Устройство для выделения экстремумов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для анализа параметров случайных электрических сигналов, содержащих помехи. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и расширение функциональных возможностей. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, элементы 13,14,24 задержки, элементы И6,7-10,22,23, элементы ИЛИ 11,12, запоминающие регистры 2,17,25, регистр 4 экстремальных значений, аналоговый вход 27, цифровой вход 28, выход 29 кода экстремизма, выходы 30,31 вида экстремума, выход 32 индикации момента времени измерения экстремума, синхронизирующие выходы 33,34. Арифметико-логический блок 3, блок 15 сравнения и регистр 16 уставки обеспечивает фильтрацию медленно изменяющейся помехи, введение арифметико-логического блока 18, блока 19 сравнения регистра 21 уставки, триггера 20 позволило исключить влияние импульсной помехи. Введение запоминающего регистра 25 и регистра 26 времени позволило обеспечить фиксацию моментов времени наступления экстремумов сигнала. За счет этого удалось повысить помехоустойчивость устройства и расширить его функциональные возможности. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР (21). 44331 62/24-21 (22) 30.05.88 (46) 30.01.90. Вюл. Р 4 (71) Харьковский авиационный инс-.

,титут им. Н.Е.Жуковского (72) К.В.Соболевский, Г.А.Черепащук, А .N. Науменко и И.М.Кушнир (53) 621.317.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

l1I 1265631, кл. G 01 R 19 04, 1935.

Авторское свидетельство СССР

N 1228026, кл. С 01 R 19/04, 19.11.84.

„„SU„„ 153967Ä А1 (51) 5 G 01 R 19/04

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ЭКСТРЕ.

° ИУИОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для анализа параметров случайных электрических сигналов, содержащих помехи. Цель изобретения - повы- шение помехоустойчивости и расширение функциональных возможностей. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, элементы 13, 14, 24 задержки, элементы И 6, 7-10, 22, 23, элементы ИЛИ ll, 12, запоминаю1539673

40 щие регистры 2, 17, 25, регистр 4 экстремальных значений, аналоговый вход 27, цифровой вход 28, выход 29 кода экстремума, выходы 30, .31 вида экстремума, выход 32 индикации момента времени измерения эк стремума, синхрони» эирующие выходы 33, 34. Арифметикологический блок 3, блок 15 сравнения и регистр 16 уставки обеспечивают фильтрацию медленно изменяющейся помехи, введение арифметикоИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для анализа параметров случайных электрических сигналов, в частности выделения экстремумов сигнала, содержащего импульсные помехи.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и расширение функциональных возможностей путем обеспечения датирования каждого экстремума.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2— временная диаграмма входного сигнала.

Устройство для выделения экстремумов (фиг.1) содержит аналого-цифровой преобразователь 1 (AIJII), запоминающий регистр 2, арифметикологический блок 3, регистр 4 экстремальных значений, RS-триггер 5, элементы И 6-10, элементы 11, 12, элементы 13, 14 задержки, блок 15 сравнения, регистр 16 уставки, запоминающий регистр 1 7,,арифметико-логический блок 18, блок 1,9 сравнения, .Ж-триггер 20, регистр 21 уставки, элементы И 22, 23, элемент 24 задерж- 45 ки, запоминающий регистр 25 и регистр 26 времени.

Аналоговый вход 27 устройства подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 1, информационный выход которого подключен к информационным входам запоминающих регистров 2 и 17 и к первым входам арифметико-логических блоков 3 и 18, выход запоминающего регистра 2 подключен к второму

55 входу арифметика-логического блока 3 и к первому информационному входу регистра 4, выход запоминающего регистра 17 подключен к второму входу арифлогического блока 18, блока 19 сравнения, регистра 21 уставки, триггера 20 позволило исключить влияние импульсной помехи. Введение запоминающего регистра 25.и регистра 26 времени позволило обеспечить фиксацию моментов времени наступления экстремумов сигнала. За счет этого удалось повысить помехоустойчивость устройства и расширить его функциональные возможности, 1 з.п.ф-лы, 2 ил. метико-логического блока 18. Цифровой вход 28 устройства подключен к информационному входу запоминающего регистра 25, выход которого подключен к информационному входу регистра

26 времени. Первый выход арифметикологического блока 3 подключен к первому входу элемента И 6, а второй выход — к первому входу элемента И 7.

