Устройство для определения момента экстремума

 

Изобретение относится к измерительной технике. Может использоваться для определения момента экстремума или фиксации экстремальных значе- НИИ сигнала при обработке электрического сигнала, получаемого при регистрации пространственного или углового спектра волновых полей (дифракционных или интерференционных). Цель йаоЗ изобретения - расширение области применения - достигается за счет увеличения точности определения момента экстремума и расширения диапазона частот анализируемого сигнала. Для этого в устройство дополнительно введены электронные ключи 4, 5, 6 и 7, два п-разрядных аналого-цифровых преобразователя В и 9, два п-разрядных блока памяти 10 и 11, вьтолнен- ittie на D-триггерах, и блок 12 управления . Кроме того, устройство содержит интеграторы 1 и 2, вьтолненные на операционных усилителях с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, блок 3 сравнения. Устройство состоит из двух каналов, работающих в противофазе и образованных схемными элементами и блоками 4-1- 6-8-10 и 5-2-7-9-11 соответственно. Блок 12 формирует сигналы управления электронными ключами, блоками памяти и блоками сравнения. 1 з.п. ф-лы,4 ил. i (Л dtnaff

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ll0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3927081/24-21 (22) 12.07.85 (46) 23.02.87. Бюл. Р 7 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) В. И. Соколов и Г, Д. Фефилов (53) 621.374(088.8) (56) Циделко В, Д., Иванов Б. Р.

Принципы построения определителей экстремумов сигнала. — Измерения, контроль, автоматизация, 1977, 11 1, с. 16-31. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА ЭКСТРЕМУМА (57) Изобретение относится к измерительной технике, Может использоваться для определения момента экстремума или фиксации экстремальных значе" ний сигнала при обработке электрического сигнала, получаемого при регистрации пространственного или углового спектра волновых полей (дифракционных или интерференционных). Цель

„„SU„„1292171 А 1 (51)4 Н 03 К 5/153 изобретения — расширение области применения — достигается эа счет увеличения точности определения момента экстремума и расширения диапазона частот анализируемого сигнала, Для этого в устройство дополнительно введены электронные ключи 4, 5, 6 и 7, два п-разрядных аналого-цифровых преобразователя 8 и 9, два и-разрядных блока памяти 10 и 11, выполненные на D-триггерах, и блок 12 управления. Кроме того, устройство содержит интеграторы 1 и 2, выполненные на операционных усилителях с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, блок 3 сравнения, Устройство состоит из двух каналов, работающих в противофазе и образованных схемными элементами и блоками 4-16-8-10 и 5-2-7-9-11 соответственно.

Блок 12 формирует сигналы управления электронными ключами, блоками памяти и блоками сравнения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1292171

Изобретение относится к измерительной технике, рассматривающей вопросы определения момента экстремума или фиксации экстремальных значений сигнала, и может быть использовано, например, для определения моментов экстремума при обработке электрического сигнала, получаемого при регистрации пространственного или углового спектра волновых полей (дифракцион-. ных или интерференционных).

Цель изобретения — расширение области применения за счет увеличения точности определения .момента экстремума и расширения диапазона частот анализируемого сигнала.

На фиг. I приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства; на 20 фиг. 3 — схема блока сравнения; на фиг. 4 — схема и временная диаграмма работы блока управления.

Устройство содержит интеграторы 1 и 2, выполненные на операционных усилителях, с конденсатором в петле отрицательной обратной связи, блок 3 сравнения, электронные ключи 4-7, открывающиеся при подаче на управляющий вход напряжения высокого уровня 30 (лог "1"), два и разрядных аналогоцифровых преобразователя 8 и 9, два и разрядных блока 10 и 1! памяти, выполненные на D-триггерах, блок 12 управления.

Информационные входы первого 4 и второго 5 ключей соединены и являются входом устройства, а их выходы соединены соответственно с входами первого 1 и второго 2 интеграторов и 40 информационными входами третьего 6 и четвертого 7 ключей, выходы которых соединены соответственно с выходами первого 1 и второго 2 интеграторов и подключены к входам первого 8 и вто- 45 рого 9 аналого-цифровых преобразователей, выходы которых соединены соответственно с входами первого 10 и второго ll блоков памяти, выходы которых соединены с входами блока 3 50 сравнения, его выход является выходом устройства, первый выход блока 12 управления соединен с управляющим входом первого ключа 4, второй выход блока 12 управления соединен с управляющим входом второго ключа 5, третий выход блока 12 управления соединен с управляющим входом третьего ключа 6 и управляющим входом первого блока 10 памяти, четвертый выход блока 12 управления соединен с управляющим входом четвертого ключа 7 и уп" равляющим входом второго блока 11 памяти, пятый выход блока 12 управления соединен с управляющим входом блока 3 сравнения, Блок 3 сравнения (фиг. 3) содержит узел 13 сравнения кодов, который имеет два информационных входа А и В, которые являются входами блока сравнения, управляющий вход и три логических выхода (больше, меньше и равно), .а также семь элементов совпадения 14 и два счетных триггера 21 и 22, первый выход (А<В) узла !3 сравнения кодов соединен с первыми входами первого 14 и третьего 16 элементов совпадения, второй выход (А В) узла 13 сравнения кодов соединен с первыми входами второго 15 и четвертого !7 элементов совпадения, вторые входы первого 14 и третьего

