Устройство селекции выбросов случайных процессов

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для определения экстремальных значений выбросов случайных процессов. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет автоматического изменения уровней дискриминации в соответствии с изменением входного сигнала. Устройство содержит компараторы верхнего и нижнего уровней, генератор ступенчатого напряжения, инвертор, RS-триггеры, схемы сдвига уровней, формирователи переднего фронта, схемы задержки. 3 ил.

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для определения экстремальных значений выбросов случайных процессов при амплитудной селекции.

Известно устройство для дискриминации импульсов (авторское свидетельство СССР № 708501, кл. Н03К 5/20, 07.10.84), содержащее логические элементы И, ИЛИ и компараторы. Недостатком данного устройства является низкая помехозащищенность, обусловленная тем, что при пересечении уровня дискриминации возникают ложные выбросы, вызванные наложенной на сигнал помехой.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является «Амплитудный дискриминатор» (авторское свидетельство СССР № 1173387, кл. G05В 1/01, Н03к 5/24, 15.08.85).

Устройство содержит пороговые элементы начального, нижнего и верхнего уровней, входами подключенные к информационной шине, элемент И, выход которого соединен с выходной шиной, RS-триггер, инверсный выход которого подключен к первому входу элемента И, формирователь заднего фронта, выходом соединенный с вторым входом элемента И, дополнительный RS-триггер, инверсный выход которого соединен с выходом формирователя заднего фронта, а нулевой вход - с выходом порогового элемента начального уровня, первый и второй инверторы, входы которых подключены к выходам пороговых элементов нижнего и верхнего уровней соответственно, а выходы - к единичным входам дополнительного RS-триггера и RS-триггера соответственно, элемент задержки, вход которого подключен к второму входу элемента И, а выход - к нулевому входу RS-триггера.

Достоинством данного устройства является высокая помехозащищенность к помехам типа «дребезг» за счет исключения ложных импульсов на выходе дискриминатора, обусловленных, например, шумовой помехой, наложенной на обрабатываемый сигнал. Однако недостатком данного устройства является узкий диапазон амплитуд селектируемого сигнала, определяемый заданными значениями уровней дискриминации пороговых элементов нижнего и верхнего уровней.

Целью заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей за счет автоматического изменения уровней дискриминации в соответствии с изменением входного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее пороговые элементы верхнего 1 и нижнего 2 уровней, связанные первыми входами с входом устройства 3, первый 6 и второй 7 RS-триггеры, инвертор 5 и элемент задержки 13, соединенный выходом с входом установки в ноль второго RS-триггера, причем вход установки в единицу первого RS-триггера 6 соединен через инвертор 5 с выходом порогового элемента 2 нижнего уровня, введены первый 10 и второй 11 формирователи переднего фронта, дополнительный элемент задержки 12, генератор ступенчатого напряжения 4, первая 8 и вторая 9 схемы сдвига уровней, входы которых соединены с выходом генератора ступенчатого напряжения 4, а выходы - с вторыми входами пороговых элементов нижнего 2 и верхнего 1 уровней соответственно, вход установки в единицу второго RS-триггера 7 соединен с выходом порогового элемента верхнего уровня 1, а прямой выход - через второй формирователь переднего фронта 11 соединен с суммирующим входом генератора ступенчатого напряжения 4, вычитающий вход которого подключен к прямому выходу первого RS-триггера 6 через формирователь переднего фронта 10, при этом вход установки в ноль первого RS-триггера 6 через дополнительный элемент задержки 12 соединен с вычитающим входом генератора ступенчатого напряжения 4, суммирующий вход которого подсоединен к входу элемента задержки 13, информационные выходы генератора ступенчатого напряжения 4 являются выходом устройства 14.

Функциональная схема устройства представлена на фиг.1. Пример выполнения генератора ступенчатого напряжения и схемы сдвига уровней представлены на фиг.2 и 3.

Устройство селекции выбросов случайных процессов работает следующим образом.

