Устройство для определения параметров симметричных импульсов Советский патент 1984 года по МПК G01R19/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в аналитических информационно-измерительных системах (хроматографических, масс-спектрометрических и т.д.), предназначенных для определения состава и свойств сложных смесей веществ. -Сигналы на выходе первичных преобразователей в этих системах представляют собой симметричные медленноменяющиеся импульсы напряжения, которые искажаются шумами, возникающими как в первичном преобразователе, так и в других элементах системы. Задачей системы обработки сигналов является определение некоторых интегральных параметров импульсов (амплитуды, площади и т.д.) , а также определение положения амплитуды импульса.

Известно устройство для изменения амплитуды импульсов тока и напряжения в широком диапазоне частот и длительностей, содержащее два идетичных тракта, состоящих из детектора конденсатора и катодного повторителя, на входы которых подано напряжение l .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения параметров симметричных импульсов, содержащее три интегратора, квадратор, блоки деления и сравнения, причем вход квадратора соединен с входом второго интегратора, а выход с входом третьего интегратора, выход второго интегратора соединен с входами блоков сравнения и деления, другие входы этих блоков соединены соответственно с выходом первого и третьего интеграторов, выход блока сравнения является первым выходом устройства 2 .

Недостатком известных устройств являются ограниченные функциональные возможности, поскольку устройство не измеряет положение амплитуды импульса.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения определения положения амплитуды импульса.

Поставленная цель достигается тем, что iB устройство, содержащее три интегратора, блок деления, блок сравнения и квадратор, вход которого соединен с входом второго интегратора, а выход - с входом третьего интегратора, выход второго интегратора соединен с входами блоков сравнения и деления, другие входы этих блоков соединены соответственно с выходами первого и третьего интеграторов, выход блока сравнения является первым выходом устройства, введены три ключа, два масштабирующих блока, цифровой фильтр, инвертор знака, удвоитель, сумматор и блок управления, вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выходы с управляющими входами ключей, вход 5 устройства через первый ключ соединен с входами цифрового фильтра, удвоителя и второго интегратора, выход цифрового фильтра через инвертор знака соединен с первым входом

0 сумматора, с вторым входом которого соединен выход удвоителя, выход сумматора соединен с входом первого интегратора, выходы второго интегратора и блока деления соответственно

5 через второй и третий ключи соединены с входами первого и второго масштабирующих блоков, выходы которых являются соответственно вторым и третьим выходами устройства.

0 На чертеже приведена функциональная электрическая схема.устройства.

Устройство, вход которого на чертеже обозначен позицией 1, содержит квадратор 2, первый 3, второй 4 и

5 третий 5 интеграторы, блок б деления, блок 7 сравнения, цифровой фильтр 8, инвертор 9 знака, сумматор 10, удвоитель 11, блок 12 управления, первый 13, второй 14 и третий 15 ключи, масштабируквдие блоки 16 и 17. Первый, второй и третий выходы устройства обозначены соответственно 18-20.

Все блоки этого устройства, кроме блока 12 управления, предназна чены для работы с цифровыми входными сигналами, т.е. выполнены в цифровом виде. Это связано с тем, что ординаты измеряемого импульса, подаваемого на вход 1 устройства, пред0 ставлены в цифровом коде.

При этом вход 1 устройства через ключ 13 соединен с входом квадратора 2, выходом подключенного к входу интегратора 5, выход которого соеди5 нен с одним из входов блока 6 деления, другой вход последнего соединен с выходом интегратора 4 и с первым входом блока 7 сравнения, а через ключ 14, соединенный с масштаби0 РУЮЩИМ блоком 16, - с выходом 19 устройства. Выход интегратора 5 соединен через ключ 15 с входом масштабирующего блока 17, выход которого является выходом 20 устройства. Выход ключа 13 соединен с входами интегратора 4 цифрового фильтра 8, удвоителя 11. Выходы цифрового фильтра 8 и выход удвоителя 11 соответственно через инвертор 9 знака и непосредственно соединены с входами

0 сумматора 10. Выход сумматора 10 через интегратор 3 соединен с вторым входом блока 7 сравнения. Выход блока 7 сравнения является выходом 18 устройства, а также -соединен с

5 входомблока 12 управления, управляющие входы которого соединены с входами управления ключей 13-15.

Работа устройства заключается в следующем.

