Устройство для определения средней мощности случайных сигналов Советский патент 1983 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначенным для аппаратурного определения характеристик случайных процессов, и может быть использовано для изме рения средней МОЩНОС1И случайных электрических сигналов. Известно устройство для определения средней мощности случайных (Сигналов, которое содержит блок со ласования, блок аналогового возведения в квадрат, сглаживаюи й филь аналого-цифровой преобразователь,б цифрового усреднения С JОднако это устройство обладает значительной погрешностью измерения и невысокой метрологической н дежностью, определяемыми, в основном, блоком аналогового возведения в квадрат. Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство для определения ср едней мощности случайных сигналов, которо содержит последовательно соединенные входной блок, аналого-цифровой преобразователь параллельного типа составленный из последовательно сое диненных блока KOMriapaторов и дешифратора, блока линейно изменяющих ся опорных напряжений, выход которого подключен к управляющему вход блока компараторов, цифроаналоговый квадратор, составленный из последовательно соединенных дешифратора , блока ключей, блока ,резисторов, ине ционное звено, аналого-цифровой преобразователь, блок цифрового усреднения, блок индикации, а также блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам аналого-цифрового преобразователя, блока цифрового усреднения и блока индикацииС2 . Недостаток известного устройства заключается в необходимости выполнения двойного преобразования числового эквивалента значений вход ного напряжения с помощью двух дешифраторов, что требует значительного объема оборудования. Целью изобретения является упрощение устройства. С этой целью в устройство для определения средней мощности случайных сигналов, содержащее генератор линейно изменяющихся опорных напряжений, выход которого под7Jключен к первому входу первого блока компараторов, второй вход которого является входомустройства, первый блок ключей, выход которого через первый блок масштабирования соединен со входом блока аналогового усреднения, выход которого подключен к первому входу аналогоцифрового преобразователя, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к первому входу блока цифрового усреднения, выход аналого-цифрового преобразователя соединен со вторым входом блока цифрового усреднения, выход которого подключен к первому входу блока (индикации, второй вхрд которого соединен с третьим выходом блока управления, введены второй блок компараторов, второй блок ключей,блок нелинейно изменяющихся опорных напряжений, второй блок масштабирования, при этом выход блока нелинбйно изменяющихся опорных напряжений подключен к первому входу второго блока компараторов, второй вход которого объединен со вторым входом первого блока компараторов и является входом устройства, выход второго блока компараторов через второй блок ключей соединен с входом второго блока масштабирования, выход которого подключен ко входу блока аналогового усреднения. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2- блоксхема блока управления. Устройство содержит входной блок .1 управления, первый блок 2 компараторов, первый блок 3 ключей, первый блок t масштабирования, блок 5 нелинейно изменяющихся опорных напряжений, второй блок 6 компараторов, второй блок 7 ключей, второй блок 8 масштабирования, блоки 9 линейно изменяющихся опорных напряжений, блок 10 аналогового усреднения, аналого-цифровой преобразователь 11, блок 12 цифрового усреднения, блок 13 индикации. Блок 1 управления состоит из делителя 1 частоты, генератора 15, инвертора 16. По каждому тактовому импульсу от генератора 15 (к раз в единицу времени) напряжение с выхода блока , пропорциональное среднему квадрату напряжения входного случайного сигнала, преобразуется с

помощью блока 11 в число. Это число по тактовому импульсу с выхода инвертора 16 переписывается в блок 12 усреднения.

Делитель I частоты вырабатывает импульсы, следующие через секунду, через .минуту и через час.Они задают продолжительность усреднения и управляют работой блока индикации.

Устройство работает следующим образом.

Напбяжение реализации .x(t) поступает на входы каналов измерения больших и малых значений средней мощности. Блок 5 нелинейно изменяющихся опорных напряжений вырабатывает ряд опорных напряжений, отстоящих друг от друга по закону корня квадратного

Uo,lTUo,Y3U6,...,2UoЭти

напряжения подаются на управляющий вход блока 2 компараторов канала измрения больших значений средней мощности. При достижении значением входного напряжения x(t) единичного уроня Ujj срабатывает первый компаратор блока 2. При этом на выходе блока компараторов имеется число 1, представленное в унитарном коде.Увеличение значения входного напряжения в У2 раз приводит к срабатыванию и второго компаратора блока 2. На выходе блока 2 имеется число 2, состоящее из двух единиц, что соответствует квадрату значения входного напряжения, возросшего при этом только в il раз. Дальнейшее увеличение входного сигнала приводит к последовательному срабатыванию компараторов .с опорными напряжениями fJUo, 2U,V5U(j. Тем самым осуществляется аналого-цифровое квадрирование напр яжения реализации x(t).