Выход регистра 16 уставки подключен к первому входу блока 15 сравнения, к второму входу которого подключен информационный выход арифметико-логического блока 3, Выход блока 15 сравнения подключен к третьим входам элементов И б и 7 и к первому входу элемента И 10. Выходы элементов И 6 и 7 подключены к второму и третьему информационным входам регистра 4 экстремальных значений соответственно и к первым входам элементов И g и 9 соответственно. Выход элемента И 8 подключен к первому входу элемента ИЛИ

11 и к Я-входу RS-триггера 5, выход элемента И 9 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 11 и с первым входом элемента ИЛИ 12 соответственно. Выход элемента ИЛИ 1 2 подключен к R-входу RS-триггера 5, а выход элемента ИЛИ 11 подключен к синхронизирующим входам регистра 4 экстре- мальных значений и регистра 26 времени, а также к входу элемента 14 задержки. Прямой и инверсный выходы

RS-триггера 5 подключены к вторым входам элементов И 7 и б соответственно. Первый выход регистра 4 экстремальных значений является выходом

29 кода экстремума устройства, а второй и третий выходы этого регистра являются выходами 30, 31 вида экстремума устройства. Выход регистра 26 1

9673

5 153 времени является выходом 32 индикации момента времени измерения экстремального значения устройства. Выход элемента 14 задержки подключен к синхронизирующему выходу 33 устройства.

Выход арифметико-логического блока 18 подключен к первому входу блока

19 сравнения, к второму входу которого подключен выход регистра 21 уставки. Первый выход блока 19 сравнения подключен к первому входу элемента

И 23 и J-входу триггера 20, второй выход блока 19 сравнения подключен к первому входу элемента И 22, выход которого подключен к R-входу триггера 20 ° Выход триггера 20 подключен к второму входу элемента И 23, выход которого подключен к четвертым входам элементов И 6 и 7 и к второму входу элемента И 10.

Синхронизирующий выход АЦП 1 подключен к входу элемента 13 задержки и синхронизирующему выходу 34 устройства. Выход элемента 13 задержки подключен к входу элемента 24 задержки и к второму входу элемента И 22. Выход элемента 24 задержки подключен к синхронизирующим входам запоминающего регистра 17 и триггера 20, третьему входу элемента И 10 и к вторым входам элементов И 8 и 9. Вход элемента И 1 0 подключен к синхронизирукщим входам запоминающих регистров 2 и 25.

К-вход триггера 20 подключен к шине логического "ф " устройства.

Вход начальной установки устройства подключен к второму входу эле-. .мента ИЛИ 12, входам сброса запоминанщих регистров 2, 17, 25, регйстра 4 экстремальных значений, регистра 26 времени и к Б-входу триггера 20.

Работа устройства заключается в следующем.

АЦП 1 работает в режиме циклического непрерывного преобразования входного сигнала U „: в цифровой параллельный код U;. После каждого цикла преобразования на информационном выходе аналого-цифрового преобразователя 1 появляется код текущего значения сигнала U;, а на синхронизи- . рующем выходе — импульс конца измерения, который осуществляет временную привязку работы устройства.

1О

Запоминающий регистр, 2 предназначен для хранения кода значения сигнала, проверяемого на экстремальность

Запоминающий регистр 25 предназначен для хранения кода момента времени измерений сигнала, проверяемого на экстремальность .

Запоминающий регистр 17 предназначен для хранения кода предыдущего значения сигнала U

1-

Арифметико-логический блок 3 по- средством вычитания производит сравнение значения сигнала U проверяемого на экстремальность, и вновь поступающего U, С информационного выхода арифметико-логического блока 3 снимается код модуля разности )U; — U 1, а с первого и второго логических выходов — знак разности. Если U, ) U, то на первом логическом выходе присутствует уро-. вень логического "0, а на втором— уровень логической "1"; если U. (Пе, то на первом логическом выходе присутствует уровень логической 1, а

11 I I на втором — уровень логического 0 если же U; = U то на первом и втором логических выходах присутствует уровень логического "011.

Арифметико-логический блок 18 посредством вычитания производит сравнение предыдущего значения сигнала и вновь поступившего U, С

1- 1 его выхода снимается код модуля разности IU U,1

Блок 15 сравнения сравнивает модуль разности I U U Ic MHHHMBJlbH0 допустимым приращением dU „„, хранящимся в регистре 16 уставки, и если IU; — U 1 > d ц„,„„, то на его выходе присутствует уровень логической

"!", и наоборот.

