Устройство для определения распределения вероятностей максимальных амплитуд разрядов молний

Устройство для определения распределения вероятностей максимальных амплитуд разрядов молний

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социапистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< ц942063 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) За влево 11. 11. 80 (21) 3003043/18-24 (5l)N. Кл. с присоединением заявки И

G 06 G 7/52 Ьеудврствениый комитет (23) Приоритет до делам изобретений и втхрытий

Опубликовано 07.07 ° 82, Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 07.07.82 (53 ) УД К 681. 3 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.И. Потапкин и В.А. Раков

Научно-исследовательский институт:высоких напряжений при Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового

Красного Знамени политехническом институте им. С.М.Кирова (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

ВЕРОЯТНОСТЕЙ ИАКСИИАЛЬНЙХ АИПЛИТУД

РАЗРЯДОВ МОЛНИЙ

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначенных для измерения статистических характеристик случайных процессов.

Известно устройство для измерения распределения амплитуд импульсных сигналов, содержащее последователь" но соединенные датчик сигналов, дифференциатор, формирователь импульсов, амплитудно-импульсный модулятор и многоканальный амплитудный анализатор, вход амплитудно-импульсного модулятора соединен с выходом датчика сигналов (1 ).

Это устройство не позволяет определить распределения только максимальных амплитуд импульсных сигналов, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения распределени", вероятностей максимальных амплитудных импульсных сигналов, которое может быть использовано при исследовании возмущений.злектромаг" нитного поля Земли, обусловленных разрядами молний (сигналов, генерируемых молниями). Устройство со5 держит последовательно соединенные датчик сигналов, блок запуска, блок задержки, формирователь импульсов, амплитудно-импульсный модулятоо и многоканальный амплитудный анализатор, а также основной пиковый детектор, включенный между датчиком сигналов и информационным входом амплитудно-импульсного модулятора и схему разряда пикового детектора, включенную между выходом блока запуска и входом основного пикового детектора1

Такое устройство позволяет из о мерять распределение амплитуд первых компонентов сигналов, генерируемых молниями, причем каждый компонент состоит из импульсов предразряда и импульса главного оазряда.

942063

to

3О

35 ао

3

Импульсы предразряда представляют собой биполярные импульсы с маломеняющейся амплитудой, величина которой примерно на порядок меньше амплитуды соответствующего импульса главного разряда (2 ).

Импульсы главного разряда в непосредственной близости от молнии, как правило, однополярные, а в случае биполярных импульсов амплитуды квазиполупериодов значительно отличаются. Длительность одного компонента, как правило, не превышает

5 мс. Однако встречаются разряды молний, в которых импульсы предразряда значительно упреждают импульс главного разряда. В этом случае дли;тельность компонента может превысить 5 мс, что, в свою очередь, может привести к потере максимальной амплитуды импульса главного разряда, которая является наибольшей в компоненте . При этом, интервал времени, в течение которого происходит выбор максимальной амплитуды 1, длительность импульса на выходе блока задержки) не может быть увеличен, так как это может привести к включению в процесс, выбора максимальной амплитуды последующих компонентов.

Таким образом, при использовании известного устройства распределение вероятностей максимальных амплитуд,, генерируемых молниями, может быть искажено.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый одновибратор, .вход которого соединен со входом устройства, а выход подключен к входам второго одновибратора и узла разряда пикового детектора, выход которого соединен с управляющим входом пикового детектора, выход которого подключен к информационному входу амплитудноимпулЬсного модулятора, управляющий вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, а выход подключен к входу амплитудного анализатора, введены элемент И, элемент Запрет, второй формирователь импульсов, дополнительный пиковый детектор, сумматор и два ограничителя, причем входы первого и второго ограничителей подключены к входу устройства, а выходы соединены с информационными входами основного и дополнительного пиковых детекторов соответственно, выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора, выход сумматора соединен с управляющим входом элемента "Запрет" и первым входом элемента И, второй вход которого и информационный вход элемента Запрет" подключены к выходу второго одновибратора, выход элемента И соединен с входом первого формирователя импульсов, а выход элемента "Запрет подключен к входу второго формирователя импульсов, выход которого соединен с управляющим входом первого одновибратора, управляющий вход дополнительного пикового детектора подключен к выходу схемы разряда пикового детектора.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для определения распределения вероятностей максимальных амплитуд импульсных сигналов содержит вход 1 устройства, первый 2 и второй 3 одновибраторы, элемент И

