Устройство для временной фиксации амплитудных изменений сигнала

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при создании автоматизированных систем со сжатием измерительной информации. Целью изобретения является расширение области применения за счет фиксации широких амплитудных изменений напряжения при уменьшении частоты следования выходных импульсов. Введение в устройство первого и второго дифференциаторов 7 и 8, первого и второго блоков 9, 17 выделения абсолютного значения, второго и третьего источников 11, 16 опорных напряжений (ИОН), второго и третьего компараторов 10, 15, первого и второго элементов ИЛИ 13, 14 и генератора 12 импульсов обеспечивает уменьшение частоты следования выходных сигналов, фиксирующих изменение входного сигнала: на участках с малой крутизной входного сигнала на выходе формируются импульсы, фиксирующие во времени абсолютные величины нормированных относительных приращений напряжения, которые могут быть установлены сколь угодно малыми (путем установки порога ИОН 5), а на участках с большой крутизной фиксируются лишь участки перегибов входного сигнала, что позволяет обеспечить достижение поставленной цели. Кроме того, устройство содержит блоки 1, 2 выборки и хранения, двухполупериодный выпрямитель 3, первый компаратор 4, первый источник 5 опорного напряжения и формирователь 6 импульсов сброса. 1 ил.

„„SU„„1480107 А 2

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (б)) 4 Н 03 К 5/153

ОПИСАНИЕ H3OEPETEHPIR

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬ)ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (6 ) ) ) 385279 (21) 4354050/24-2 ) (22) 30. 11 . .87 (46) 15.05.89. Бюл. № 18 (71) Казанский авиационный институт им. А.Н.Туполева (72) P.Ø.Áóëãàêoâ, Д.Н.Сафин, А.M.Êàìàëoâ и В.A.Êàçàêîâ (53) 621.374.2(088.8) (56), Авторское свидетельство СССР

¹ )385279, кл. Н 03 К 5/153, 28.06.86. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВРЕМЕННОЙ ФИКСАЦИИ АМПЛИТУДНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ СИГНАЛА (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при создании автоматизированных систем со сжатием измерительной информации. Целью изобретения является расширение области применения за счет фиксации широких амплитудных изменений напряжения при уменьшении частоты следования выходных импульсов. Введение в устройство первого и второго дифференциаторов 7 и 8, первого и второго блоков 9, 17 выделения абсолютного значения, второго и третьего источников 1, 16 опорных напряжений (ИОН), второго и третьего компараторов 10, 15, первого и второго элементов ИЛИ 13, 14 и генератора 12 импульсов обеспечивает уменьшение частоты следования выходных сигт налов, фиксирующих изменение входного сигнала: на участках с малой крутизной входного сигнала на выходе формируются импульсы, фиксирующие во времени абсолютные величины нормированных относительных приращений напряжения, которые могут быть установлены сколь угодно малыми (путем установки порога ИОН 5), а на участках с большой крутизной фиксируются лишь участки перегибов входного сигнала, что позволяет обеспечить достижение поставленной цели. Кроме того, ( устройства содержит блоки 1, 2 выборки и хранения, двухполупериодный выпрямитель 3, первый компаратор 4, первый источник 5 опорного напряжения и формирователь 6 импульсов сброса. 1 ил.

° М

1 480 l07

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использова30 но при создании автоматизированных измерительных систем со сжатием изме в 5 рительной информации.