Блок 19 сравнения сранивает модуль разности IU; — U,, ) c максимально допустимым за один цикл преобразования приращением 4 U „« хранящимся в регистре 21 уставки, и если

IU; — U;,1(dU „„то íà его первом выходе присутствует уровень логической "1", а на втором выходеуровень логического "0, и наоборот.

Регистр 4 экстремальных значений предназначен для хранения кода выделенного экстремума U „ „и его вида

MAX, MIN.

Регистр 26 времени предназначен для хранения кода момента времени измерения экстремума Т е„ „.

1539673

IUi — Ue I r 4 Пмин 1 11 макс

"е) "мин (d 11макс

UeI (d Uìèí

U ) 7 4 11мсюкс

";7 ""е

)О, Э (1)

l (2) (3) (4) 55

Uj (Пе в

)v °вЂ”

)U

При выделении максимума и выполнении условия (1) на участке" нормального" возрастания сигнала (фиг.2,учасУстройство имеет два вида работы: выделение максимума и выделеие минимума. Вид работы определяется состоянием триггера 5. Если триггер

5 находится в единичном состоянии, то происходит вьщеление минимума, а если он в нулевом состоянии, то происходит выделение максимума.

Синхронизация работы устройства осуществляется элементами .13, 1 4, 24 задержки.

Элемент 13 задержки задерживает импульс конца измерения аналого-цифрового преобразователя 1 на время, 15 достаточное для установления стабильных уровней на выходе арифметикологического блока 18 и блока 19 сравнения.

Элемент 24 задержки задерживает 20 выходной импульс элемента 13 задержки на время, достаточное для установления стабильных уровней на выходе арифметико-логического блока 3 и блока 15 сравнения, а также для сброса триггера 20, срабатывания элементов

И 23, 6 и 7.

Блок 14 задержки задерживает импульс, прошедший через элементы И 8, 9 и элемент ИЛИ 11 на время, доста- 30 точное для записи информации в регистр 4 экстремальных значений и регистр 26.

В исходное состояние устройство приводится сигналом с входа начальной установки. При этом ячейки запоминающих регистров 2, 17 и 25 регистра

4 экстремальных значений, регистра 26 времени и триггер 5 устанавливаются в нулевое состояние, а триггер 20 — 40 в единичное. Так как триггер 5 установлен в нулевое состояние, то происходит вьщеление максимума.

Между кодами значений сигналов U, н 1П кс >ОВМО> 4 следующие соотношения: ток а) комбинация сигналов на входах элементов И 6 и 7 следующая: логический "0" .с первого логического выхода арифметико-логического блока 3 на первом входе элемента И 6 и логиче- сКНН "0" с неинвертирующего выхода сброшенного триггера 5 на втором входе элемента И 7 закрывает их. Поэтому импульс не поступает на входы триггера 5, регистра 4 экстремальных значений, регистра 26 времени и их состояние не изменяется..

Сигнал с второго выхода блока 19 сравнения закрывает элемент И 22, и сброс триггера 20. йе происходит.

Комбинация сигналов на входе элемента И 10 разрешает прохождение импульса на синхронизирующий вход запоминающего регистра 2. Задний фронт этого импульса производит запись кода текущего сигнала U. в заI поминающие регистры 2 и 17 и подтверждает состояние триггера 20. Процесс повторяется на участке "нормального" возрастания сигнала, а значение, записанное в запоминающем регистре 2, изменяется в соответствии с входным сигналом,.

После окончания участка с нормальным возрастанием сигнала будет выполнено условие (2), (3) и (4) (фиг.2, участки Ь,с или d соответственно).

При выполнении условия (2)(сигнал начал "нормально" убывать,фиг.2, участок Ь), комбинация сигналов на входе элемента И 6 открывает его.

Сигнал с его выхода поступает на второй информационный вход регистра 4 экстремальных значений и на первый вход элемента И 8. Импульс с выхода элемента 24 задержки проходит через открытый элемент И 8 на S-вход триггера 5 и переключает его в единичное состояние, переключая устройство на выделение минимума. Кроме того, этот импульс, пройдя через элемент ИЛИ 11 на синхронизирующий вход регистра 4 экстремальных значений, передним фронтом производит перезапись кода экстремума U из регистра 2, а также вида экстремума (максимум или минимум) с выходов элементов И 6 и 7 в регистр 4 экстремальных значений.

