и триггер 7. При троекратном пересечении сигналом третьего уровня устройство работает как в рассмотренном случае колебания сигнала вокруг первого уровня и регистрирует одно корректи» рующее и одно определяющее движение, так как блок 9 ключей открыт сигналом предшествующего фонового движения. При первом пересечении пятого уровня определяющее движение не реги" стрируется, но соответствующий ключ блока 9 ключей открывается и поэ.ому при втори чном его пересечении регистрируется новое определяющее движение и, как обычно, блокируются остальные ключи блока 9 ключей. При дальнейшем пересечении "3"-ro,"1"-го и "-1"-ro уровней определяющее движение уже не регистрируется, После

"-1"-го уровня анализируется выпрямленный сигнал с помощью тех же ка35 налов блока 4 квантования. При колебании выпрямленного сигнала между вторым и третьим уровнями работает только цепь, свяэывающая вход устройства через дифференцирующий блок и

2О нуль-орган со счетным входом счетчи1 ка 5, где регистрируются в данном случае три импульса, а в блоке 12 одно корректирующее движение. При первом пе .есечении третьего уровни

2 определяющее движение не регистрируется, а нри вторичном — регнстрируется и далее при пересечении "-1"-ro, "1"-го и "3"-ro уровней — не регистрируется. При вторичном пересечении

З третьего уровня регистрируется определяющее движение, но оно списывается при наполнении счетчика 6 при третьем пересечении уройня, а фиксируется через счетчик 5 корректирующее движение. Определяющее движение не регистрируется и при четвертом пересечении третьего уровня, хотя после этого началось новое определяющее движение, которое не зарегистрируется и при пересечении первого уровня, 40 так как соответствующий ключ 4 блока

9 ключей заблокирован при пересечении третьего уровня. Такие случаи могут встречаться и при пересечении других нечетных уровней четное число раэ, не равное двум, при этом обычно имеется сигнал на выходе счетчика импульсов нечетных уровней 6, иь@вется сигнал на выходе триггера 7, так как нечетный уровень пересекается четное число раз, пересекается соседний нечетный уровень.

Для распознавания этих состоянии служит блок 11 элементов И, на входы схем совпадения которого заведены укаэанные сигналы, Выходкой сигнал блока 11 записывает единицу в счетчик определяющих движений блока 12 регистрации, обну" ляет счетчик 5 и блокирует все ключи блока 9 ключей, кроме ключа, соответ ф ствующего тому нечетному уровню .квантования, вокруг которого происходили рассматриваемые колебания сигнала

Влокировка блока 9 ключей необходима потому, что после возможного здесь

45 фонового движения они будут открыты, 858001 а зто может привести в ошибке в регистрации определяющих движений.

Рассмотренный пример анализа устройством электрического сигнала полностью раскрывает назначение и работу всех его блоков, аналогично могут быть проанализированы и другие сигналы.

Применение блока 3 выделения моду" ля позволяет обработку знакоперемен" ного сигнала свести к обработке однополярного сигнала, что способствует сокращению необходимого количества уровней квантования почти в два раза и, следовательно, объема аппаратуры.

Блок 1 дифференцирования позволяет получить сигнал производной, необ- 15 ходимыи как сигнал, в котором (в отличие от входного сигнала, где колебания могут совершаться на разных уровнях) все колебания осуществляются относительно оси абсцисс. Поэтому 2О число изменений знака производной, то есть число переходов ее через нуль, равно числу колебаний входного сигнала. Это позволяет обеспечить инвариантность устройства к ординате 25 местоположения компонент анализируемого сигнала.

Устройство осуществляет распознавание и подсчет компонент входного сигнала,а именно: опрецеляющих,корректирующих и фоновых движений, Описанное устройство, реализующее метод компонентного анализа, дополняет существующие средства анализа электрических сигналов и способствует повышению эффективности и полноты их анализа за счет использования информативных участков сигнала. При решении различных задач данное устройство может применяться или совместно с другими устройствами анали- 40 за сигналов, или самостоятельно.Например, при анализе управляющих действий оператора с помощью описанного устройства по процентному содержанию компонент можно судить о степени его 4 подготовки.

Формула изобретения

1. Устройство для анализа электрических сигналов, содержащее блок дифференцирования, бпок выделения модуля, входы которых объединены с первым входом блока квантования И являются входом устройства, второй вход блока квантования соединен с выходом блока выделения модуля, выход блока дифференцирования через нульорган — с счетным входом первого счетчика, о т л и ч а ю щ е е с я фО тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет покомпонентного разделения сигнала, в устройство введены второй счетчик, триггер, блок регистрации, первый и второй блоки ключей, блок элементов И и блок управления счетчиком, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входу установки нуля первого счетчика и установочным входам первого счетчика, первый выход которого соединен с первыми входами блока регистрации и первого блока ключей, второй выход первого счетчика подключен к второму входу блока регистрации и к первому входу блока управления счетчиком, третий вход блока регистрации подключен к выхоцу второго блока ключей, выход второго счетчика соединен с вторым входом блока управления счетчиком, с .первым входом блока элементов И,с первым входом второго блока ключей и с четвертым входом, блока регистрации, пятыи вход которого объединен с вторьм входом первого блока ключей и соединен с выходом блока элементов

И, второй выход которого подключен к первому выходу блока управления счетчиком, выход триггера подключен к третьим входам блока управления счетчиком и блока элементов И, первый выход блока квантования соединен с четвертым входом блока управления счетчиком, с третьим входом первого блока ключей, с первым входом триггера и с счетным входом второго счетчнка, второй выход блока квантования соединен с входом установки нуля второго счетчика, с вторым входом триггера и с вторым входом блока элементов И, выход первого блока ключей соединен с вторым входом второго блока ключей.

2. Устройство по п. 1, о т и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления счетчиком содержит три элемента И и элемент ИЛИ, первые входы первого и второго элементов И объединены и являются первым входом блока, первый вход элемента ИЛИ и второй вход первого элемента И объединены и являются вторым входом блока, третьим и четвертым входами которого являются второй вход второго элемента И и первый вход третьего элемента

И, второй вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, первым и вторым выходами блока являются соответственно выходы третьего и первого элементов И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР .

9 222022, кл. G Об F 15/34, 1968.

2. Мирскии Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М., "Энергия", 1972, с.348, 431 (прототип).

858001

Ф I

1лу

Ю, Составитель В. Жовинский

Редактор О. Половка Техред М. Коштура Корректор Г. Решетник

Заказ 7246/80 Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4