4, первый формирователь 5 импульсов, амплитудно-импульсный модулятор 6, амплитудный анализатор 7, второй формирователь 8 импульсов, элемент 9 запрета, сумматор 10, первый ограничитель 11, пиковый детектор 12, второй ограничитель 13, дополнительный пиковый детектор 14, схему 15 разряда пикового детектора, К одному из входов первого одновибратора 2 подключен выход схемы 8 разряда первого одновибратора, вход которой соединен с выходом элемента 9 запрета, один из входов которого соединен с выходом второго одновибратора а второй обьединен с одним из входов элемента И 4 и соединен с выходом сумматора 10. Между входом 1 устройства и одним из входов сумматора 10 включены последовательно соединенные первый ограничитель 11 и пиковый детектор 12, выход которого соединен также с информационным входом амплитудно-импульсного модулятора 6, Между входом l устройства и другим входом сумматора 10 включены последовательно соедийенные второй ограничитель 13 и дополнительный пиковый детектор 14. Кроме того, устройство содержит схему 15 разряда пикового детектора, вход которой соединен с выходом первого одновиб942063

5 ратора 2, а выход — с управляющими входами пиковых детекторов 12 и 14.

Повышение точности измерения распределения вероятностей максимальных амплитуд первых компонентов сигналов, генерируемых молниями, обеспечивается за счет исключения регистрации максимальной амплитуды импульсов предразряда, которые представляют собой биполярные импульсы с малоизменяющейся амплитудой вместо максимальной амплитуды импульса главного разряда. Для этого на пиковый детектор 12 подается часть сигнала, которая соответствует положительной полярности,а на дополнительный пиксвый детектор 14 — отрицательной полярности. Если к моменту окончания времени существования первого компонента (окончания импульса на выходе второго одновибратора 2) величины положительного и отрицательного напряжений на выходах пиковых детекторов 12 и 14 по модулю мало отличаются друг от друга, что соответствует импульсам предразряда, то такой сигнал не регистрируется и устройство возвращается в исходное состояние, не дожидаясь окончания максимального времени существования сигнала (окончания импульса на выходе первого одновибратора 2

В случае включения к процесс выбора максимальной амплитуды импульса главного разряда, величины напряжений на выходах пиковых. детекторов 12 и 14 по модулю значительно отличаются, что приводит к регистрации такого сигнала.

Импульсный сигнал, состоящий из нескольких компонентов, каждый из которых включает в себя импульсы предразряда и импульс главного разряда, с входа 1 устройства поступает одновременно на входы первого одновибратора 2 первого ограничителя

11 и второго ограничителя 13. На выход первого ограничителя 11 проходят только импульсы положительной полярности, а также положительные квазиполупериоды биполярных импульсов, которые подаются на вход пикового детектора 12. На выход второго ограничителя 13 проходят только импульсы отрицательной полярности, а также отрицательные квазиполупериоды биполярных импульсов, которые подаются на вход дополнительного пикового детектора 14.

ЗО

6

Когда величина сигнала превысит выбранный заранее пороговый уровень, на выходе одновибратора 2 появляется прямоугольный импульс, длительность которого устанавливается равной максимальной длительности существования многокомпонентного сигнала„ B частности, при исследовании сигналов, генерируемых молниями, эта длительность может быть принята равной 1,$ с, Передним фронтом импуль" са с выхода первого одновибратора 2 запускается второй одновибратор ).

На его выходе появляется прямоугольный импульс, длительность которого устанавливается равной длительности первого компонента исследуемого многокомпонентного сигнала. При исследовании сигналов, генерируемых молниями, эта длительность выбирается равной 5 мс.