Сигнал с второго выхода блока 19 сравнения закрывает элемент И 22, и сброс триггера 20 не происходит. Комбина30

9 153967 ция сигналов на входе элемента И 10, разрешает прохождение импульса на синхронизирующий вход запоминающего

-регистра 2, и по заднему фронту этого импульса производится запись кодов текущего значения сигнала U>. в запоминающие регистры 2 и 17.При выполнении условия (3) (сигнал начал медленно" изменяться, фиг.2, участки сl, с2 или с3) выход" ной сигнал блока 15 сравнения закрывает элементы И 6, 7, 10, поэтому изменение состояния запоминающего регистра 2, регистра 4 экстремальных значений и триггера 5 не происходит, устройство находится в режиме ожидания превышения минимально допустимого приращения. При этом запоминающий регистр 17 записывает код текущего 20 значения сигнале, а состояние триггера 20 не изменяется.

При выполнении условия (1) после выполнения условия (3) в запоминающий регистр 2 будет записан код 25 текущего значения сигнала U. и уст I ройство начнет следить за изменениями сигнала. Если же после выполнения условия (3) выполнится условие (2), то будет произведена перезапись выделенного максимума U д из запоминающего регистра 2 и вида экстремума с выходов элементов И 6 и 7 в регистр 4 экстремальных значений, и устройство перейдет к выделению мини.й5 мума .

При выполнении условия (4)(сигнал начал "быстро" изменяться — фиг,2. участки dl или d2, что характерно при воздействии импульсной помехи) 40 сигнал с первого выхода блока 19 сравнения закрывает элемент И 23, выходной сигнал которого закрывает элементы И 6, 7 и 10, поэтому изменение состояния запоминающего регистра 2, регистра 4 экстремальных значений и триггера 5 не происходит.

Устройство находится в режиме ожидания окончания помехи. При этом импульс с выхода элемента 13 задерж- 50 ки, пройдя через открытый элемент

И 22, сбрасывает триггер 20 в нулевое состояние.

Процесс повторяется на участке

"быстрого" изменения сигнала, т.е. на участке фронта импульсной помехи.

Вблизи экстремума помехи (фиг ° 2, участки dl, d3), возможен случай однократного нарушения неравенства

3 10 (U; — U; I > д U . При этом выход-,. ной сигнал установленного в нулевое состояние триггера 20 закрывает элемент И 23 и запись в регистры 2, 4 и триггер 5 не производится. Во время спада помехи условие (4) не нарушается и устройство находится .в режиме ожидания окончания помехи.

После окончания воздействия помехи выполняется условие (1), (2) или (3). При этом задним фронтом первого импульса с выхода элемента 24 задержки устанавливается триггер 20.

При выполнении условия (1) устройство переходит в режим отслеживания изменения входного сигнала. При выполнении условия (2) после окончания следующего цикла преобразования производится перезапись кода выделенного экстремума из запоминающего ре-! гистра 2 в регистр 4 экстремальных значений и устройство переходит к выделению минимума. При выполнении условия (3) устройство переключается из режима ожидания окончания по-. мехи в режим ожидания превьш ения минимально допустимого приращения.

При выделении минимума устройство работает .по аналогичному алгоритму. Так, при выполнении условия (2) элемент И 10 открывается и разрешает запись кода текущего значения сигнала U. в запоминающий pei гистр 2, т.е. устройство находится в режиме слежения. При выполнении условия (4) элементы И 6,7 и 10 закрыты выходным сигналом элемента

И 23 и устройство находится в режиме ожидания окончания помехи. При выполнении условия (1) открывается элемент И 7, производится перезапись кода минимума из регистра 2 в регистр 4 и устройство переходит к выделению максимума.

B процессе работы устройства осуществляется датирование каждого экстремума. Для этого в момент времени, когда в запоминающий регистр

2 производится запись кода значения сигнала, проверяемого на экстремальность,в запоминающий регистр 25 производится запись кода момента времени измерения этого значения.

Если значение сигнала, проверяемого на экстремальность, оказалось действительным экстремумом, то оно переписывается в регистр 4 экстремальных значений и выводится как экс-.!