В исходном состоянии RS-триггеры 6 и 7 обнулены. На выходе генератора ступенчатого напряжения фиксируется нулевой уровень. Входной сигнал с информационной шины 3 возрастает от нуля. Уровень напряжения на вторых входах пороговых элементов верхнего 1 и нижнего 2 уровней определяется числом n прямосмещенных диодов 20 в схемах сдвига уровней 8 и 9. Число диодов 20n₂ в схеме сдвига уровня 9 всегда превышает число n₁ в схеме сдвига уровня 8(n₂>n₁), так что уровень U₁ потенциала на втором входе порогового элемента нижнего уровня 2 ниже уровня потенциала U₂ порогового элемента 1 верхнего уровня ΔU=U₂-U₁ или в общем случае ΔU=U_i+1-U_i. При достижении входным сигналом уровня U₁ на выходе порогового элемента нижнего уровня 2 появится высокий потенциал, однако благодаря инвертору 5 RS-триггер 6 останется в прежнем состоянии (перепад с высокого потенциала на низкий). По мере роста входного сигнала он достигнет верхнего уровня U₂. На выходе порогового элемента верхнего уровня 1 появится высокий потенциал, который переведет RS-триггер 7 во второе устойчивое состояние, при котором на его прямом выходе появится высокий потенциал. Прямоугольный импульс, сформированный формирователем 11 по переднему фронту, поступит на суммирующий вход генератора ступенчатого напряжения 4 (фиг.2). Этот импульс записывается в реверсивный счетчик 15 и на выходе первого разряда счетчика 15 появится высокий потенциал, вследствие чего на выходе операционного усилителя 17 напряжение повысится на одну ступень. Это напряжение через схемы сдвига уровней 8 и 9 приложится ко вторым входам пороговых элементов верхнего 1 и нижнего 2 уровней, и на выходе порогового элемента 1 верхнего уровня потенциал станет низким. Время задержки τ элемента 13 (12) выбрано достаточным, чтобы осуществился возврат порогового элемента 1 в исходное состояние, что исключает эффект «состязаний».

RS-триггер 7 вернется в исходное состояние благодаря импульсу, подаваемому с выхода формирователя переднего фронта 11 через элемент задержки 13 на вход R установки в ноль RS-триггера 7. Если входное напряжение повышается, то аналогичный процесс повторяется в той же последовательности. Как только входное напряжение достигнет максимума, оно начнет понижаться и при пересечении нижнего уровня порогового элемента 2 RS-триггер 6 перейдет во второе устойчивое состояние, при котором на его прямом выходе появится высокий потенциал. Прямоугольный импульс по переднему фронту, выделенный формирователем 10, попадет на вычитающий вход генератора ступенчатого напряжения 4, то есть на вычитающий вход реверсивного счетчика 15, состояние которого понизится на единицу, вследствие чего напряжение на выходе операционного усилителя 17 понизится на одну ступень. Это приведет к снижению потенциалов на вторых входах пороговых элементов верхнего 1 и нижнего 2 уровней. По окончании переходного процесса RS-триггер 6 вернется в исходное состояние благодаря обратной связи с выхода формирователя 10 через элемент задержки 12 на вход R установки в ноль RS-триггера 6. Процесс будет повторяться в той же последовательности в фазе снижения входного сигнала.

Устройство для селекции выбросов случайных процессов позволяет фиксировать все фазы случайного процесса на расстоянии ΔU=U_i+1-U_i по уровню. Для регистрации экстремальных значений выбросов случайных процессов автоматически достаточно зафиксировать моменты перехода RS-триггеров в исходные состояния, например, RS-триггера 6 при нарастании входного напряжения, либо RS-триггера 7 при его уменьшении.

Устройство селекции выбросов случайных процессов, содержащее пороговые элементы нижнего и верхнего уровней, первые входы которых соединены с входом устройства, первый и второй RS-триггеры, инвертор и элемент задержки, соединенный с входом установки в ноль второго RS-триггера, выход порогового элемента нижнего уровня через инвертор подсоединен к входу S установки в единицу первого RS-триггера, отличающееся тем, что в него введены первый и второй формирователи переднего фронта, соединенные с прямыми выходами первого и второго RS-триггеров соответственно, дополнительный элемент задержки, генератор ступенчатого напряжения, содержащий реверсивный счетчик, вычитающий вход которого подключен к выходу первого формирователя переднего фронта и входу дополнительного элемента задержки, суммирующий вход реверсивного счетчика подключен к выходу второго формирователя переднего фронта и к входу элемента задержки, выход дополнительного элемента задержки подсоединен к входу установки в ноль первого RS-триггера, причем вход установки в единицу второго RS-триггера подсоединен к выходу порогового элемента верхнего уровня, первая и вторая схемы сдвига уровней, соединенные своими выходами со вторыми входами пороговых элементов нижнего и верхнего уровней соответственно, а входами - с выходом генератора ступенчатого напряжения, информационные выходы которого являются выходом устройства.