Способ анализа формы импульсного сигнала и устройство для его осуществления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<и«911348 (61).Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 250479 (21) 2753165/18-21 ($1)M Nn з с присоединением заявки ¹ 2752423/18-21

G 01 В 19/04

Государственный комитет

СССР. по делам изобретений и открытий (23) Приоритет —

Опубликовано 07.0382. Бюллетень ¹ 9

Дата опубликования описания 010382

Р4УДК 621.317, .7(088.8) (72) Авторы изобретения

Л.Г.Пахомов и, В.Г.Эенов

« ) ::Ь 4

° i

Научно- исследовательский и э к сп ефтвненталь цЫй и нс т и у т автомобильного электрооборудования и ав топри ор в (71) Заявитель (54) СПОСОБ АНАЛИЗА ФОРМЫ ИМПУЛЬСНОГО СИГНАЛА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к способам и .устройствам для анализа формы импульсных напряжений.

Известен способ анализа Формы импульсного сигнала и устройство для его реализации, содержащее электрическую цепь с распределенными параметрами, имеющую один вход и несколько выходов. Анализатор служит для распознавания специальных. распредели телей импульсов, представленных Формой входной волны. Импульсное напряжение, поступающее на вход «аспределенной электрической цепи, создает на вы- 15 ходах этой цепи напряжения, которые усиливаются соответствующими каскадами и поступают на вход сумматора. Характеристики усилителей строго соответствуют заданной известной форме вол-20 ны. Входное напряжение сумматора является количественной мерой правдоподобия worq, что входное импулъсное напряжение соответствует заданной

Форме. Так, при использовании в ка- 25 честве цепи с распределенными параметрами однородного RC-филътра и логарифмических усилителей анализатор определяет, в какой степени входная волна соответствует известной иэ тео- 30 рии вероятностей Функции распределения Пуассона (11.

Недостатком указанного технического решения является то, что оно не позволяет регистрировать произвольную форму волны при непериодическом, в частности однок«затном входном сигнале.

Цель изобретения †. расширение фун- кциональных возможностей за счет анализа импульсного сигнала произвольной полярности и Формы, в том числе и однократного.

Эта цель достигается тем, что согласно способу анализа Форьы импульсного сигнала, основанному на измерении напряжения в различных точках цепи с распределенными параметрами,спо,собной рассеивать, отражать или поглощать энергию электрической волны, измеряют максимальные эначения напряжения и регистрируют их распределение в зависимости от удаления точек измерения от входа цепи. (Форма распределения максимумов напряжения вдоль цепи является источником информации о распределении уровней входного импульсного напряжения по их длительности, чем и обеспечивается аиалиэ формы импулъсного сигнала) .

911348

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее цепь с распределенными параметрами, способную рассеивать, отражать или поглощать энергию электрической волны, имеющую один вход и несколько выходов, и сум- 5 матор, введены дополнительная цепь с распределенными параметрами, имеющая один вход и несколько выходов, Фильтр постоянной составляющей, пиковые детекторы и многопозиционный переключа- 0 тель, причем выход импульсного сиг-! нала фильтра постоянной составляющей соединен с входами цепей с распределенными параметрами, входы пиковых детекторов соединены с соответствующи 15 ми выходами цепей с распределенными параметрами, выходы пиковых детекторов — c соответствующими входами многопозиционного переключателя,выход которого соединен с одним из 20 входов сумматора, а выход постоянной составляющей Фильтра соединен с вторым входом сумматора.

Анализ редко повторяющихся, слабо периодических и, в частности, однократных сигналов сложной Формы, содержащих постоянную составляющую и импульсы обеих полярностей, становится возможным после выделения Фильтром импульсной составляющей и ее преобразования с помощью распределен30 ных цепей и пиковых детекторов с последующим синтезом отдельных точек искомых распределений положительных и отрицательных импульсов с учетом постоянной составляющей.

