Интегратор с весовым усреднением сигналов

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, предназначено для интегрирования случайных импульсных биполярных сигналов с весовым усреднением и может быть использовано в геофизической аппаратуре метода переходных процессов. Цель изобретения - повышение точности измерений путем исключения шумов усилителя постоянного тока и упрощение конструкции. Цель достигается путем интегрирования в стробах информационных импульсов и весового усреднения результата интегрирования. Интегратор содержит шестиканальный коммутатор аналоговых сигналов, входы управления которого подключены к выходам распределителя импульсов, усилитель постоянного тока, резистор, интегрирующий и накопительный конденсаторы. Два вывода интегрирующего конденсатора и один вывод накопительного конденсатора через ключи коммутатора соединены с инвертирующим входом и выходом усилителя постоянного тока, другой вывод накопительного конденсатора постоянно подключен к выходу усилителя постоянного тока, а резистор включен между аналоговым входом интегратора и входом одного из ключей коммутатора. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ H А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1(« О

Сд

ЯР

ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР.(21) 4331440/31-25

j(22) 23.11.87

l(46) 07.08.90. Бюл. Р. 29

1(71) Физико-механический институт . м. Г.В.Карпенко ,(72) О.П.Бухало и П.П.Драбич (53) 550.837,621.327.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1г 883760, кл. G 01 R 19/04, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1343378, кл. G 01 V 3/10, 1985.

54) ИНТЕГРАТОР С ВЕСОВЫМ УСРЕДНЕНИМ СИГНАЛОВ 57) Изобретение относится к информав«ионно-измерительной технике, пред1

1 азначено для интегрирования случайных импульсных биполярных сигналов с весовым усреднением и может быть использовано в геофизической аппарат ре метода переходных процессов. Цель и обретения — повышение точности изм рений путем исключения шумов усилиИзобретение относится к информащ онно-измерительной технике, предн значено для интегрирования случай,х импульсных биполярных сигналов с весовым усреднением и может быть использовано в геофизической аппарат «ре метода переходных процессов.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем исключения шумов усилителя постоянного тока и

« уцрощения конструкции интегратора.

На фиг. l приведена структурная схема интегратора на фиг.2 — струк«

У турная схема используемого в интег„„80„„1583859 А1 (51)5 G 01 R 19/04 G 01 V 3/10 теля постоянного тока и упрощение конструкции. Цель достигается путем интегрирования в стробах информационных импульсов и весового усреднения результата интегрирования. Интегратор содержит шестиканальный комл татор аналоговых сигналов, входы управления которого подключены к выходам распределителя импульсов, усилитель постоянного тока, резистор, интегрирующий и накопительный конденсаторы, Два вывода интегрирующего конденсатора и один вывод накопительного конденсатораа чер ез ключи коммутатора соединены с инвертирующим входом и выходом усилителя постоянного тока, другой вывод накопительного конденсатора постоянно подключен к выходу усилителя постоянного тока, а резистор включен между аналоговым входом интегратора и входом одного из ключей коммутатора. 3 ил.

I раторе распределителя импульсов; на фиг. 3 — диаграммы сигналов, поясняющие работу интегратора. . Интегратор содержит распределитель 1 импульсов, резистор 2, коммутатор 3 аналоговых сигналов, усилитель 4 постоянного тока, интегрирующий конденсатор 5, накопительный конденсатор 6, входную клемму 7 синхронизации, входную клемму 8 аналоговых сигналов и выходную клемму 9, - ричем шесть выходов 10-15 распреде— лителя 1 импульсов соединены с шестью входами управления коммутатор» 3 ана1583859 логовых сигналов, вход распределителя 1 импульсов подключен к входной клемме 7, первый и второй аналоговые входы коммутатора 3, а также один вы- 5 вод накопительного конденсатора 6 подключены к выходу усилителя 4 пос" тоянного тока, соединенному также с выходной клеммой 9, третий, четвертый и пятый аналоговые входй коммутатора 3 соединены с инвертирующим входом усилителя 4 постоянного тока и шестым выходом коммутатора 3, резистор 2 включен между входной клеммой 8 и шестым аналоговым входом ком- 15 мутатора 3, один выход интегрирующего конденсатора 5 соединен с первым и третьим выходами коммутатора 3, второй вывод конденсатора 5 подключен к второму и четвертому йыходу коммутатора 3, второй вывод накопительного конденсатора 6 соединен с пятым выходом коммутатора 3, а неинвертирующий вход усилителя 4 подключен к общей шине интегратора. 25

Распределитель 1 импульсов содержит выпрямитель 16, диод 17, резистор 18, первый 19 и второй 20 одновибраторы, первый триггер 21, первый

22 и второй 23 элементы совпадений, 30 инвертор 24, дифференцирующий элемент 25, второй триггер 26, третий

