Вычислительное устройство для определения параметров пика Советский патент 1990 года по МПК G06G7/18 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для определения параметров ограниченной аналоговой кривой переходного процесса, пика хроматограмм, кривой отклика на импульсное возмущение и т.д. и может найти применение в нефтехимии, биологии, пищевой и в других областях народного хозяйства. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет вычисления высоты и коэффициента асимметричности пика.

На чертеже представлена блок-схема вычислительного устройства.

Вычислительное устройство содержит компаратор 1, цифрезналоговьй преобразователь 2, счетчик 3 преобразователя,, первый 4 и второй 5 счетчики результата, первый 6 и второй 7 реверсивные счетчики, блок 8 деления, с первого по пятый триггеры 9-13, пер- вьш 14 и второй 15 одновибраторы, дешифратор 16 нуля, с первого по четвертый элементы И 17-20, первый 21, второй 22 и третий 23 элементы ИЛИ, генератор 24 импульсов, первый 25 и второй 26 элементы задержки, первый 27 и второй 28 регистры памяти.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии все счетчики обнулены Первый триггер 9 находится в состоянии единицы, при котором сигналом с его прямого выхода в счетчике 3 преобразователя и первом счетчике 4 результата записано по единице младшего разряда, а второй триггер 10 установлен в состоянии нуля. С ин5

0

5

0

5

0

5

версного выхода последнего поступает запрещающий счет потенциал высокого уровня на вход управления второго счетчика 5 результата. С прямого выхода второго триггера 10 управления поступает разрешающий счет (потенциал низкого уровня) на вход управления первого счетчика 4 результата. Разрядность первого 4 и второго 5 счетчиков результата соответствует общему числу элементов единичных площадей разложения воображаемой плоскости хроматограммы по вертикали и горизонтали ориентировочно для площади одного пика. Потенциал низкого уровня с прямого выхода второго триггера

10поступает также на счетный вход третьего триггера 11 и через первый 21 и второй 22 элементы ИЛИ на входы сбросов соответственно первого 6 и второго 7 реверсивных счетчиков, разрешая тем самым поиск максимума пика. Четвертый 12 и пятьй 13 триггеры установлены в состоянии нуля и подачей потенциала низкого уровня с прямых выходов закрывают соответственно третий 19 и четвертый 20 элементы И. Начальное состояние третьего триггера

11не имеет значения. Входное напряжение равно нулю, а напряжение обратной связи на выходе цифроанало- гового преобразователя 2 соответствует единице младшего разряда счетчика 3. На выходе компаратора 1 импульс отсутствует, а первый 17 и второй 18 элементы И закрыты, причем на втором и третьем входах элемента И 18 присутствуют соответственно потенциалы высокого уровня с выхода младшего

51

разряда счетчика 3 и с выхода дешифратора 16 нуля, а на первый вход элемента И 17 поступает потенциал высокого уровня с инверсного выхода первого одновибратора 14. С инверсного выхода второго одновйбратора 15 поступает потенциал высокого уровня на счетный вход второго триггера 10 и на вход разрешения перезаписи второго регистра 28 памяти. Разрядность счетчика 3 преобразователя, первого 6 и второго 7 реверсивных счетчиков соответствует числу шагов квантования по уровню, ориентировочно для высоты пика.

После появления на входе вычислительного устройства начала пика, момента совпадения на входах компаратора 1, входного напряжения и напряжения обратной связи на выходе компаратора 1 формируется первый импульс, поступающий на вход первого одновйбратора 14, на первый вход первого элемента И 18 и через второй элемент 26 задержки на входы сброса счетчика 3, Первый его разряд обнуляется и закрывает элемент И 18. Однако до закрытия последнего первый импульс с выхода компаратора 1 проходит через элемент И 18 на счетный вход триггера 9 и перебрасывает его в нулевое состояние, при котором высокий потенциал с его инверсного выхода поступает на второй вход элемента И 17. Триггер 9 остается в состоянии нуля до затухания пика. I

Одновременно с этим, передним фронтом первого импульса с компаратора 1 запускается одновибратор 14, на инверсном выходе которого формируется потенциал низкого уровня, запирающий элемент И 17. Через определенное время одновибратор 14 возвращается в исходное состояние и отпирает элемент И 17. Импульсы с выхода генератора 24 импульсов через элемент И 17 поступают на счетные входы счетчиков 3 - 5 и реверсивных счетчиков 6 и 7. Цифроаналоговый преобразователь 2, преобразуя ступенчато возрастающий код счетчика 3 в пропорциональное ему напряжение, обеспечивает формирование ступенчатого возрастающего напряжения, обратной связи последовательным прохождением всех элементов (единичных) площадей разбиения по вертикали на воображаемой плоско

62947

сти хроматограммы до момент, иреми -. совпадения этого напряжения с напг-г- жением на другом входе компаратора 1. В момент времени сравнения напряжений на выходе компаратора 1 формируется импульс, осуществляющий обнуление счетчика 3 и запирание элемента 11 17 на время формирования на инверсном

Ю выходе одновйбратора 14 импульса низкого потенциала. Далее указанные действия повторяются до момента времени затухания пика хроматеграммы При этом на каждом такте, т.е. между дву15 мя смежными моментами времени срабатывания компаратора 1 в первый счетчик 4 результата, на вход управления разрешения счета которого поступает разрешающий потенциал низкого уровня.,,

20 с прямого выхода триггера 10 вводится код, соответствующий количеству шагов квантования по уровню величины

/ входного напряжения на данном такте, т.е. шаг квантования по времени за25 дается длительностью импульса низкого потенциала на инверсном выходе одно- вибратора 14 и площадь пика определяется по методу прямоугольников, причем первым счетчиком 4 результата

30 определяется площадь первой половины пика .

