Устройство для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин

 

Устройство для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин предназначено для использования в аналоговых и аналого-цифровых вычислительных машинах, в частности, при обработке низкочастотных и инфранизкочастотных сейсмических сигналов, изменяющихся в широком динамическом диапазоне. Сущность изобретения: устройство содержит два блока выделения модуля (1,2), амплитудный селектор (3), блок деления (4), формирователь импульсов (5), генератор тригонометрических функций (б), блок выборки и хранения (7), управляемый делитель напряжения (8). Входы блоков выделения модулей являются входами устройства. Выходы блоков выделения модулей подключены ко входам амплитудного селе к тора. Выходы амплитудного селектора, подключены к соответствующим входам блока деления. Выход последнего подключен к первому входу формирователя импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом генератора, второй выход которого подключен к первому входу блока выборки и хранения. Второй (управляющий ) вход последнего соединен с выходом формирователя управляющих импульсов, а . выход с управляющим входом управляемого делителя напряжения, информационный вход которого соединен с первым выходом амплитудного селектора. Выход управляемого делителя является выходом устройства . 1 ил. У Б

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 06 G 7/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО CCCP (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 5017923/24 (22) 19.12.91 (46) 30.08.93.Бюл.М 32 (76) Б.Г.Келехсаев (56), Авторское свидетельство СССР N- 955107, кл. G 06 G 7/20, 1982.

Авторское свидетельство СССР hL 441570, кл. 6 06 G7/20,,1972. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ

КОРНЯ КВАДРАТНОГО ИЗ РАЗНОСТИ КВАДРАТОВ ДВУХ ВЕЛИЧИН (57) Устройство для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин предназначено для использования в аналоговых и аналого-цифровых вычислительных машинах, в частности, при обработке низкочастотных и инфранизкочастотных сейсмических сигналов; изменяющихся в широком динамическом диапазоне. Сущность изо-. бретения: устройство содержит два блока выделения модуля {1,2), амплитудный селектор (3), блок деления (4), формирователь имИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах автоматики, использующих функциональные преобразователи, а также в аНалоговых и аналогоцифровых вычислительных машинах, в частности, при обработке низкочастотных и инфранизкочастотных сейемических сигналов, измеренных многокомпонентными сейсмометрами изменяющихся в широком динамическом диапазоне.

Целью изобретения является повышение точности вычисления квадратного корня из разности квадратов двух величин при

5U 1838820А3 пульсов (5), генератор тригонометрических функций {6), блок выборки и хранения (7), управляемый делитель напряжения (8). Входы блоков выделения модулей являются входами устройства. Выходы блоков выделения модулей подключены ко входам амплитудного селектора. Выходы амплитудного селектора, подключены к соответствующим входам блока деления, Выход последнего подключен к первому входу формирователя импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом генератора, второй выход которого подключен к первому входу блока выборки и хранения. Второй (управляющий) вход последнего соединен с выходом формирователя управляющих импульсов, а . выход с управляющим входом управляемого делителя напряжения, информационный вход которого соединен с первым выходом амплитудного селектора. Выход управляемого делителя является выходом устройства. 1 ил. изменении их в широком динамическом диапазоне.

П редлагаемое устройство представлено на чертеже.

Устройство для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин содержит блоки 1 и 2 выделения модулей этих величин, амплитудный селектор 3, блок. деления 4, формирователь импульсов 5, генератор тригонометрических функций 6, блок выборки и хранения 7,.управляемый делитель напряжения 8. . Входы первого 1 и второго 2 блоков вы-. деления модулей являются входами устрой1838820 мального и минимального сигналов, На первом выходе амплитудного селектора получают максимальный сигнал Оэ= !Оаа»1, выбранный из IU»i и IUy I, а на втором выхо5 д{ — минимальный из двух IU»I и IU> l сигнал

Оэ=10гп1п1. Сигналы одного знака Оз и 03, соответствующие IUmaxi и IUm{ni. поступают на входы блока деления 4, с выхода которого снимают. напряжение, пропорциональное

"О отношению

1Uminl < l 0m{nl

< 1 и равное U4+UA

Напря>кение 04 поступает на первый вход формирователя импульсов 5 и является

"5 для него пороговым, На второй вход формирователя 5 поступает косинусоидэльное напряжение 0»(t) с первого выхода генератора

6 тригонометрический функций, Амплитуда этих гармонических колебаний равна 0>, т,е.