Целью изобретения является расширение области применения за счет расширения диапазона изменения входных сигналов ° 10

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для временной фиксации амплитудных изменений сигнала содержит два блока ) и 2 выборки и 15 хранения (БВХ), выходы которых соединены с вхоДами дифференциального двухполупериодного выпрямителя (ДДВ)

3. Выход последнего соединен с пер— вым входом первого компаратора 4, с вторым входом которого соединен выход первого источника 5 опорного напряжения (ИОН) . Выход компаратора

4 соединен с тактовым входом формирователя 6 импульсов сброса (ФИС), два выхода которого соединен с входами сброса соответственно первого и второго блоков 1 и 2 выборки и хранения (БВХ1 и БВХ2). Выход первого дифференциатора 7 подсоединен через второй дифференциатор 8 к входу первого блока 9 выделения абсолютного значения (БВАЗ), выход которого соединен с первым входом второго коммутатора 10, вторым входом соединенно- 35

ro с выходом второго источника 1! опорного напряжения (ИОН), а выхо-дом — с входом генератора 12 импульсов (ГИ). Выход последнего соединен с первым входом первого элемента 40

ИЛИ 13, выход которого является выходом устройства. Второй вход элемента

ИЛИ 13 соединен с тактовым входом формирователя 6 импульсов сброса, управляющий вход которого соединен с 45 выходом второго элемента ИЛИ 14, первым входом соединенного с выходом генератора 12 импульсов (ГИ), а вторым — с выходом третьего компаратора

15, первый вход которого соединен с gp выходом третьего источника 16 опорного напряжения (ИОН), а второй вход с выходом второго блока 17 выделения абсолютного значения (БВАЗ), вход которого соединен с выходом первого у дифференциатора 7, входом соединенного с входной клеммой 18.

Устройсгво работает следующим образом.

Напряжение первой производной входного сигнала, выделяемое дифференциатором 7, дифференцируется второй раз дифференциатором 8. На БВАЗ 9 выделяется абсолютное значение сигнала второй производной, которое сравнивается на компараторе 10 со значением, задаваемым ИОН 11. При величине сигнала второй производной входного напряжения, превышающей значение напряжения от HOH 11, срабатывает компаратор 10 и перепад его выходного напряжения запускает ГИ 12.

Величина сигнала второй производной входного напряжения характеризует степень кривизны амплитудно-временной характеристики входного напряжения. Чем резче перегибы временных изменений входного напряжения, тем больше величина второй производной, абсолютное значение которой выделя— ется в БВАЗ 9, Чем более плавно изгибается эпюра входного напряжения, тем меньше величина второй производной, а следовательно, меньше величина напряжения, выделяемого в БВАЗ 9.

Чем меньше величина второй производной, тем больше эпюра входного напряжения приближается к прямой. Опор— ное напряжение, задаваемое ИОН 11, позволяет разграничивать степень кривизны эпюры входного напряжения на участки, которые можно принимать эа прямые линии, и участки, которые явно кривые.

Входное контролируемое напряжение часто изменяется скачкообразно, т.е. сначала изменяется относительно прямолинейно, затем скачком изменяется угол наклона и вновь продолжается относительное прямолинейное изменение, но с другим наклоном к оси времени.

В момент скачкообразного изменения величина второй производной напряжения имеет выброс по амплитуде. И если величина этого выброса превышает значение напряжения от ИОН 11, т.е. если при скачкообразном изменении угол наклона эпюры напряжения изменяется настолько, что уже нельзя общий ход изменений аппроксимировать одной прямой, осуществляется временная фиксация момента излома хода изменения входного напряжения следующим образом. В момент превышения величиной напряжения БВАЗ 9 величины напряжения ИОН 11 срабатывает компаратор 10, выходной перепад напряже1480107 ния которого запускает ГИ 12, который генерирует импульсы на протяже.нии времени превышения напряжением

БВАЗ 9 опорного напряжения. Импульсы от ГИ 12 через элемент ИЛИ 13 прохо5 дят на выход устройства. Частота импульсов ГИ 12 устанавливается в зависимости от быстродействия последующих устройств анализа и обработки.

Таким образом, цепочка из блоков 713 позволяет осуществлять временную фиксацию моментов изломов и перегибов амплитудно-временной характеристики входного напряжения независимо от крутизны изменений (величины наклона к оси времени) и величины амплитудных перепадов. Так, при контроле импульсов треугольной формы будут зафиксированы моменты времени начала импульса, где имеется излом хода эпюры напряжения, затем момент времени, соответствующий вершине импульса, когда напряжение импульса скачком изменяется от увеличения к уменьше- 25 нию, и момент времени окончания импульса, когда напряжение, спадая, скачком достигает нулевого уровня.