27 и четвертый 28 элементы совпадений, причем вход выпрямителя 16 и один вывод диода 17 соединены с входной клеммой 7 устройства, выход выпрямителя 16 соединен с входом первого. одновибратора 19 и счетным входом триггера 21, второй вывод диода 17 подключен к первому выводу резистора

18 и установочному входу первого триггера 21, второй вывод резистора

18 подключен к общей шине устройства, выход первого одновибратора 19 соединен с входом второго одновибратора 45

20, инверсный выход которого является шестым выходом 15 распределителя

1, а прямой выход подключен к первым входам первого 22 и второго 23 элементов совпадений, вторые входы кото- 50 рых соединены соответственно с пряжам и инверсным выходами триггера 21, выход первого элемента 22 совпадений непосредственно и через инвертор 24 подключен соответственно к четвертому 13 и пятому 14 выходам распредели1 теля 1, а также к первому входу третьего элемента 27 совпадений непосредственно и через дифференцирующий элемент 25 к установочному входу второго триггера 26, выход второго элемента 23 совпадений соединен со счетным входом второго триггера 26, первым входом четвертого элемента

28 совпадений и третьим выходом 12 распределителя 1, вторые входы элементов 27 и 28 совпадений подключены к инверсному выходу второго триггера 26, а их выходы - соответственно к первому 10 и второму 11 выходам распределителя 1 импульсов.

Работу интегратора (фиг.3) поясняют диаграмма 29 подлежащего измерению сигнала, поступающего на входную клемму 7, диаграмма 30 синхронизирующего сигнала, из которого форми" руются сигналы управления в распределителе 1 импульсов, диаграмма 31 сигнала на выходе одновибратора 19, диаграммы 32 и 33 сигналов на прямом и инверсном выходах одновибратора 20, диаграммы 34-36 сигналов на выходах соответственно элементов 22 и 23 и инвертора 24, диаграмма 37 сигнала на выходе триггера 26 и диаг раммы 38 и 39 сигналов на выходах элементов 27,и 28.

Интегратор работает следующим образом.

На входную клемму 8 поступает биполярная последовательность импуль-. сов, подлежащих измерению (диаграмма 29), а на,входную клемму 7— синхронизирующие импульсы (диаграмма 30), причем полярность подлежащих измерению и синхронизирующих импульсов одинакова. Распределитель 1 формирует на своих выходах !0-15 последовательности импульсов, показан" ные соответственно на диаграммах 38, 39, 35, 34, 36 и 33. Из этих диаг" рами следует, что в исходном состоянии открыты первый, второй и пятый каналы коммутатора 3, так как íà его соответствующих входах управления присутствует потенциал логического

«О«, По приходу положительных информационного и синхронизирующего импульсов закрывается второй и пятый, а открываются четвертый и шестой каналы коммутатора 3. В итоге конденсатор 6 отключается на время из ч цепи отрицательной обратной связи усилителя 4, а вместо него включается конденсатор 5. Последний на протяжении времени. „заряжается

1583859 через резистор 2 и открытые первый и.четвертый каналы коммутатора 3 от входного напряжения A(t) током где R — сопротивление резистора 2.

По окончании импульса 8 „конденсатор 5 отключается от усилителя

4, вместо него включается конденсатор 6, На отключенном конденсаторе

5 сохраняется заряд

et Lff л< >а(с), 1

t где j — номер интегрируемого импульса до прихода отрицательного информационного импульса, По приходу отрицательных информационного и синхронизирующего импульсов конденсатор 6 остается подключенным в цепь отрицательной обратной связи. усилителя 4, куда также на время „ подсоединяется через второй и третий открытые каналы коммутатора 3 конденсатор 5. На подключенных конденсаторах устанавливается напряжение

55

30.ц 9.1

С,+С вЂ” С,v(j), где V(j) — выходное напряжение.

Следовательно, напряжение на конденсаторе 6 изменится на величину где С, и С 2 — емкости конденсаторов .

5и6.

Далее на протяжении действия импульса конденсаторы доэаряжаются током i. В момент окончания дейи ствия импульса и двум конденсаторам сообщается заряд 2q 40

По окончанию импульса ь „конденсатор 5 отключается от усилителя 4 и закорачивается открытыми первым и вторым каналами коммутатора 3. Таким образом, с поступившегО заряда 2о вычитается заряд q" - С,U(j), (где5

U(j) — напряжение на выходе усилителя

4), т.е, конденсатору 6 за один период следования информационных импульсов сообщается заряд 50 л

q = 2q - q". = — — f A(t)dt

1 j R.

2 " С1.

Дц . = — — — - ) A(t)dt — — — ц(3), .5 RC 2 (1)

Далее аписа.пый процесс будет многократно повторяться.

