Устройство для регистрации информации Советский патент 1989 года по МПК H03M1/46 

элемента И, а прямой выход второго триггеру соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которо го является первым выходом блока уп равления и соединен с входом счетчи ка адреса, а второй вход четвертого элемента И соединен с выходом управ

1457163

ляющего делителя частоты, информационный вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов,

- а управляющий вход соединен с четвертым выходом узла задания режима, пятый выход которого соединен с уп-равляющим входом мультиплексора.

1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к приборам для представления измеряемых электрических величин в цифровом виде, и может быть использовано для исследования быстропротекающих необратимых процессов, в физике, дефектоскопии, меди1щне и т.д.

Цель изобретения - повьшение точности регистрации за счет применения оптимального вспомогательного случайного сигнала для определения группы характеристик регистрируемого сигнала.

На фнг. 1 изображена структурная схема устройства для регистрации ин- формации) на фиг. 2 - структурная схема блока управления. .

Устройство для регистрации информации содержит последовательно соединенные усилитель 1, вход которого является входом устройства, аналоговый сумматор 2, аналого-цифровой преобразователь 3, блок 4 оперативно памяти и цифровой фильтр 5, выход которого является выходом устройства. Выход усилителя 1 подключен к jпервому входу блока 6 управления, второй вход которого соединен с одним выходом счетчика 7 адреса, друго выход которого подключен к объединенным адресным входам N блоков 8 постоянной памяти и к адресному входу блока 4 оперативной памяти.

Вход счетчика 7 адреса соединен с первым выходом блока 6 управлений, которьй подключен также к тактовому входу аналого-цифрового преобразователя 3 и тактовому блока 4 оперативной памяти. Второй выход блока 6 управления подключен к входу управления мультиплексора 9, каждый из N информационных входов которого

соединен с выходом соответствуняцего из N блоков 8 постоянной памяти. Третий выход блока 6 управления соединен с лзходом разрешения записи блока 4 оперативной памяти. Выход

мультиплексора 9 подключен к входу цифроаналогового преобразователя 10 и второму входу цифрового фильтра 5, а выход цифроаналогового преобразователя 10 подключен к второму входу

аналогового сумматора 2.

Кроме того, блок 6 управления содержит узел 11 задания режима, компаратор 12, четьфе элемента И 13-16, три триггера 17 - 19, управляемый де5 литель 20 частоты, генератор 21 тактовых импульсов, цифроаналоговый преобразователь 22, формирователь 23 импульсов, Первый выход узла 11 подключен к входу цифроаналогового преобразователя 22, выходом соединенного с одним входом компаратора 12. Другой вход компаратора 12 является первым входом блока 6 управления, а его выход подключен к одному входу элемента И 13. Второй вход элемента И 13 подключен к выходу триггера 17, вход сброса которого объединен с входами сброса триггеров 18 и 19 и является вторым входом блока 6 уп равления. Вход установки триггера 17 подключен к выходу элемента И 14, один вход которого объединен с первым входом элемента И 15 и соединен с выходом формирователя 23 импульсов.

5 Вход формирователя подключен к второму выходу узла 11 задания режима. Третий выход узла 11 соединен с входом установки триггера 19, прямой ; выход которого подключен к второму

П входу элемента И 14 и является одно-. временно третьим выходом блока 6 управления.

0

5

Инверсный выход триггера 19 подключен к второму входу элемента И 15, выход которого соединен с одним входом установки триггера 19. Второй вход установки триггера 19

соединен с выходом элемента И 13, Выход триггера 18 подключен к одному

входу элемента И 16 другой вхбд ко-т торого соединен с выходом перестраиваемого делителя 20 частоты, к входам которого подключен выход генератора 21 тактовых импульсов и четвертый выход узла 11. Выход элемента И 16 является первым выходом блока 6 управления, а пятый выход узла 11 задания режима является вторым входом блока 6 управления.

В зависимости от искомых характе- ристик исследуемого сигнала от его функции распределения вероятностей, если она известна, существует оптимальный вспомогательный случайный

1)(k-1)qUT(k,0 + T(,

Оптимальна пределения ве ного сигнала, дисперсия оце ной, соответс

где Кд() - распределение вероятностей регистрируемого сигнала J f ( .) производная искомой характеристики сигналаJ L - число детермированных

квантов аналого-цифровог преобразователя q - величина кванта аналого- цифрового преобразования 1, S() I R (k-1) +

+ (k-1)q h

L

T(k,O Z (J - 1) q.