Таким образом, по трем точкам, полученным по трем выходным импульсам, 30 выработанным данным устройством в моменты времени начала, вершины и конца входного треугольного импульса, можно восстановить форму этого импульса.

Уменьшая величину опорного напряжения ИОН 11, можно контролировать ход изменения импульсов, по форме все более удаляющихся от формы треугольника и приближающихся к колоко- 4О лообразной форме, где участки наибольших изгибов кривой напряжения фиксируются сериями выходных импульсов с частотой следования, задавае, мой ГИ 12.

45 Большинство контролируемых сигналов, отвечающих каким-либо физическим процессам, имеют участки подъема с той или иной крутизной изменения напряжения, участок стационарного ре I 50 жима со значительно меньшей относительной крутизной изменения напряжения и участок спада с той или иной относительно большой крутизной изменения напряжения. Дифференциатор 7, компаратор 15, ИОН 16 и БВАЗ 17 осу55 ществляют контроль величины крутизны изменений контролируемо ro напряжения.

Напряжение первой производной от дифференциатора 7 независимо от полярности преобразуется в БВАЗ 17 в напряжение одной полярности (например, положительной), которое сравнивается компаратором 15 с опорным напряжением, задаваемым ИОН 16. Величина первой производной характеризует степень крутизны изменения контролируемого напряжения . При задании уровня порогового напряжения ИОН 16, при превышении которого происходит срабатывание компаратора 15, изменяющееся контролируемое напряжение разделяется на участки с относительно большой крутизной изменения, когда компаратор

15 включен (сработал), и участки с относительно небольшой крутизной изменения напряжения, когда компаратор

15 выключен. Таким образом дифференциатор 7, компаратор 15, ИОН 16 и

БВАЗ !7 осуществляют контроль и дискриминацию величины крутизны изменения контролируемого напряжения.

При достаточно большой крутизне изменения напряжения выходной сигнал сработавшего компаратора 15 через элемент ИЛИ 14 по управляющему входу приводит ФИС 6 в состояние, когда на ег0 обоих выходах присутствует такое напряжение, которое держит оба БВХ

1 и 2 в состоянии выборки. При этом на выходах обоих БВХ присутствуют одинаковые напряжения, равные входному, следовательно, на выходе ДЦВ 3 нулевое напряжение. При этом компаратор 4 выключен. Таким образом, БВХ 1 и 2, выпрямитель 3, компаратор 4, ИОН 5 и ФИС 6 отключены. То же самое будет при присутствии сигналов от

ГИ 12.

Если крутизна изменений контролируемого напряжения небольшая, компа— ратор 13 выключается, так как абсолютная величина первой производной напряжения в этом случае будет весьма небольшой (меньшей уровня ИОН 16).

Абсолютная величина второй производной напряжения будет еще меньше. Следовательно, ГИ !2 также будет выключен, На управляющем входе ФИС 6 будет отсутствовать напряжение, отключающее блоки 1-6. В этом случае, начиная с момента времени, когда пропало запирающее напряжение на управляющем входе ФИС 6 (когда крутизна изменения напряжения упала по величине), ФИС 6 приходит в такое состояние, что на одном его выходе имеется нап1480107

50 ряжение, поддерживающее один из соответствующих БВХ в состоянии выборки, а на другом его выходе — напряжение, переводящее соответствующее БВХ в состояние хранения. Тогда на этом

БВХ происходит запоминание соответствующего данному моменту времени уровня входного напряжения. На выходе другого БВХ, находящегося в состоянии выборки, напряжение продолжает изменяться в соответствии с ходом изменений входного напряжения. На

ДДВ 3 осуществляется выделение абсолютного значения величины приращения входного напряжения относительно зафиксированного уровня. При достижее нии этой величиной некоторого уровня, задаваемого ИОН 5, срабатывает компаратор 4, по его выходному перепаду по тактовому входу переключается ФИС

6 и по его выходным сигналам БВХ, находящийся в состоянии выборки, переходит в состояние хранения, фиксируя достигнутый уровень входного напряжения, а БВХ, находящийся в состоянии хранения, переходит в состояние выборки и его выходное напряжение становится равным достигнутому уровню входного напряжения. В этот момент времени на выходах обоих БВХ напряжения становятся равными по величине.