Решение разностного уравнения (I ) при начальном условии Ц(0) = Uo имеет вид

"н

U(j) = — — — ) A(t)dt.(1

RC

- (1 — — -) U (1 — — — )

С,5 С1

С,, 0 С, В установившемся режиме при выполнении условия устойчивости 1

С (! напряжение на конденсаС2 торе 6 равно

psß„

U() - — — — A(t)dt

RC

t т.е. линейно зависит от измеряемой в ели чины.

Принцип действия распределителя 1 з аключается в следующем, При поступлении на входную клемму 7 устройства разнополярных синхроимпульсов (диаграмма 30, фиг.3) на выходе выпрямителя 16 формируется однополярная последовательность импульсов, поступающая на вход одновибратора 19 и счетный вход триггера 2!. В результате на выходе одновибратора 19 образуется импульсная последовательность, представленная на диаграмме 31 (фиг.3) . Задним фронтом импульсов с выхода одновибратора

19 запускается одновибратор 20 и на его прямом и инверсном выходах формируются импульсные последовательности, представленные на диаграммах 32 и 33 (фиг. 3) соответственно.

На прямом и инверсном выходах триггера 21 вырабатываются коммутирующие импульсы, поступающие на первые входы элементов 22 и 23, на вторые входы которых подается сигнал с прямо"о выхода одновибратора 20, В результате на выходе элемента

22 появляется импульсная последовательность, представленная на диаграм— ме 34 (фиг,3), а на выходе элемента

23 †. последовательность импульсов, показанная на диаграмме 35 (фиг.3).

С помощью дифференцирующего элемента

25 выделяется отрицательный фронт

Hanyax s c| a Ha 3brxoge элемент «22 ° Си гнал с выхода элемента 25 подается на вход установки в "0" триггера 26,на счетный вход которого подаются импульсы с выхода элемента 23, В итоге на инверсном выходе триггера 26 формируется сигнал, изображенный на диаграмме 37 (фиг.3), который поступает на первые входы элементов 27 и 28 10 совпадений. На вторые входы элементов 27 и 28 подаются импульсы напряжения с выходов элементов 22 и 23 совпадений. Выходные сигналы элемен" тов 27 и 28 иллюстрируются диаграм- 15 мами 38 и 39 (фиг.3) Таким образом, на выходах 10-15 распределителя 1 формируются импульсы управления работой коммутатора 3.

2О

Интервал усреднения входных значений сигнала 3 адает ся соо тношени ем дозирующего и накопительного конденс саторов, в частности при -- = 1

С переходной процесс заканчивается за один цикл работы устройства; при

С1 — — = 0 5 за 10 циклов с точностью

0,1%- при — -1 - -= 0,9, за четыре, 2 цикла с погрешностью 0,01% при

С 1

= 0,1 за 60 циклов с погрешС

С ностью 0 07%- при — 1 — = 0 05 за е о у

С 35

100 циклов с точностью 0,4% и т.д.

Предлагаемый интегратор, как и известный интегрирует на заданном интервале времени последовательность 40 разнополярных импульсов и усредняет результат интегрирования по весовой функции. Однако в нем исключено влияние шумов одного усилителя постоянного тока, за счет чего повышается точ- 45 ность. Измерений, и он более прост по конструкции.

Формула иэ обретения

Интегратор с весовым усреднением сигналов, содержащий распределитель импульсов коммутатор аналоговых сигналов, состоящий из шести аналоговых ключей, входы и выходы которых служат входами и выходами коммутатора аналоговых сигналов, интегрирующий и накопительный конденсаторы, р езистор и усилитель постоянного тока, причем вход распределителя импульсов служит синхронизирующим входом интегратора, к выходам распределителя импульсов подключены шесть входов управления коммутатора аналоговых сигналов, выход усилителя постоянного тока, служащий выходом интегратора, подключен к первому и второму аналоговому входу коммутатора аналоговых сигналов, к инвертирующему входу усилителя постоянного тока подключены третий и четвертый аналоговые входы коммутатора аналоговых сигналов, а неинвертирующий вход подключен к общей шине интегратора, один вывод интегрирующего конденсатора соединен с первым и третьим выходом коммутатора аналоговых сигналов, к второму и четвертому выходам которого подключен второй вывод интегрирующего конденсатора, а аналоговым входом чнтегратора служит первый вывод резистора, о т л и ч а ю щ и й" с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем исключения шумов усилителя постоянного тока и упрощения конструкции, второй вывод резистора соединен с шестым аналоговым входом коммутатора аналоговых сигналов, пятый вход и шестой выход которого соединены с инвертирующим входом усилителя постоянного тока, а между пятым выходом коммутатора аналоговых сигналов и выходом усилителя постоянного тока включен накопительный конденсатор.

1583859

Фиг.!

1583859

Составитель В.Попов

Техред Л.Сердюкова Корректор 0.Кравцова

Редактор А.Козориз

Заказ 2252 Тираж 5б8 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCP

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101