Сигналы с выхода блока 2 компараторов управляют непосредственно клю.чами блока 3 кotopыe коммутируют соответствующие взвешивающие резисторы блока + масштабирования.Причем. все резисторы имеют один номинал сопротивления. Суммирование токов,протекающих через выравнивающие резисторы, осуществляется в блоке 10, на выходе которого вырабатывается сглаженное напряжение, значения которого пропорциональны значению средней мощности входного сигнала.

Одновременно напряжение реализаци x(t) обрабатывается в канале измерения малых значений средней мощности.

Причем , блок 6 компараторов этой це-. пи содержит п-1-компараторов,а блок 9 линейно изменяющихся напряжений вырабатывает ряд опорных напряи.

.)Uc

жении

поступающих на управляющий вход блок 6 компараторов. Последовательное срабатывание компараторов этого канаЛа измерения приводит к образованию на выходе блока 6 компараторов числового эквивалента, представленного в унитарном коде и пропорционального значению преобразуемого входного напряжения. Тем самым осуществляется линейное аналого-цифровое преобразование малых значений входного напряжения.

Сигналы с выхода блока 6 компараторов управляют непосредственно ключами блока 7, которые коммутируют соответствующие взвешивающие резисторы блока 8. Причем коэффициент ,взвешивания резисторов этого блока выбирают по закону нечетных чисел гг 2п-1, п 1,2,3,.. .,п-1. Здесь используется известное в математике свойство квадрата любого целого числа, который может быть предстаем лен в виде суммы ряда нечётных чисел, количество членов которого равно возводимому в квддрат числу. Например, 3 9 1+3+5. Суммирование то-, ков, протекающих через взвешивающие резисторы блока 8, осуществляется в блоке 10. Тем самым осуществляется цифроаналоговое преобразование чисел, поступающих с выхода блока 6 компараторов, по квадратичному закону при измерении малых значений средней мощности.

Сглаженное напряжение с выхода блока 10 поступает на информационный вход аналого-цифрового преобразователя 11, который в момент выборки, задаваемой блоком 1 управления, преобразует это напряжение:.в число . h-, поступающее в блок 12. За N выборок в блоке 12 накапливается среднеарифметическое значение h, пропорциональное оценке средней мощности входного сигнала (выделенной на резисторе сопротивлением 10 м).. При надлежащем выборе коэффициентов преобразования устройство получается прямопоказывающим.

Введение в предлагаемое устройство блока нелинейных опорных напряжеНИИ позволяет выполнить аналого-цифровое квадрярование входного напряжения непосредственно в блоке компараторов. Числовой эквивалент,пропорциональный квадрату значения вход ного напряжения, преобразуется в напряжение без двойного дешифрирования по сравнению с известным устройством. Это позволяет исключить сложные дешифраторы и тем самым значительно упростить устройство.

Дополнительное упрощение устройства достигается и за счет упрощения блока масштабирования, так как все резисторы канала измерения больших значений средней мощности имеют один и тот же номинал сопротивления (в известном устройстве 2(п-1) номиналов, где п - число двоичных разрядов преобразуемого числа). Такое техническое решение применяют для канала измерения больших значений средней мощности. При этом точность измерения определяется величиной начального уровня квантования входного сигнала, соответствующего величине порогового напряжения Сохранение точности измерения малых значений средней мощности достигается использованием части блока компараторов с опорными напряжениями, равноотстоящих друг от друга. Причем, цифроаналоговое преобразование по квадратичному закону осуществляется путем непосредственной подачи чисел, представленных в унитарном коде, с выхода блока компараторов на вход блока ключей, что приводит к исключению дешифраторов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее генератор линейно изменяющихся опорных напряжений, выход которого подключен к первому входу первого блока компараторов, второй вход которого является входом устройства , первый блок ключей, выход которого через первый блок масштабирования соединен со входом блока аналогового усреднения, выход которого подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к первому входу блока цифрового усреднения, выход аналого-цифрового преобразователя соединен со вторым входом блока цифрового усреднения, выход которого подючючен к первому входу блока индикации, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления, отличающееся тем, что, с целью упрощения, А него введены второй блок компараторов, второй блок ключей,блок нелинейно изменяющихся опорных напряжений, второй блок масш. табирования, при этом выход блока нелинейно изменяющихся опорных напряжений подключен к первому входу рого блока компараторов, второй вход которого объединен со вторым входом первого блока компараторов и является входом устройства, выход второго блока компараторов через второй блок ключей соединен с входом второго блока масштабирования, вы4 ОО О5 Ф ход которого подключен к входу блока аналогового усреднения.

Й/г/

ijO

15

. 2