1 153 тремум. При этом код момента времени измерения этого значения переписывается из запоминающего регистра

25 в регистр 26 времени и выводится как момент времени измерения экстремума.

9673

12 выход регистра экстремальных значений является выходом кода экстремума устройства, а второй и третий— выходами вида экстремума, второй вход второго элемента ИЛИ, входы сброса запоминающего регистра и регистра экс. тремальных значений соединены с вхо1О

Формула изобретения

1. Устройство для выделения экстремумов, содержащее аналого цифровой преобразователь, запоминающий регистр, арифметико-логический блок, регистр экстремальных значений, триггер, пять элементов И, два элемента

ИЛИ и два элемента задержки, причем аналоговый вход устройства подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, первый выход которого подключен к первому входу запоминающего регистра и к первому входу арифметико-логического блока, второй выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу первого элемента задержки, выход -запоминающего регистра подключен к второму входу арифметико-логического блока и к первому входу регистра экстремальных значений, первый логический выход арифметико-логического блока подключен к первому входу первого элемента И, а второй логический, выходк первому входу второго элемента И, выход церваго элемента И подключен к второму входу регистра экстремальных значений и к первому входу третьего элемента И, выход второго элемента И подключен к третьему входу регистра экстремальных значений и к первому входу четвертого элемента И, выход третьего элемента И подключен к Я-входу триггера и к первому входу первого элемента ИЛИ, выход четвертого элемента И подключен к первому входу второго элемента

ИЛИ и к второму входу первого элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ подключен к четвертому входу регистра экстремальных значений и через второй элемент задержки — к синхронизирующему выходу устройства, выход второго элемента ИЛИ подключен к R-входу триггера, прямой и инверсный выходы триггера подключены к вторым входам второго и первого элеI ментов И соответственно, выход пятого элемента И подключен к второму входу запоминающего регистра, первый

55 дом начальной установки устройства, выход регистра уставки подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к информационному выходу арифметико-логического блока, выход блока сравнения подключен к третьим входам первого и второго элементов И и к первому входу пятого элемента И, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены второй запоминающий регистр, второй арифметико-логический блок, второй блок сравнения, второй триггер, второй регистр уставки, шестой и седьмой элементы И и третий элемент задержки, причем первый выход аналого-цифрового преобразователя дополнительно подключен к первым входам второго запоминающего регистра и второго арифметико-логического блока, выход второго запоминающего регистра подключен к второму входу второго арифметико-логического блока, выход которого подключен к первому

b входу второго блока сравнения, выход

\ второго регистра уставки подключен к второму входу второго блока сравнения, первый выход второго блока сравнения подключен g первому .вхрду шестого элемента И и J-входу второго триггера, второй выход второго блока сравнения подключен к первому входу седьмого элемента И, выход которого подключен к R-входу второго триггера, К-вход которого подключен к шине логического "нуля устройства, выход второго триггера подключен к второму входу шестого элемента И, выход которого подключен к четвертым входам первого и второго элементов И и к второму входу пятого элемента И, выход первого элемента задержки подключен к второму входу седьмого элемента И и к входу третьего элемента задержки, выход третьего элемента задержки подключен к вторым входам третьего и четвертого элементов И и тактовому входу второго триггера, к третьему входу пятого элемента И и к второму входу второго

73

Фиг.2

Составитель Г. Козуля

Техред М.Ходанич Корректор М.IHapoast

Pедактор М. Питкина

Тираж 545 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Заказ 215

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, Ул. rarapHHa,101

13 15396 запоминающего регистра, вход начальной установки устройства дополнительно подключен к входу сброса второго запоминающего регистра и к S-входу второго триггера.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения датирования каждого экстремума, в него введены третий запоминающий регистр и регистр времени, причем первый вход третьего запоминающего регистра подключен к цифровому входу устройства, второй

1 вход подключен к выходу пятого элемента И, а вход сброса — к входу начальной установки устройства, выход третьего запоминающего регистра подключен к первому входу регистра времени, второй вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, а вход сброса — к входу начальной установки устройства, выход регистра времени подключен к выходу индикации момента времени измерения экстремального значения устройства, а второй выход аналого-цифрового преобразователи подключен к выходу устройства для синхронизации базы времени.