Устройство для извлечения квадратного корня из суммы квадратов двух величин

 

Устройство для извлечения квадратного корня из суммы квадратов двух величин предназначено для использования в аналоговых вычислительных машинах и устройства автоматики для решения задач преобразования координат и определения модуля, в частности в сейсмологии при обработке сигналов от многокомпонентных сейсмометров. Сущность изобретения: .устройство содержит два блока выделения модулей (1,2), блок селекции максимального и минимального сигнала (3), сумматор (6), блок деления (4), управляемый делитель напряжения (5), причем выходы блоков выделения модуля соединены с двумя входами блока селекции максимального и минимального сигналов, выходы последнего соединены: первый соединен с первым входом сумматора и с первым входом блока деления , второй соединен через управляемый делитель напряжения со. вторым входом сумматора и со вторым входом блока деления , выход которого соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения. 1 ил.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 06 G 7/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (l OCflATEHT CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 5018486/24 (22 03.09.91 (46 30.08.93.Бюл;М 32 (76 Б.Г.Келехсаев (56 Авторское свидетельство СССР

N. 957228, кл. G 06 G 7/20, 1982. . Авторское свидетельство СССР

М -1495824, кл. G 06 G 7/20, 1987. (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ . КВАДРАТНОГО КОРНЯ ИЗ СУММЬ! КВАДРАТОВ ДВУХ ВЕЛИЧИН (5?I Устройство для извлечения квадратного корня из суммы квадратов двух величин предназначено для использования в аналоговых вычислительных машинах и устройства автоматики для решения задач преобразования координат и определения модуля, в частности в сейсмологии при об„„5UÄÄ 1838821А3 работке сигналов от многокомпонентных сейсмометров. Сущность изобретения:,устройство содержит два блока выделения модулей (1,2), блок селекции максимального и минимального сигнала (3). сумматор (6), блок деления (4), управляемый делитель напряжения (5), причем выходы блоков выделения модуля соединены с двумя входами блока селекции максимального и минимального сигналов, выходы последнего соединены: первый соединен с первым входом сумматора и с первым входом блока деления, второй соединен через управляемый делитель напряжения со, вторым входом сумматора и со вторым входом блока деления, выход которого соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения. 1 ил.

1838821

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, а именно к устройствам извлечения квадратного корня из суммы квадратных двух величин и может быть использовано в аналогичных вычислительных машинах и устройствах автоматики при решении задач преобразования координат, определения модуля вектора, в частности оно может быть использовано в сейсмологии при обработке сигналов от многокомпонентных сейсмометров, Целью изобретения является уменьшение погрешности преобразования.

Функциональная схема устройства представлена на чертеже.

Устройство содер>кит; — блок выделения модуля 1 сигнала

/Ux/, подключенный к входу устройства по сигналу Ux, — блок выделения модуля 2 сигнала !

0у!, подключенный к входу устройства по сигналу Uy,. — блок селекции 3 максимального и минимального сигнала из Uxl и /Uy/, к двум входам которого подключены выходы блока выделения модулей 1 и 2; — блок деления 4, к первому входу которого подключен первый выход блока селекции 3 по максимальному сигналу, ко второму входу второй выход блока селекции

5 по минимальному сигналу; — управляемый делитель напряжения 5, к первому входу которого подключен выход блока селекции 3 по минимальному сигналу, а ко второму входу подключен выход блока деления 4; — двухвходовый сумматор 6, который может быть построен на операционном усилителе 7 с резистором 10 в цепи обратной связи, вход операционного усилителя 7 через резистор 8 соединен с выходом блока селекции 3 по максимальному сигналу, а через резистор 9 соединен с выходом делителя напряжения 5, второй вход операционного усилителя 7 заземлен, Устройство работает следующим образом.

Блоки выделения модулей 1 и 2 выделяют модули /Ux/ и /Uy/ поступа ощих сигналов Ох и Uy, эти сигналы поступают каждый на свой вход блока селекции 3, который сравнивает эти сигналы и выделяет на первом выходе максимальный из этих двух сигналов, как, например, в приводимом

IlPVIMePe — /Ux! упах. а На ВТОРОМ ВЫХОДŠ— минимальный по амплитуде сигнал—

/Uy/ п.л в приводимом примере. Максимальный и минимальный сигналы поступают на соответствующие входы блока

f а= К(у К +1-К) для К>1 (4) Коэффициент К меняется произвольно, так как напряжение Ux u Uy могут принимать различные значения, поэтому для простоты положим К=1 и из (4) определим коэффици45 н а. а=0,4142.