Следовательно, напряжение на выходе

ДДВ 3 становится равным нулю и компаратор 4 приходит в исходное состояние. При продолжающемся изменении входного напряжения описанный процесс повторяется, БВХ вновь меняются ролями, а ДДВ 3 также выделяет абсолютное значение величины приращения входного напряжения, но уже относительно нового достигнутого уровня. Таким образом, на выходе компаратора 4 формируются кратковременные импульсы, отвечающие строго нормированным по амп— литуде относительным приращениям входного напряжения. Нормирование осуществляется по выходному напряжению ИОН 5 ° Импульсы от компаратора 4 через элемент ИЛИ 13 проходят на выход устройства. Таким образом, на участках с малой крутизной контролируемого напряжения, соответствующих стационарным состояниям контролируемого объекта, на выходе устройства вырабатываются импульсы, фиксирующие во времени абсолютные величины нормированных относительных приращений напряжения, которые могут быть уста5

35 новлены сколь угодно малыми (путем установки порога ИОН 5). На участках с большой крутизной изменения БВХ 1 и 2, выпрямитель 3, компаратор

ИОН 5 и ФИС 6 отключаются по управляющему входу ФИС 6 сигналом, выраба— тываемым дифференциатором 7, элементом ИЛИ 14, компаратором 15, ИОН 16, БВАЗ 17, дифференциаторами 7 и 8, блоком 9, компаратором 10, ИОН 11, ГИ 12 и элементом ИЛИ 14. При этом фиксируются лишь участки перегиба (изломов) входного напряжения. Сами же изменения могут быть сколь угодно большими. Это позволяет при минимуме количеств выходных импульсов, а следовательно, при минимуме частоты следования осуществлять контроль изменений входного напряжения, а в стационарном режиме осуществляется более детальный контроль изменений напряжения.

Таким образом, предлагаемое устройство осуществляет временную фиксацию широких амплитудных изменений напряжения при уменьшении частоты следования выходных импульсов, так как при использовании известного.устройства для контроля напряжения боль,шой крутизны и больших перепадов напряжения вырабатывались бы выходные импульсы с неоправданно высокой частотой следования, что налагает существенные ограничения как на само устройство, так и на последующие устройства анализа и обработки, а также на каналы связи.

Формула изобретения

Устройство для временной фиксации амплитудных изменений сигнала по авт ° св. 11 1385279, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения, в него введены первый и второй дифференциаторы, первый и второй блоки выделения абсолютного значения, второй и третий источники опорного напряжения, второй и третий компараторы, первый и второй элементы ИЛИ и генератор импульсов, при этом вход первого дифференциатора соединен с входной клеммой устройства, а выход соединен с входом второго дифференциатора, выход которого соединен с входом первого блока выделения абсолютного значения, выход которого соединен с пер! 480107

Составитель Н.Маркин

Редактор А.Лежнина Техред M.Õoäàíè÷ Корректор Н.Гунько

Заказ 2557/55 Тираж 885 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 вым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом второго источника опорного напряжения, а выход второго компаратора соединен с входом генератора импуль5 сов, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого является выходом устройства, а второй вход соединен с тактовым входом формирователя импульсов сброса, управляющий вход которого соединен с выходом второго элемента

ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а второй вход — с выходом третьего компаратора, первый вход которого соединен с выходом третьего источника опорного напряжения, а второй вход— с выходом второго блока выделения абсолютного значения, вход которого соединен с выходом первого дифференциатора.