16 элементов совпадения соединены с прямым выходом первого триггера 21, а вторые входы второго 15 и четвертого 17 элементов совпадения соединены с инверсным выходом первого триггера 21. счетный вход которого соединен с пятым выходом блока 12 управления и управляющим входом узла 13 сравнения кодов, третий выход

А-В узла 13 сравнения кодов соединен с первым входом седьмого элемента 20 совпадения, выходы первого 14 и второго 15 элементов совпадения соединены с первым и вторым входами пятого элемента IS совпадения, третий вход которого соединен с прямым вы- ходом второго триггера 22, инверсный выход которого соединен с первым входом шестого элемента !9 совпадения, второй и третий входы которого соединены с выходами третьего 16 и четвертого 17 элементов совпадения, выходы пятого 18 и шестого 19 элементов совпадения соединены соответственно с вторым и третьим входами седьмого элемента 20 совпадения, выход которого соединен со счетным входом второго триггера и является выходом блока, сравнения.

Блок 12 управления (фиг. 4) содержит, например, задающий генератор 23 тактовых импульсов, к выходу которого подключен вход делителя 24 частоты с коэффициентом деления К, прямой и инверсный выходы которого являются!

29217! первым и вторым выходами блока 12 управления, третьим и четвертым выходами которого являются выходы соответственно первого 25 и второго 25 элементов 2И, входы первого элемента 2И 25 соединены с прямым выходом делителя 24 частоты и прямым выходом (К-1) разряда делителя 24 частоты, выходы второго элемента 2И 26 соединены с инверсным выходом делителя 24 !0 частоты и прямым выходом (К-1) разряда делителя 24 частоты, прямой выход (К-1) разряда делителя 24 частоты является пятым выходом блока 12 управления. В блоки 10 и 11 памяти запись информации с выходов соответствующих аналого-цифровых преобразователей 8 и 9 производится при поступлении на вход блока памяти импульса (фиг. 45,г ) с соответствующего 20 выхода блока 12 управления. Указанный импульс поступает на вход формирователя узкого импульса, который по перепаду из низкого уровня напряжения (лог. "0") в высокий уровень напряжения (лог. "1") формирует на своем выходе узкий импульс. Выход формирователя узкого импульса соединен с управляющим входом регистра памяти, выполненного на триггерах. 30

Информация записывается в регистры памяти при поступлении на их управляющий вход сформированного узкого импульса.

Разрядность блоков 10 и ll памяти и соответственно число шин в магистралях, соединяющих регистры 10 и ll памяти.с аналого-цифровыми преобразователями 8 и 9 и с блоком 3 сравнения, определяются разрядностью ана- 40 лого-цифровых преобразователей, которая в свою очередь задается погрешностью определения момента экстремума.

Устройство работает следующим образом.

Анализируемый сигнал x(t) (фиг.2a) поступает на информационные входы электронных ключей 4 и 5. С выходов 50 блока 12 управления на управляющие входы электронных ключей 4-7, в регистры 10 и II памяти и в блок 3 сравнения поступает последовательность прямоугольных импульсов 55 (фиг, 28,6 ), управляющих состоянием ключей. Частота переключения состояний электронных ключей Р выбирается много больше частоты анализируемого сигнала x(t) и задается требуемой точностью определения момента экстремума. В начальный момент работы устройства электронный ключ 4 открыт, ключи 5-7 закрыты. Анализируемый сигнал x(t ) поступает на вход интегратора 1 и интегрируется им в течение времени =1/2F (фиг. 2, z) по истечении времени ключ 4 закрывается, а ключ 5 открывается ° Сигнал x(t,) поступает на вход интегратора 2 н интегрируется им в течение времени от 27ь до 3 (фиг. 2,д). Интегратор 1 с момента окончания интегрирования находится в режиме хранения, напряжение с его выхода непрерывно поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 8, на выходе которого формируется кодовая последовательность, пропорциональная выражению