20 численно равна. напряжению 04 на выходе блока 4 при 1От{п1=! Оп)а»1, а частота выбирается из условия требуемого быстродействия выполнения одного цикла вычисления. Синусоидальное напряжение той же амплиту25 ды и частоты со второго выхода генератора

6 тригонометрических функций поступает на первый вход блока выборки и хранения

7, а на второй его вход, являющийся управляющим, поступает сигнал управления с вы30 хода формирователя импульсов 5. Когда гармоническое косинусоидальное напряжение О» превышает пороговое напряжение

Ua(04 >0), на выходе формирователя импульсов 5 устанавливается, к прилеру логи35 ческий и0", и блок выборки и хранения 7 осуществляет режим "выборки". В момент времени, когда U» становится равным 04, на выходе формирователя импульсов 5 появляется логическая единица, которая перево40 дит блок выборки и хранения 7 в режим

"хранение", при котором на выходе блока 7 сохраняется напряжение 07, равное значению синусоидального напряжения U{: с выхода генератора 6 тригонометрических

45 функций в момент времени, когда 04=0».

Затем цикл повторяется.

Z= Y -Х sin. а =Y sin (arccos 1 — 1 ) для (2)

Х

Y т.е. результат вычисления Z всегда пропорционален максимальной величине из IXI u

lYI и синусу угла, косинус которого опреде- 50 ляется отношением минимальной величины к максимальной. Указанный способ вычисления реализуется в заявляемом устройстве следующим образом. Входные сигналы, например 0» и Uy, численно равные величинам 55

Х и У, поступают на входы блоков 1 и 2 выделения модулей этих величин, на выходах которых получают сигналы одного знака, равные 01=1 0»1и 02=IUy i, поступающего на входы амплитудного селектора 3 максиства. Выходы блоков выделения модулей подключены к соответствующим входам амплитудного селектора 3. Первый и второй выходы амплитудного селектора 3 подключены соответственно к первому и второму входам блока деления 4, выход последнего подключен к первому входу формирователя управляющих импульсов 5, второй вход которого соединен с первым выходом генератора 6, второй выход которого подключен к первому входу блока выборки и хранений 7, управляющий вход последнего соединен с выходом формирователя импульсов 5, а выход — с первым (управляющим) входом управляемого делителя напряжения 8, второй вход которого соединен с первым выходом амплитудного селектора 3. Выход управляемого делителя напряжения 8 является выходом устройства

В предлагаемом устройстве реализуется выражение

Z=l/Õ -Y2 {1), если /Х/> /Y/

Z=)Y -Х {2), если /Y/> /Х/ .

В выра>кении (1) подкоренное выражение есть квадрат катета прямоугольного треугольника, гипотенуза которого равна

Ixl, а второй катет равен lyI. Аналогично, в выражении(2) подкоренное выражение есть квадрат катета прямоугольного треугольника с гипотенуэой, равной IYI, и вторым катетом, равным IXI. В прямоугольном треугольнике угол между известными гипотенузой и катетом равен а= Glccos 1 †- для (1)

Х а = arccos 1 — I

Х

Y для (2)

Второй неизвестный катет Е равен

Z=,Х -Y =xsiпа =Х sin (arccos — 1 )для(1)

Напряжение 04 имеет всегдя один и тот же знак, например, положительный, поэтому начало импульса Us (режим "хранение") соответствует интервалу времени, когда косинусоидальное напряжение 0» убывает от значения Од до О, а синусоидальное напряжение 0{; возрастает от О до UA за тот же интервал времени Т/4, Интервал времени от начала отсчета, когда 0»-UA, до момента, когда 0»=04, соответствует углу косинус ко1Ол! торого равен. 04/UA(агссоэ !О 1). ! Од1

1838820!