На Фиг. 1 изобретен предлагаемый способ анализа) на Фиг. 2 приведен. примерный вид входного напряжения, его вольтсекундная характеристика и распределение максимумов напряжения 40 в цепи; на Фиг. 3 показан конкретный вариант электрической цепи с распределенными параметрами; на фиг. 4 примерный вид распределения максимумов напряжения, получаемого в этой 45 цепи при входных прямоугольных импульсах различной длительности; на фиг.5 приведена блок-схема устройства-анализатора, реализующего предлагаемый способ; на Фиг. 6 - граФи- 50 ки, поясняющие принцип его действия.

Способ анализа состоит в следующем.

Импульсное напряжение подается на вход распределенной электрической цепи 1. Так как элементы этой цепи рассеивают, отражают или поглощают энергию входного импульса, то импульс испытывает искажение, которое в данном случае является полезным и служит источником информации о форме импульсного напряжения.Чем длительнее импульс, тем дальше от входа цепи распространяется его влияние.

При соответствукицем распределении элементов цепи, распределение макси- 65 мумов напряжения в ней оказывается подобным вольтсекундной характеристике входного импульсного напряжения.

Это распределение обнаруживается с помощью пиковых детекторов 2, измеряющих максимумы напряжения в произвольных точках цепи. При этом необходимо также знать расстояния Х от входа 3 цепи до точек 4 и 5 (выходы положительной полярности цепи 1), в которых измеряются максимумы. Под расстоянием следует понимать электрическую длину линии, измеряемую временем распространения сигнала от входа цепи до точки измерения, которая только в частном случае может соответствовать геометрической длине.Диапазон длительностей реальных импульсов, как правило, бывает очень широким.

Поэтому вольтсекундную характеристику целесообразно стройть в полулогарифмических координатах, чтобы с достаточной подробностью отразить структуру импульсного напряжения (фиг.2).

Конкретный вариант выполнения распределенной электрической цепи(Фиг.З) представляет собой в общем виде нелинейный неоднородный распределенный электрический фильтр, обладающий, по крайней мере, одним из указанных свойств. Возможны и упрощенные варианты выполнения фильтра, например, в виде обычного RC-фильтра, обладающего только одним свойством рассеяния. Другой упрощенный вариант представляет собой неоднородный LC-фильтр.

Неоднородность, точнее прогрессивное изменение величины параметров фильтра в этом случае принципиально необходимо, поскольку единственно возможным является только эффект отражения электрической волны. Однородный LC-фильтр представлял бы собой обычную линию задержки и не смог бы обеспечить требуемое преобразование импульсного напряжения. Наконец, возможен и упрощенный вариант нелинейного фильтра — ЬС-фильтр, хотя бы и однородный, но с диодами, включенными последовательно с емкостными элементами фильтра. В этом случае действует только механизм поглощения энергии электрической волны в емкостных элементах, блокируемых обратно смещенными диодами.

Распределение напряжения, получаемое в реальном фильтре при прямоугольных входных импульсах различной длительности .(фиг. 4), дает представление о точности преобразования.Глубина проникновения в линию прямоугольного импульса с амплитудой Е и длительностью Т может быть оценена из условия баланса энергии. Энергия, переданная в линию

W()= U 1 Т = Е -в- Т

Е Т1/С,/ь

911348

Имеем

Формула изобретения равна энергии емкостных элементов линии, заряженной на глубину Х т.е. глубина проникновения прямоугольного импульса в линию пропорциональна его длительности ° Точность преобразования в реальных Фильтрах тем выше, чем ближе они к распределенным идеальным линиям,т.е. чем больше ячеек приходится на одно звено.