Я

x(t,)dt. При поступлении импульса

t с третьего выхода блока управления (фиг. 4,c ) на вход блока 10 памяти кодовая последовательность А переписывается с выхода аналого-цифрового преобразователя 8 в блок !О памяти, в это же время ключ 6 открывается и разряжает (закорачивает) конденсатор в петле отрицательной обратной связи интегратора 1, тем самым приводит интегратор 1 в исходное состояние, Преобразование выходного напряжения интегратора 1 в кодовую последовательность и приведение интегратора 1 в исходное состояние приводится за время от 27 до Зт, в это время сигнал x(t) интегрируется интегратором 2. С выхода блока 10 памяти кодовая комбинация А„,поступает на первый вход блока 12 сравнения. За время от 371 до 4 ключ 4 открывается, ключ 5 закрывается, интегратор 1 интегрирует сигнал x(t), интегратор 2 находится в режиме хранения, на выходе аналого-цифрового преобразователя 9 формируется кодовая последовательность В» пропорцио3 нальная выражению f x(t )at.

2. L

По команде с блока 12 управления (фиг. 4, г ), кодовая последовательность В переписывается в блок 11 памяти с выхода аналого-цифрового преобразователя 9, ключ 7 открывается и разряжает конденсатор в петле отрицательной обратной связи интегратора 2, тем самым приводит интег1292171 ратор 2 в исходное состояние. С выхода блока 11 памяти кодовая комбина" ция В,„ поступает на второй вход узла сравнения кодов, где сравнивается с кодовой комбинацией А, поступившей ранее на первый вход, На временной диаграмме работы устройства (фиг. 2,z,д ) показаны циклы работы интеграторов 1 и 2, где за интервал времени от 0 до Y èíòåãрируется поступающий на вход сигнал, от 1 до 1,57 хранится результат интегрирования сигнала (эа этот временной интервал происходит преобразование напряжения в код), а от 1,57 до 2г интеграторы приводятся в исходное состояние. На практике указанный режим работы может быть изменен в зависимости от скорости преобразования напряжения в код, от внутреннего сопротивления ключей 6 и 7 в открытом состоянии и заданной частоты переключения ключей 4 и 5. Применение быстродействующих преобразователей аналог — код позволяет уменьшить ме" тодическую задержку at,,„t °

Узел сравнения кодов имеет три выхода (А В), (AcB) и (А=В). В результате сравнения двух кодовых комбинаций на соответствующем выходе узла сравнения кодов появится сигнал в виде узкого электрического импульса (фиг. 2, е,м, причем на выходах (А Г,) и (А<В) появятся импульсы, имеющие высокий уровень напряжения (лог. "1"), а на выходе (А=В) появится импульс, имеющий низкий уровень напряжения (лог. "0"). Первый

l4, второй 15 и пятый 18 элементы совпадения являются первым каналом прохождения сигнала появления момента экстремума. Третий 16, четвертый

17 и шестой 19 элементы совпадения являются вторым каналом прохождения момента экстремума, Выход (AcB) узла, 13 сравнения кодов соединен с первым входом первого элемента 14 совпадения, а выход (A)B) соединен с первым входом второго элемента 15 совпадения первого канала, Выход (A

13 сравнения кодов соединен с первым входом третьего элемента 16 совпадения, а выход (А>В) соединен с первым входом четвертого элемента 17 совпадения второго канала. Первый триггер

21 задает. противофазный режим работы каналов. Второй триггер 22 вырабатывает сигнал, отпирающий тбт из кана5

45 нация А . В это время В =О, в резуль50 тате сравнения на выходе (А В) появится электрический импульс (фиг.2е).

Далее по истечении времениw на второй вход узла сравнения кодов посту.пает кодовая комбинация В„, если

55 амплитуда анализируемого сигнала убывает, как показано на временной диаграмме (фиг. 2 E), то в результате сравнения кодовых комбинаций А и В, 1 на выходе (А>В) узла сравнения кодов

:лов, где ожидается сигнал, соотв гст вующий появлению момента экстремума, Блок 3 сравнения (фиг. 3) работает следующим образом. На первый вход узла сравнения кодов поступает кодовая комбинация А, на второй вход поступает кодовая комбинация В где m-порядковый номер кодовой комбинации. Каждая кодовая комбинация

А„, сравнивается за первый цикл работы устройства с кодовой комбинацией

В, за второй цикл работы устройства — с кодовой комбинацией В

Фт1

Аналогично кодовая комбинация В сравнивается с предыдущей и последующей кодовыми комбинациями А и А

tn- y ФТ)

Каждый канал узла фиксирования момента экстремума имеет два входа (А>В) и (AcB). Счетный вход триггера 21 является управляющим входом блока 3 сравнения и соединен с пятым входом блока 12 управления. На:вход триггера 21 поступает сигнал типа "меандр" с периодом 27. Триггер 21 коммутирует входы первого и второго каналов прохождения. сигнала появления момента экстремума, причем если открыт вход (А>В) первого канала, то открыт вход (A B) второго канала, входы (АаВ) первого канала и (А В) второго канала закрыты.