При таком значении коэффициентов К и а будет выполняться равенство

U x+ 0 у= U/max+ а К . (5)

2 2 10Imin

Как видно в этом равенстве (5), в модулях напРЯжений /U/max и /U/min Опущены индексы х и у, так как рассу>кдения, аналогичные вышеприведенным, могут быть проведены для случая, когда /Uy/>/Ux/ и блок селекции 3 выделяет максимальный и минимальный сигналы при любом соотношении амплитуд напряжений Ux u Uy. деления 4, с выхода которого напряжение, соответствующее отношению этих напряIUxImax жений — К=, поступает на управляю1 y l min щий второй вход управляемого делителя напряжения 5, на первый вход которого поступает минимальный из выделенных сигналов — /0у/min. С выхода управляемого делителя напряжения 5 сигнал Иу/ min /K поступает на второй вход сумматора 6, на

его певый вход поступает напряжение максимальной величины с первого выхода блока селекции 3 -/Ux/max. Сигналы /Ux/max u

/Uylmin/Ê суммируются с определенными коэффициентами, задаваемыми соотношением резисторов 8,9,10 на входе в обратной связи операционного усилителя 7.

Покажем, что сумма этих напряжений с определенным коэффициентом будет соответствовать корню квадратному из суммы квадратов входных напряжений Ux и Uy, Uz= Ux+Uy (1)

Запишем равенство

U,=lUx/max+ а

IU Imin

К (2) где К=./Ux/max/Uy/min.

Приравняем О и U z и определим коэффициенты К и а из этого уравнения.

Так как в уравнении (1) квадраты напряжений равны квадратам их модулей и для принятого примера /Ux/> /Uy/, то приравнивая равенства (1) и (2), примем

Ux=/Ux/ и Uy=/Uyl .

KUx+a + = Ux а. 0у, откуда получим;

К к- — =И + к, К (3) 1838821 нимальный сигналы при любом соотношении амплитуд напряжений Ux u Uy.

Ниже приведена оценка погрешности вычисления корня квадратного из суммы квадратов напряжений 0» и Uy при выбранном а в функции коэффициента К.

Погрешность определения д значения напряжения U z получим из уравнения (3); д (K+ 0,4142/К, 1) 0 o (6)

К +1

Из уравнения (6) определяем величину К, при которой погрешность д будет максимальна, для чего производную д приравняем к нулю и получим Кэкстр= !

Для Кэкстр= 1 5536 д экстр=-1.48 .

На всем интервале изменения К оТ 1 до

Кэкстр и от Кэкстр до погрешность будет изменяться от 0 до -1,48% и снова до О, Погрешность д=-1,48 означает, что напряжение на выходе сумматора 6 Uz меньше истинного значения Uz максимально1 в 1,0148 раза. Чтобы получить методическую погрешность определения Uz вдвое . меньше, т.е. 0,74 . достаточно увеличить выходной сигнал U z в 1,007 раза. при этом кривая погрешности в выражении (6) сместится вверх по оси ординат (в процентах) на 0,74%.

Такая коррекция выходного сигнала и установка коэффициента а осуществляется выбором сопротивления резисторов в обра тной связи и на входе операционного усили теля 7; — коэффициент передачи сумматора по первому входу с максимальным сигналом

-K j= — =1,007;

: Вю

R8 — коэффициент передачи сумматора по второму входу с максимальным сигналом

R 1о 1,007

К P 4142 2,431, Устройство в принципе позволяет получить методическую погрешность преобразо вания примерно на 30 меньше,,чем в прототипе, то есть меньше 1 . Ho при оценке этой погрешности не учитывалась инструментальная погрешность, которая в заявленном устройстве будет значительно ниже, чем в прототипе уже за счет того, что в Заявленном — двухвходовый сумматор, а в прототипе — трехвходовый и в заявленном для обеспечения требуемой точности преобразования необходимо подбирать три резистора с определенным отношением их сопротивлений, а в прототипе необходимо устанавливать такие соотношения между четырьмя резисторами в сумматоре и устанавливать требуемый коэффициент деления на резисторах в делителе напряжения, что будет вносить дополнительную погрешность, 8 заявленном устройстве блок деления и управляемый делитель напряжения практически не внесут дополнительную инстру10 ментальную погрешность, к ним не предъявляется требование обеспечения высокой точности — для обеспечения погрешности д = 0,7 для этих блоков приемлема погрешность.работы - 2, что вполне осуществимо при практической реализации.

Заявленное устройство имеет более широкие функциональные возможности по сравнению с известными аналогичными устройствами, оно позволяет определить так20 же отношение искомых сигналов, которое является одним из важных параметров при исследовании входных сигналов.

Устройство выполнено на стандартных известных, например в источнике (8), бло25 ках: блоки выделения модулей 1,2 (8г); блок селекции 3 (8д); блок деления 4 (8в); управляемый делитель напряжения 5 (8а); сумматор 6 (8б).

Формула изобретения

Устройство для извлечения квадратного корня из суммы квадратов двух величин, содержащее два блока выделения модуля, входы которых являются входами устройства, блок селекции максимального и минимального сигналов, сумматор, делитель напряжения, выходы блоков выделения модуля соединены с соответствующими входами блока селекции максимального и минимального сигналов, первый выход которого соединен с первым входом сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, в него введен блок деления, а делитель напряжения выполнен управляемым, причем первый и второй выходы блока селекции максимального и минимального сигналов соединены соответственно с первым и вторым входом блока деления, второй выход блока селекции максимального и минимального сигналов через управляемый делитель напряжения соединен с вторым входом сумматора, выход которого является выходом устройства, а вход управления управляемого делителя напряжения подключен к выходу блока деления.