Устройство для усреднения импульсной последовательности Советский патент 1989 года по МПК G06G7/18 

1чЭ

О --ч

Изобретение относится к автоматике и информационно-измерительной технике и может быть использовано в частности, в аэроэлектроразведочной аппа- ратуре, а также в аппаратуре для ис- следованид скважин методом вызванной поляризации.

Целью изобретения является повышение точности за счет предваритель- него интегрирования входного сигнала в заданном числе измерительных стробов .

Ключ 2 и коммутатор 5 переводятся в противоположное исходному (фиг. состояние потенциалом логического О, Этим же потенциалом открываются каналы мультиплексора 3 и демульти- плексора 11. Ключ 4 закрывается потенциалом логической 1 и зтим же

На фиг,I представлена функциональная схема устройвтва; на фиг.2 - эпю- 15 потенциалом открываются каналы муль- ры импульсов напряжения, поясняющие работу устройства: на фиг.З - распределитель импульсов; на фиг,4 - эпюры импульсов, поясняющие принцип функционирования распределителя, 20

Устройство для усреднения импульсной последовательности состоит из пределителя 1 импульсов, первого ключа 2, масштабирующего резистора 3,

типлексоров 7 и 8 и демультиплексо- ра 10,

При появлении на входе 17 положительного импульса ключ 4 закрывает ся, открывается ключ 2 и первые кана лы мультиплексора 9 и демультиплек- сора П, В итоге вход блока конденса торов 6 через открытый первый канал мультиплексора 9 подключается к ин -

мах {фиг,2з-м), а на первом 21, второй 22, третьем 23, четвертом 24 и пятом 25 отдельных выходах распределителя 1 формируются сигналы, пред- ставленные на диаграммах н-с (фиг.2)с соответственно.

Ключ 2 и коммутатор 5 переводятся в противоположное исходному (фиг.и состояние потенциалом логического О, Этим же потенциалом открываются каналы мультиплексора 3 и демульти- плексора 11. Ключ 4 закрывается потенциалом логической 1 и зтим же

потенциалом открываются каналы муль-

потенциалом открываются каналы муль-

типлексоров 7 и 8 и демультиплексо- ра 10,

При появлении на входе 17 положительного импульса ключ 4 закрывается, открывается ключ 2 и первые каналы мультиплексора 9 и демультиплек- сора П, В итоге вход блока конденсаторов 6 через открытый первый канал мультиплексора 9 подключается к ин -

Изобретение относится к автоматике и информационно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в аэроэлектроразведочной аппаратуре, а также в аппаратуре для исследования скважин методом вызванной поляризации. Целью изобретения является повышение точности за счет предварительного интегрирования входного сигнала в заданном числе измерительных стробов. Устройство содержит распределитель импульсов 1, ключ 2, масштабирующий резистор 3, ключ 4, двунаправленный коммутатор 5, блок 6 интегрирующих конденсаторов, мультиплексоры 7 - 9, демультиплексоры 10, 11, дифференциальные операционные усилители 12, 13, блок 14 накопительных конденсаторов, разрядный дозирующий конденсатор 15. Устройство производит интегрирование в заданном числе измерительных строб-импульсов биполярных информационных импульсов напряжения, осложненных случайной помехой, с последующим весовым усреднением результата интегрирования, т.е. осуществляет оптимальную обработку импульсных стохастических сигналов, за счет чего увеличивается отношение сигнал/помеха на выходе устройства. 4 ил.

второго ключа 4, двунаправленного ком-25 вертирующему входу усилителя 13, к

30

мутатора 5, блока 6 интегрирующих конденсаторов, первого 7, второго.8 и третьего 9 мультиплексоров, первого 10 и второго 11 демультиплексоров, первого 12 и второго 13 операционных усилителей, блока 14 накопительных конденсаторов и разрядного дозирующего конденсатора 15, синхронизирующего It и информационного 17 входов, выхода 18,первой 19 и второй 20 груп- 5 пь выходов распределителя, первого 21, 21, второго 22, третьего 23, четвертого 24 и пятого 25 отдельных выходов.

Устройство обеспечивает интегри- 40 рование в заданном числе измерительных стробов биполярных входных импульсов напряжения, осложненных случайной высокочастотной помехой, с последующим усреднением результатов интегри- j рования и работает следующим образом.

На входы 17 и 16 устройства подаются сигналы, представленные на диаграммах а и б (фиг,2) соответственно, причем положительному информационному импульсу соответствует положительный синхроимпульс, ь наоборот, отрицательному информационному импульсу - отрицательный синхроимпульс. Под действием синхроимпульсов на первой группе выходов 19 распределителя 1 импульсов образуются импульсные потоки (фиг,2в-ж), на второй группе выходов 20 - сигналы, показанные на диаграмвыходу которого через открытьш первый канал демультиплексора 1J подкл чается вых;од мультиплексора 7, Под действием имульсов (фиг,2в-ж) после довательно открываются п каналов мультиплексора 7 и конденсаторы бло 6, поочередно подключаясь в цепь от рицательной обратной связи усилителя 13 на время t , получают заря

Чм

т

dt - А

50

где R - сопротивление резистора 3;

A(t) - входной сигнал;

,t3-t,, ,tn-tn, - дли тельность строб-импульсов на входах мультиплексоров 7 и 8;

А,,А,,о,,Ап - средние значения входного импульса за время действия первого, второго, ,,, п-го измерительных строб-импульсов ty,, tu,j

35 t,,.