В начальный момент работы устройства триггеры 21 и 22 установлены произвольно, что может повлечь появление ложных сигналов фиксирования момента экстремума в течение первых двух тактов работы устройства. За это время триггер 22 устанавливается в рабочее состояние н появление на выходе устройства ложных сигналов появления момента экстремума исключается. С целью борьбы с ложными сигналами целесообразно на первые два такта работы устройства на четвертый вход элемента 20 совпадения подать запрещаннций сигнал.

Пусть на входы узла сравнения кодов первой поступила кодовая комби1292171 появится импульс, он поступает на вход элемента 19 совпадения, Если с прямого выхода триггера 22 на второй вход элемента 19 совпадения поступает разрешающий сигнал, то импульс с выхода (А»В) узла сравнения кодов поступает на выход устройства и бу дет воспринят как появление момента экстремума. При появлении сигнала на выходе устройства триггер 22 переклю->0 чается. Далее происходит сравнение поступающих кодовых комбинаций А и В . Если анализируемый сигнал на участке до появления момента экстремума убывает, то с выходов узла срав- 5 нения кодов будут поочередно поступать сигналы с выходов (А>В) и (А<В) (фиг. 2,е,w). В результате синхронного переключения триггера 21 эти сигналы не поступают на выход устрой- N ства. При появлении момента экстремума на одном из выходов узла сравнения кодов появится подряд два импульса, В этом случае второй импульс соответствует появлению момента экстремума (фиг. 2, y), проходит на выход устройства и переключает триггер 22 °

Появлению момента экстремума соответствует также сигнал (Р.=В). Этот сигнал непосредственно поступает на 30 выход устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для определения момента экстремума, содержащее первый и второй интеграторы, блок сравнения, выход которого соединен с выходной шиной устройства, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью рас- 40 ширения области применения за счет повышения точности определения мо--. мента экстремума и расширения диапазона частот анализируемого сигнала, в него введены четыре электронных 45

1 ключа, два аналого-цифровых преобр азователя, два блока памяти и блок управления, причем информационные входы первого и второго электронных ключей подключены к входной. шине уст- gp ройства, а их выходы соединены соответственно с входами первого и второго интегратора и информационными входами третьего и четвертого ключа, выходы третьего и четвертого ключа соединены соответственно с выходами первого и второго интеграторов, подключенных к входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго блоков памяти, выходы которых соединены с входами блока сравнения, первый выход блока управления соединен с управляющим входом первого ключа, второй выход блока управления соединен с управляющим входом второго ключа, третий выход блока управления соединен с управляющим входом третьего ключа и управляющим входом первого блока памяти, четвертый выход блока управления соединен с управляющим входам четвертого ключа и управляющим входом второго блока памяти, пятый выход блока управления соединен с управляющим входом блока сравнения.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем» что, с целью повышения достоверности определения момента экстремума при любой частоте переключения электронных ключей, блок сравнения содержит узел сравнения кодов с управляющим входом, двумя информационными входами, которые являются входами блока сравнения, и тремя логическими выходами, а также семь элементов совпадения и два счетных триггера, первый выход узла сравнения кодов соединен с первыми входами первого и третьего элементов совпадения, второй выход узла сравнения кодов соединен с первыми входами второго и четвертого элементов совпадения, вторые входы первого и второго элементов совпадения соединены с прямым выходом первого триггера, а. вторые входы второго и четвертого элементов совпадения соединены с инверсным выходом первого триггера, счетный вход которого соединен с пятым выходом блока управления и управляющим входом узла сравнения кодов, третий выход узла сравнения кодов соединен с первым входом седьмого элемента, выходы первого и второго элементов совпадения соединены с первым и вторым входами пятого элемента совпадения, третий вход которого соединен с прямым выходом второго триггера, инверсный вход которого соединен с первым входом шестого элемента совпадения, второй и третий входы которого соединены с выходами третьего и четвертого элементов совпадения, выходы пятого и шестого элементов совпадения соединены соответственно с. вторым и третьим входами седьмого

9 1292171 1О элемента совпадения, выход которого триггера и является выходом блока соединен со счетным входом второго сравнения.

1292171

Составитель А. Титов

Техред Б.Кадар

Корректор, Е, Сирохман

Редактор С. Пекарь

Заказ 285/57 Тираж 902

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4