После регистрации мгновенного значения х исследуемого сигнала с уче- том следующих обозначений: число п .. - результат аналого-цифрового преобразования х,, который записан в i-й адрес блока памяти регистратора} число - реализахщя вспомогатель- ного случайного сигнала, которая при .конкретной реализахщи известна зара- ;нее, имеем, что оценка искомой ха- рактеристики сигнала определяет гя следующим вьфажением: .

1

pfp л

1 ч 5, ) К 1..-

л

f m

- 1)q f ,+ (k - i)q

0

0

5

T(k,0 + T(,

сигнал, применение которого при де- терминированно-стохастическом аналого-цифровом преобразовании обеспе- чивает минимальную погрешность регистрации.. Мерой погрешности регистрации служит средняя дисперсия оценки искомой характеристики сигнала t.

DCf - IL - itf(U) - in.fp,(U)JU, (1)

a

где PX() плотность распределения регистрируемого сигнала;t.a,b - диапазон регистрируемо го сигнала; m J J . f(U))JU; Л - коэффициент нормирования.

Оптимальная функция плотности распределения вероятностей вспомогательного сигнала, при которой средняя дисперсия оценки становится минимальной, соответствует выражению

о - S4), (2)

Л f

f Г, -ь

Эта оценка будет несмещенной, т.е, не будет содержать систематическую погрешность при любом вспомогательном случайном сигнале . Однако только вспомогательный случайный сигнал (2) будет обеспечивать наи- меныпзто статическую погрешность (1) регистрации. Это результат того, что вспомогательный случайный сигнал (2) учитывает все существенные особенности регистрируемого сигнала и искомой его характеристики.

Когда необходимо определить одновременно несколько характеристик регистрируемого сигнала, применение оптимального по отношению к одной фиксированной характеристике может привести к значительным погрешностям при определении остальных характеристик сигнала.

Существует оптимальный вспомогательный случайный сигнал для определения группы характеристик регистрируемого сигнала x(t). При L .1 функция,плотности распределения вероятностей сигнала f определяется следующим соотношением:

р(О i RX( - RX(I

«-

ilL,-Lf ()r ,

L.-I

на управляющий вход мультиплексора 9. После выбора парамэтров режима

где L . определяет все погрешности каждой отдельной Характеристики регистрируемого сигнала x(t). Средняя диспепсия оценки искомой характеристики fj тогда определяется следующим iо вьфажением

Dtf; (oei-R,() If . ()з .

xdiy- Df,

. где Df-, У f.(U) - raf, 1 Py(U)dU.

,...,- a -....

Применение оптимального вспомогательного сигнала одновременно для группы характеристик позволяет уменьшить погрешность регистрации в среднем сразу всех этих характеристик сигнала. Это достигается тем, что аспомогательный случайный сигнал учитьшает особенности как входного сигнала x(t), так и одновременно всех иско1« 1х его характ.еристик.

Устройство работает следующим образом.

Перед регистрацией информации на узле 11 выбираются параметры режима регистрации: порог пуска, частота регистрации, оптимальная к искомой оценке плотность функции распределения вспомогательного сигнала.

Эти параметры выбираются -с помощью кодовых переключателей. Код, соот- ветствуюпщй выбранному по первому выходу узла 11 подается на цифроаналоговый преобразователь. 22, посредством которого преобразуется в аналоговый сигнал и поступает на вход опорного напряжения компаратора 12. Код, соответствующий выбранной частоте регистрации, по четвертому выходу узла 11 подается на управляющий вход делителя 20 частоты, посредством которого частота генератора 21 тактовых импульсов делится на 2, где k - выбранное число кодового переключателя. Делитель 20 частоты может быть вьшолнен, например, на микросхемах К155ИЕ8.