После окончания действия п строб- импульсов с первой группы выходов 19 распределителя 1 ключи 2 и 4, муль

выходу которого через открытьш первый канал демультиплексора 1J подключается вых;од мультиплексора 7, Под действием имульсов (фиг,2в-ж) последовательно открываются п каналов мультиплексора 7 и конденсаторы блока 6, поочередно подключаясь в цепь отрицательной обратной связи усилителя 13 на время t , получают заряды

Чм

т

dt - А

где R - сопротивление резистора 3;

A(t) - входной сигнал;

,t3-t,, ,tn-tn, - длительность строб-импульсов на входах мультиплексоров 7 и 8;

А,,А,,о,,Ап - средние значения входного импульса за время действия первого, второго, ,,, п-го измерительных строб-импульсов ty,, tu,j

t,,.

После окончания действия п строб- импульсов с первой группы выходов 19 распределителя 1 ключи 2 и 4, муль5152407

типлексор 9 и демультиплексор 11 возвращаются в исходное состояние, в котором находятся до поступления на вход 17 отрицательного сигнального импульса. При появлении отрицательного сигнального импульса опять закрывается ключ А, открьгоается ключ 2. Откры- Баются также вторые каналы мультиплексора 9 ft демультиплексора 11. В резуль-о тате вход блока 6 конденсатора подсоединяется к выходу усилителя 13, а выход мультиплексора 7 - к его инвертирующему входу.

Под действием вторйй серии импуль- 15 сов с первой группы вькодов распределителя I вновь последовательно открывается п каналов мультиплексора 7 и конденсаторы блока 6, подключаясь поочередно противоположными обкладка- 20 ми в цепь отрицательной обратной связи усилителя 13 на время ty, опять получают заряды q,,q,...|Ч„, т.е. суммарный заряд, сообщаемый п конденсаторов блока 6, определяется из выра-25 жения

2

Г

Jta

R Г

.n.

Накопленные п конденсаторами блока 6 заряды поочередно переписываются с помощью мультиплексора 8 и демультиплексора 10 на накопительные конденсаторы блока 14, Для этого мультиплексор 8 и демультиплексор 10 управляются импульсами, представленными на диаграммах 3-м (фиг.2), смещенными на оди один такт относительно импульсов на диаграммах з-ж.

Одновременно с подключением на вход вход усилителя 12 очередного конденсатора блока. 6 параллельно к каждому накопительному конденсатору блока 14 подключается на время, равное , дозирующий конденсатор 15 и часть зарядов q,, Я2,...,я переписываются на этот конденсатор, который во второй - половине каходого измерительного строб- импульса отключается от цепи отрица- тельной обратной связи и закорачивается через нормально замкнутые первый и второй сигнальные выводы коммутатора 5. Минимальная длительность ti,/2 должна быть такой, чтобы обеспечить полный разряд каждого из конденсаторов блока 6 и конденсатора 15. На этом один (i-й) цикл работы устройства заканчивается.

I6

Таким образом, за один цикл работы устройства заряды на каждом j-м накопительном конденсаторе изменяются на величины

1- - -bQ -q;; -CqQi i)r7; J- .n.

J J i J cj

где С- - емкость дозирующего конденсатора 15,

т.е. напряжения на накопительных конденсаторах изменяется в соответствии с последними формулами на величины

ч RC

С - емкости накопительных конденсаторов .

Решения уравнения для средних значений А.,А ,.оо, находятся методом математической индукции и при начальных условиях U (0)Uo, , 1)(0) Uj, , ...,U(O)UOP и имеют вид

Uj(i)(i).(i), ,

где K(2ty/RCa) - масштабный коэффициент измерения

w.(i)

с

+ -)- -j

5

Q

,

При С,(. 2..,Сп W,(i)W2(i) .. . W(i), В этом случае переходные процессы на всех накопительных конденсаторах заканчиваются за одинаковое число циклов работы устройства. В ус- тановившеся .режиме

и,(оо)КоА, ; и,(оо),...; и„(°)К„А„,

т.е. напряжения на накопительных конденсаторах линейно зависят от средних значений проинтегрированных в измерительных строб-импульсах входных сигналов А,А2,...,А(,.

Поскольку конденсаторы C,,., ,Cf

под действием на управляющие входы демультиплексоров 10 импульсов с второй группы выходов распределителя I поочередно подключаются в цепь отрицательной обратной связи усилителя 12, то на выходе последнего поочередно появляются напряжения I ,U,... ,11,, т.е. на выходе 18 устройства образуется ступенчато затухающий импульс с постоянной времени затухания входного сигнала и значениями U, ,1)21... ,1 „ .