Устройство, реализующее изложенный способ — анализатор импульсного напряжения, содержит входной Фильтр б, распределенную электрическую цепь

1, пиковые детекторы положительной 0

2 и отрицательной 7 полярности, пе.— реключатель 8, сумматор 9 и индикатор напряжения 10, соединенный с выходом сумматора. Входной Фильтр б имеет выход постоянной составляющей 5

ll соединенный непосредственно с одним входом 12 сумматора 9, .с другим входом 13 которого через переключатель 8 соединены выходы .14,15, ...-пиковых детекторов 2 положительной полярности и выходы 16,17,... пиковых детекторов 7 отрицательной полярности. Распределенная электрическая цепь 1 состоит из двух подобных частей 18 и 19, реагирующих на положительные и отрицательные импульсы напряжения соответственно и. имеющих общий вход 3 и по несколько отдельных выходов положительной (4,5,...) и отрицательной (20,21,...) полярности. Электрическая длина линий от 40 их общего входа до указанных выходов, измеряемая временем распространения сигнала, прогрессивно возвоастает, что необходимо для анализа по предлагаемому способу, а сами линии 45 обладают свойством рассеяния, отражения или поглощения энергии электрической волны.

Если на входе анализатора дейст- 5р вует постоянное входное напряжение, то импульсная составляющая отсутствует, выходное напряжение пиковых детекторов также отсутствует. Напряжение постоянной составляющей с,выхода

11 фильтра поступает на вход 12 сумматора 9 и регистрируется индикатором 10, как в обычном вольтметре среднего значения. При возникновении переходного процесса импульс напря.— жения, например, положительной по- d0 лярности, поступает с выхода фильтра на вход 3 электрической цепи 18 соответствующей полярности и создает на ее выходах 4,5,. ° напряжения, зависящие от формы импульса и от уда- 65 ления выходов от входа 3. Максимумы этих напряжений регистрируются пиковыми детекторами 2, постоянное напряжение на выходах 14,15,... которых несет инФормацию о распределении величины напряжения в импульсе в зависимости от его длительности. При поступлении на вход анализатора серии импульсных напряжений разной полярности, формы и длительности, анализатор регистрирует максимальные значения параметров распределения всей серии импульсов.

На фиг.б приведен примерный вид входного импульсного напряжения, а также показано, каким образом в анализаторе синтезируются отдельные точки исследуемого распределения входного импульсного напряжения.

Результаты анализа редких и даже одиночных переходных процессов получаются в виде постоянных напряжений, удобных для преобразования и хранения в запоминающих устройствах.

В анализаторе использованы такие относительно простые устройства,как электрические фильтры, а сам процесс анализа не требует сложных трудоемких операций и в то же время является достаточно объективным и оперативным.

1. Способ анализа Формы импульсного сигнала, основанный на измерении напряжения в различных точках цепи с распределенными параметрами, способной рассеивать,отражать или поглощать энергию электрической волны, отличающийся. тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет анализа импульсного сигнала произвольной полярности и формы, в том числе и однократного, измеряют максимальные значения напряжения и регистрируют их распределение в зависимости от удаления точек измерения от входа цепи.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее цепь с распределенными параметрами, способную рассеивать, отражать или поглощать энергию электрической волны, имеющую один вход и несколько выходов, и сумматор, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что в него введены дополнительная цепь с распределенными параметрами, имеющая один вход и несколько выходов, фильтр постоянной составляющей, пиковые детекторы и многопозиционный переключатель,причем выход импульсного сигнала фильтра постоянной составляющей соединен с входами цепей с распределенными параметрами, входы пиковых детекторов соединены с соответствующими вы911348 ходами цепей с распределенными параметрами, выходы пиковых детекторов соединены с соответствующими входами многопозиционного переключателя, выход которого соединен с одним из входов сумматора, а выход постоянной составлякщей: филътра соединен с вторым входом сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CILIA Ю 318592бу

324-77 24 ° 11 ° 65 прототип °

911348

Составитель T.Âåðåìåéêèíà

Техред A. Бабинец Корректор М.Демчнк

Редактор Н.Данкулич

Подписное

Филиал ППП Патент r.Óæroðîä, ул.Проектная,4

Заказ 1114/32 Тираж 719

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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