Код, соответствующий выбранной плотности функции распределения вспо- могательного сигнала, поступает с : пятого выхода узла 11 задания режима

(3) регистрации нажатием на узле 11 кнопр ки Готов устройство подготавливается к регистрации информации. При этом с третьего выхода узла 11 поступает импульс, который устанавливает в единичное состояние триггер 19, разрешающий запись в блок 4 оперативной памяти. При нажатии ка узле 11 кнопки Разрешение ЗП/СЧТ с его .второго выхода поступает сигнал на фомирователь 23 импульсов, по кото15 рому формирователь 23 формирует им- . пульс, поступающий через логический элемент И 14 на вход триггера 17 и устанавливает его в единичное состояние. Длительность импульса, сфор20 мированного формирователем 23, должна быть меньше длины выборки Т П, где Т - период генератора 21 тактовых импульсов, п - количество отсчетов, записывае11в11х в блок 4 оперативной

25 памяти.

Триггер 17 позволяет проход через элемент И 13 сигнала пуска, который формируется компаратором 12i При

30 поступлении через усилитель 1 регистрируемого сигнала Ux и превышении им уровня порога пуска компаратор 12 /формирует фронт сигнала, которьй через элемент И 13 устанавливает в

35 единичное состояние триггер 18. Этот триггер позволяет проход тактовых импульсов выбранной частоты на аналого-цифровой преобразователь 3, reHepatop 7 адреса и блок 4 опера- порогу пуска, 40 тивной памяти.

,. Начинается регистрация информации. При.этом в каждом такте преобразования аналоговым сумматором 2 от регистрируемого сигнала Ux вычитается нормированное по величине кванта q аналого-цифрового преобразователя 3 значение вспомогательного сигналА, соответствующее оптимальной плотности распределения. Значение считывается из выбранного блока 8 постоянной памяти и преобразуется в аналоговый сигнал цифроаналоговым преобразователем 10. Полученная разность с выхода аналогового сумматора 2 поступает на вход .аналого-цифрового преобразователя 3, где преобразуется в код, который последовательно записьгеает- ся в блок 4 оперативной памяти.

45

50

55

1457163

на управляющий вход мультиплексора 9. После выбора парамэтров режима

.После заполнения блока 4 оперативной памяти счетчик 7 адреса вьща- ет импульс переполнения, который сбрасывает триггер 17-19, Регистрация информации прекращается и регистратор переходит в режим хранения.

Вспомогательный случайный сигнал j с требуемыми оптимальными плотностями функции распределения к определенному сигналу согласно выражениям (2) и (3) может быть, например, определен посредством ЭВМ и заранее записан в N блоках 8 постоянной памяти. При выборе на узле 11 оптимальной плотности функции распределения вспомогательного сигнала посреяством мультиплексора 9 подключается выход соответствукицего блока 8 постоянной памяти. В зависимости от адреса, формируемого счетчиком адреса, на выходе блока 8 постоянной памяти появляются значения записанной реализации,

При считьгеании накопленной в блоке 4 оперативной памяти информации на узле 11 выбирается частота считывания , причем тем же кодовым переключателем, которым выбиралась частота регистрации. При нажатии кнопки Разрешение ЗП/СЧТ формирователь 23 импульсов формирует импульс, который через элемент И 15 устанавливает в состояние единицы триггер 18. Последний обеспечивает проход им

пульсов счнтьшания через элемент И iG в счетчик 7 адреса.Начинается считывание информации. При этом в каждый

такт считьгеания в цифровой фильтр 5 поступает из блока 8 постоянной па- ,мяти через мультиплексор 9 соответствующее отсчету дискретное значенке вспомогательного сигнала с оптимальной плотностью распределения. Посредством цифрового фильтра 5 полученный код, представлякщий собой число, целая часть которого - считанный отсчет, а дробная часть значение вспомогательного сигнала, фильтруется, вьщеляя уточненные по поставленной задаче значения регистрируемого сигнала.

Введение N блоков постоянной памяти для хранения реализации вспомогательного случайного сигнала с различной плотностью распределения и новых связей значительно повышает точность регистрации без снижения быстродействия предлагаемого устройства. Повьппение точности регистрации достигается за счет того, что преобразование регистрируемого аналогового сигнала в цифровой его

эквивалент осуществляется детермиро- ванно-стохастическим методом с использованием оптимального вспомогательного случайного сигнала для искомой характеристики или группы характеристик исследуемого сигнала.

фиг Л

Фиг. 2

Редактор А.Мотыль

Составитель Э.Сечина

Техред Л. Сердюков а Корректор С.Черни

Заказ 1223

Тираж 880

ВНИИПИ Государственного ко1 О1тета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г, Ужгород, ул. Гагарина,101

Подписное