Таким образом, устройство производит интегрирование входного сигнала в заданном числе измерительных стробов с последующим весовьсм усреднением результатов интегрирования. За счет этого увеличивается соотношение сигнал/шум на выходе устройства, Тов. повышается точность статистической обработки случайных импульсных сигналов и расширяются функциональные возможности устройства.

Распределитель импульсов (фиг.З). состоит из формирователя 26 синхронизирующих и синфазиругащих импульсов, счетных триггеров 28-29, задающего генератора 30, делителя 31 частоты, элементов 32-35 совпадений, инверторов 36 и 37 и позиционных счетчиков 38 и 39.

На диаграммах (фиг.4) обозначены эпюра сигнала на синхронизирующем входе 16 устройства (а), эпюра синхро- iiF-тульсов . на первом выходе формиро- патешя 26, поступающих на счетные входы триггеров 27 и 28 (б), эпюра импульсов напряжения на синфазирую- щем выходе формирователя 26, поступающих на вход установки в О триггера 27 (в), эпюра импульсной после- довательности на выходе задающего генератора 30 (г), эпюра сигнала на выходе делителя 31 частоты (д), эпюры импульсов управления на первом, втором, .0., п-м вьшодах первой группы выходов 22 распределителя 1 (е-л), эпюры импульсов напряжения на инверсном и прямом выходах триггера 28 (м, н), эпюры импульсов напряжения на прямом и инверсном выходах триг- гера 27 (о, п), эпюры импульсов напряжения на инверсном и прямом выходах триггера 29 (р,с), эпюра импульсов напряжений на выходе элемента 32 совпадений (т), эпюра импульсов напряжения на выходе инвертора 36 (у), эпюра импульсов напряжения на выходе элемента 35 совпадений (ф), эпюры импульсов напряжения на выходах элементов 32 и 34 совпадений (х, ц), эпюры импульсов напряжения на втором, третьем, ..., (п+1)-м выходах позиционного счетчика 39, являющихся второй группой выходов распределителя (ч-ю).

Формула изобретения

Устройство для усреднения импульсной последовательности, содержащее

„

0

5о .„ . 35

0

5

первый ключ, подключенный сигнальным входом к информационному входу устройства, а управляющим входом - к первому распределения импульсов, соединенного первой группой выходов с группой управляющих входов первого мультиплексора, а второй группой выходов - с группами упрагляющих входов второго мультиплексора и первого демультиплексора, подключенного выходами к входам блока накопительных конденсаторов, выход которого соединен с выходом ус1ройства и Bi.ixo- дом первого операционного усилителя, подключенного неинпертирующим входом к шине нулевого потенп,иала, а инвертирующим входом - к выходу второго мультиплексора, причем сигнальные входы первого мул типлоксора соединены с выходами.блока интегрирующих конденсаторов, о т л и ч а ю щ е е - с я тем, что, с пелью повышения точности за счет предварительного интегрирования входного сигнала в заданном числе измерительных ст 5обов, в него введены разрядный дозирующий конденсатор, масштабир по1 и 1Й резистор второй операционный усилитель, третий мультиплексор, второ Л демультиплек- сор, двунаправлен1№1Й коммутатор и второй ключ, управЛЯЮ1ЦИЙ вход которого подключен к второму выходу распределения HMnynbcoBjсоединенного третьим выходом с первыми управляющими вхо- входами третьего мультиплексора и вто- второго демультиплексора, четвертым выходом - с вторыми управляющими входами третьего мультиплексора и второго демультиплексора, а пятым выходом - с управляющим входом двунаправленного коммутатора, подключенного первым сигнальным выводом к первой обкладке разрядного дозирующего конденсатора, вторым сигнальным выводом - к выходу первого onepannoHiioro усилителя и второй обкладке разрядного дозирующего конденсатора, а третьим сигнальным выводом - к сигнальному входу первого демультиплексора и выходу второго мультиплексора, соединенного сигнальными входами с в выходом блока интегрирующих конденсаторов, вход которого подключен к выходу третьего мультиплексора, соединенного первым сигнальным входом с первым выводом масштабирующего резистора, вторым выходом второго демультиплексора, инвертирующим входом

операционного усилителя и сигнальным входом второго ключа, а вторым сигнальным входом - с первым выходом

второго демультиплексора, выходом вто- ходом первого мультиплексора, а второго ключа и выходом операционного усилителя, неинвертирующий вход корой вывод масштабирующего резистора подключен к выходу первого ключа.

г д е

ж

3

и

к

А Н Н

а п Р с

10

торого подключен к шине нулевогопотенциала, причем сигнальный входвторого демультиплексора соединен свыходом первого мультиплексора, а второй вывод масштабирующего резистора подключен к выходу первого ключа.

.г