B нашем случае 04=Од, Тогда угол !

Оз! !

О !О а! гссо з =агссоз-,, а н а и ря жеA з иЯ! ние0 гОА sin(arccos ). !

Оз!

Напряжение с выхода блока выборки и хранения Uj поступает на управляющий вход управляемого делителя напряжения 8, Это напряжение От равное 07=ОД, !

О

sin(a rccos ). !

0з!

Таким образом на выходе устройства получают напряжение ! о

Ugyx=U3 $!п(агссо$ ) !

Оз! где U з < Оз, т.е. выходное напряжение проI

Порционально напряжение, максимальному иэ двух величин, и синусу угла, косинус которого определяется отношением минимального напряжения к максимальному, аким образом. в предлагаемом устройстве реагируется выражение

Z=7X -Y =Х з!п(агссоз — ) при /X/ /Y/

Х

r ——

Е=Ч Y -Х = Y sin(arccos — ) при П/

2 2 Х

/Х/

В заявленном устройстве отдельные блоки могут быть выполнены, например, в соответствии со следующими техническими решениями: — блоки выделения модулей 1 и 2 — см. 7 (а), .— амплитудный селектор 3-(7б), — блок деления 4-(7в), — генератор 6 тригонометрических функций - (7г), -блок выборки и хранения 7-(7д), — управляемый делитель напряжения(7е).

Формирователь управляющих импульсов 5 может быть выполнен в виде компаратора, аналогичного (7ж).

В заявляемом устройстве для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин методическая ошибка вычисления равна нулю, т.к. реализуемые в устройстве выражения исключают необходимость аппроксимации нелинейных зависимостей различных функциональных преобразователей, имеющихся в известных технических решениях. Другим преимуществом устройства является то, что амплитуды входных сигналов могут изменяться в

50 второй выходы генератора тригонометриче ских функций соединены соответственно с вторым входом формирователя импульсов и с информационным входом блока выборки и хранения, первый выход амплитудного селектора через управляемый делитель напряжения соединен с выходом устройства. широком динамическом диапазоне. т.к. мак- . симальные значения сигналов на выходах всех блоков устройства по модулю не превышают значения любого максимального входного сигнала, При уменьшении амплитуд входных сигналов погрешности изменяется незначительно, т.к. блоки 1, 2, 3, 6, 7 устройства построены на операционных усилителях с глубокой отрицательной обратной связью, блок деления 4 при использовании, например, логарифмических усилителей способен работать в диапазоне более 60 дб. Амплитуду колебаний íà выходе генератора 6 можно выбрать порядка 10 В, Погрешность порога срабатывания компаратора 5 и погрешность выборки и хранения в блоке 7 не превышают 1 мВ.

Погрешность коэффициента передачи прецизионного управляемого делителя напряжения не более 0,1Я,, Таким образом, заявляемое устройство для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин позволяет осуществлять вычисление без методической погрешности и при случайной погрешности не более 0,1;4, При использовании прототипа методическая погрешность достигает

10%

Фдрмула изобретения

Устройство для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин, содержащее два блока выделения модуля, входы которых являются входами устройства, и амплитудный селектор, первый вход которого подключен к выходу первого блока выделения модуля, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в него введены блок деления, формирователь импульсов, генератор тригонометрических функций, блок выборки и хранения, управляемый делитель напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу блока выборки и хранения, причем второй вход амплитудного селектора подключен к выходу второго блока выделения модуля, а первый и второй выходы — к соответствующим входам блока деления, выход которого соединен с первым входом формирователя импульсов, выход последнего соединен с управляющим входом блока выборки и хранения, первый и

1838820

48utx

Составитель Б,Келехсаев

Техред М.Моргентал Корректор С.Лисина

Редактор

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

Заказ 2926 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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