Если к моменту окончания этого импульса величина напряжения на выходе сумматора 10 (равная разности модулей максимальных амплитуд положительной и отрицательной полярности исследуемого сигнала) превышает выбранную заранее пороговую величину, что свидетельствует о включении в процесс анализа импульса главного разряда первого компонента, элемент

9 запрета оказывается закрытым, а элемент И 4 открытым. В этом случае задним фронтом импульса с выхода второго одновибратора 3 запускается формирователь 5 импульсов, который вырабатывает нормализующий импульс, поступающий на управляющий вход амплитудно-импульсного модулятора 6.

При этом на информационный вход модулятора 6 с выхода пикового детек" тора l2 подается квазипостоянное напряжение, величина которого равна максимальной амплитуде сигнала на входе основного пикового детектора, Таким образом, на выходе модулятора 6 появляется импульс с нормализованными параметрами, амплитуда которого равна максимальной амплитуде первого компонента исследуемого многокомпонентного сигнала, Этот импульс регистрируется B соответствующем канале многоканального амплитудного анализатора 7 в зависимости от амплитуды, Задним фронтом импульса с выхода первого одновибратора 2 запускается узел разряда пикового детектора 15, возвращающий

7 942063 пиковые детекторы 12 и 14 в исходное состояние.

Гсли к моменту окончания импульса на выходе второго одновибратора 3 величина напряжения на выходе 5 сумматора 10 не превышает выбранной пороговой величины, что свидительствует о включении в процесс анализа только импульсов предразряда, элемент И 4 оказывается закрытым, а эле- >О мент 9 запрета — открытым. 8 этом случае сигнал на выходе элемента И 4 отсутствует, формирователь импульсов 5 не запускается и, следовательно, такой сигнал регистрироваться анализатором 7 не будет.

Кроме того, задним фронтом импульса с выхода второго одновибратора 3, который проходит через элемент 9 запрета, запускается формиро- 2о ватель 8 импульсов, возвращающий первый одновибратор в исходное состояние 1, импульс на выходе этого блока заканчивается). Это, в свою очередь, приводит к запуску узла 15 25 разряда пикового детектора, который возвращает в исходное состояние пиковые детекторы 12 и 14. Таким обрвзом, все устройство приводится в исходное состояние. ЗО

Устройство позволяет повысить точность измерения распределения максимальных амплитуд первых компонентов сигналов, генерируемых молниями, за счет исключения регистрации максимальной амплитуды импульсов предразряда вместо максимальной амплитуды импульса главного разряда.

Сигналы, генерируемые молниями, в неявном виде содержат сведения о 40 распределении зарядов и их пространственно-временном изменении при раз" витии молнии. Вследствие этого распределение вероятностей максимальных амплитуд первых компонентов 45 этих сигналов отражает соответствующее распределение для токов молнии, которое представляет значительный интерес с точки зрения молниезащиты.

Формула изооретения

Устройство для определения распределения вероятностей максимальных амплитуд разрядов молний содержащее первый одновибратор, вход которого соединен с входом устройства; а выход подключен к входам второго одновибратора и узла разряда пикового детектора, выход которо" го соединен с управляющим входом пикового детектора, выход которого подключен к информационному входу. амплитудно-импульсного модулятора, .правляющий вход которого соединен выходом первого формирователя импульсов, а выход подключен к входу амплитудного анализатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно содержит элемент И, элемент Запрет, второй формирователь импульсов, дополнительный пиковый детектор, сумматор и два ограничителя, причем входы первого и второго ограничителей подключены к входу устройства, а выходы соединены с информационными входами основного и дополнительного пиковых детекторов соответственно, выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора, выход сумматор . соединен с управляющим входом элемента "Запрет" и первым входом элемента И, второй вход которого и информационный вход элемента "Запрет подключены к выходу второго одновибратора, выход элемента И соединен с входом первого формирователя импульсов, а выход элемента

"Запрет" подключен к входу второго формирователя имгульсов, выход которого соединен с управляющим входом первого одновибратора, управляющий вход дополнительного пикового детектора подключен к выходу схемы разряда пикового детектора, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

Ю" 356657, кл. G 06 G 7/32, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке V 2901563/10-24, кл. G 06 G 7/52, 1979 (прототип) .

942063

Составитель В. Фукалов

Редактор Н. Гришанова Техред E. Харитончик Корректор Е. Рошко

Заказ 4843/41 Тираж 731 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