В исходном положении ключ 13 замнут, а ключи 14 и 15 разомкнуты. На вход 1 устройства поступает измеряемый импульс y(t), и через ключ 13 он подается одновременно на входы квадратора 2, интегратора 4, цифрового фильтра 8 и удвоителя 11. Цифровой фильтр 8, инвертор 9 энака, сумматор 10 и удвоитель 11 осуществляют преобразование, в результате чего на выходе сумматора 10 появляется суженный импульс. Результаты текущего интегрирования исходного импульса и суженного, осуществляемого интеграторами, 3 и 4, подаются на входы блока 7 сравнения. В момент времени, соответствующий положению амплитуды исходного импулса, результаты интегрирования сравняются я блок 7 сравнения выдает сигнал (например, в виде короткого импульса), который поступает на выход 18 устройства и на вход блока 1 управления. Одновременно с преобразованием исходного импульса производятся возведение его в квадрат квадратором 2 и интегрирование. Результаты текущего интегрирования исходного импульса и возведенного в квадрат поступают на входы блока б деления. В момент времени, соответствующий положению амплитуды импульса блок 12 управления изменяет состояние своих выходов: на выходе А потециал становится равным О, на выходе В - ранвым 1. В результате этого замыкаются ключи 14 и 15 и к второму 19 и третьему 20 выходам устройсва через блоки 16 и 17 подключаются выходы интегратора 4 и блока б деления. В результате этого на выходе 19 устройства получаем значение площади импульса, а на выходе 20 величину амплитуды импульса.

Поскольку в момент замыкания ключей 14 и 15 ключ 13 размыкается, то на вход интеграторов 3-5 прекращается поступление каких-либо сигналов. Поэтому на выходах 18-20 устройства в течение времени, пока замкнуты ключи 14 и 15, измеренные параметры импульса не изменяются. Через некоторое время, которое устанавливается заранее и выбирается большим половины длительности измеряемого импульса, но меньшим периода следования импульса, блок 12 управления размыкает ключи 14 и 15 и за1иыкае.т ключ 13. Устройство готово к измерению параметров следующего импульса.

Выбор постоянных коэффициентов, на которые умножаются выходные величины интегратора 4 и блока 6 деления в блоках 16 и 17, производится следующим образом. Предположим, что необходимо измерить параметры колрколообразного импульса, описываемого функцией Гаусса

(t-l)

), (1)

у (t ) с.ехр(2|U2

где с - амплитуда;

fU - среднеквадратичная ширина; Т - положение амплитуды импульса. , .

Блок б деления производит деление результатов интегрирования возведенного в квадрат импульса.на интеграл от исходного импульса

(2)

U-T1

jWtlfdt J.p(

-00-03

Эта величина появляется ьа выходе блока 6 деления в момент замыкания

ключа 15. Поэтому, чтобы получить истинное значение амплитуды импульса, необходимо эту величину умножить на , что и осуществляет блок 17. На выходе интегратора 4 в момент замыкания ключа 14 будет величина

(.f. -ю

Тогда, для получения истинного

значения площади, в блоке 16 необходимо умножить эту величину на 2.

Таким образом, предлагаемое устройство осуществляет измерение интегральных параметров импульса (амплитуду и площадь) и положения амплитуды импульса, т.е. оно расширяет функциональные возможности известного устройства.

Технико-экономический эффект от применения предлагаемого устройства заклйчается в том, что оно позволяет решить задачу обработки аналитического импульса с помощью одного

устройства. Кроме того, использование интеграторов для определения положения амплитуды повышает помехоустойчивость способа измерения по сравнению со способом дифференцирования, используемым в известных устройствах. Это позволяет повысить точность измерения положения амплитуды. Так как в аналитических измерительных системах положение амплитуды импульса определяет тип аиализируемого вещества, то повышение точности измерения этого параилетра улучшает достоверность анализа. Например, в серийно выпускаемой в СССР системе типа И-02, которая принята

за е5азовый объект, для обработки

результатов хроматографического анализа используются отдельные модули для определения площади импульса и определения положения его амплитуды. Работа второго модуля основана на дифференцировании импульса. При соотношений сигнал/шум, равном 50 (отнетаение амплитуды импульса к

дисперсии шума), погрешность опреде ления положения амплитуды в системе И-02 составляет t 5% от среднеквадратичной ширины импульса. В этих же условиях, погрешность определения положения амплитуды с помощью предлагаемого устройства составляет il,5%.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИММЕТРИЧНЬК ИМПУЛЬСОВ, содерж,а1цее три интегратора, блок деления, блок сравнения и квадратор, вход которого соединен с входом второго интегратора, а выход - с в-ходом третьего интегратора, выход второго интегратора соединен с входами блоков сравнения и деления, другие входы этих блоков соединены соо-тветственно с выходами первого и третьего интеграторов, выход блока сравнения является первым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения определения положения амплитуды импульса, в него введены три ключа, два масштабирующих блока, цифровой фильтр, инвертор знака, удвоитель, сумматор и блок управления, вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выходы - с управляющими входами ключей, вход устройства через первый ключ соединен с входами цифрового фильтра, удвоителя и второго интегратора, выход цифрового фильтра через инвертор знака соединен с первым входом сумматора, с вторым входом которого соединен выход удвоисл теля, выход сумматора соединен с входом первого интегратора, выходы второго интегратора и блока деления соответственно через второй и третий ключи соединены с входами первого и второго масштабирующих блоков, выходы которых являются соответственно вторым и третьим выходами устройства. 00 00 4 СЛ