Одновременно с этим, в каждом такте импульсы с выхода генератора 2& я

35 через элемент И 17 поступают на счетные входы реверсивных счетчиков 6 и 7, один из которых включен на сложение, а другой - на вычитание в зависимости от поступления соответствен-

40 н° потенциала высокого или низкого уровня с выходов триггера 11. С помощью синхронной работы реверсивных счетчиков 6 и 7 в каждом такте осуществляется сравнение проквантован45 ной по уровню величины входного напряжения с ее проквантованной по уровню величиной в предыдущем такте с При возрастании входного напряжения пика, т.е., при превышении проквантован50 ной по уровню величины входного напряжения в каждом такте ее проквантованной по уровню величины в предыдущем такте, возникает импульс на выходе заема, включенного в данном так55 те на вычитание реверсивного счетчика. Этим импульсом устанавливается з состояние единицы соответствующий четвертый 12 или пятый 13 триггер и одновременно через элемент ИЛИ 23 не

редким фронтом этого импульса запускается второй одновибратор 15.

В каждом такте при возрастании входного напряжения пика на вход второго одновибратора 15 через элемент ИЛИ 23 поочередно поступают импульсы повторного запуска с выходов заема реверсивных счетчиков 6 и 7 и одно- вибратор 15 удерживается в возбужденном состоянии до достижения напряжения пика максимума.

При этом каждый раз в момент времени сравнения напряжений на входах компаратора 3, импульс с его выхода поступает через элемент 26 задержки на счетный вход триггера 11, входы третьего 19 и четвертого 20 элементов И. В результате триггер 11 переключается в противоположное состояние и обеспечивает изменение направления счета в реверсивных счетчиках 6 и 7 в данном такте. Одновременно с этим открывается третий 19 или четвертый 20 элементы И в зависимости от поступления потенциала высокого уровня с прямого выхода соответствующего четвертого 12 или пятого 13 триггера и через первый 21 и второй 22 элементы ИЛИ осуществляется обнупение ре- в$рсивного счетчика, работающего в предыдущем такте в режиме вычитания с одновременным управлением в состоянии нуля соответствуйтего четвертого 32 или пятого 13 триггера.

После достижения входным напряжением пика максимума, т.е. в момент времени, когда в точке перегиба пика щ оквантованная по уровню величина входного напряжения в данном такте i-e превышает ее проквантованной по уровню величины в предыдущем такте, о-тсутствует импульс на выходе заема, работающего в данном такте, в режиме вычитания реверсивного счетчика В результате в данном такте не происходит повторный запуск одновибратора 15, который возвращается в исхоное состояние.

Сформированный положительный пе

репад потенциала на инверсном выходе одновибратора 15 поступает на вход разрешения перезаписи регистра 28 памяти и на вход установки в единицу триггера 10. В результате с выходов разрядов счетчика 3 в регистр 28 памяти записывается код, соответствующий высоте пика, после чего импульсом с выхода элемента 26 задержки счетчик

0

5

0

5

0

0 5 5

0

5

3 обнуляется. Время задержки импульса в элементе 26 задержки равно времени, необходимому для формирования положительного перепада потенциала на выходе одновибратора 15, и времени перезаписи в регистр 28 памяти кода с выходов разрядов счетчика 3. Одновременно с этим триггер 10 устанавливается в состоянии единицы и потенциал высокого уровня с его прямого выхода поступает на вход разрешения счета счетчика 4 результата, на счетный вход триггера 11, через первый 21 и второй 22 элементы ИЛИ на входы сбросов первого 6 и второго 7 реверсивных счетчиков, и на входы установки нуля четвертого 12 и пято- го 13 триггеров. В результате происходит запрещение поиска максимума и запрещение счета в первом счетчике 4 результата, а потенциалом низкого уровня с инверсного выхода триггера 10 разрешается счет во втором счетчике 5 результата, где осуществляется определение площади второй половины пика.

Завершение цикла определения параметров пика и возвращение вычислительного устройства в исходное состояние осуществляется в момент затухания пика.

Б момент затухания лика в начале такта квантования по уровню разряды счетчика 3 обнулены и на выходе дешифратора 16 нуля сформирован высокий потенциал, поступающий на третий вход элемента И 18. Первый импульс с выхода генератора 24 импульсов, прошедший через элемент И 17 на счетный вход счетчика 3, устанавливает его младший разряд в единичное состояние. На втором входе элемента И 18 появляется высокий потенциал, а на выходе цифроаналогового преобразователя 2 - напряжение обратной связи, соответствующее одному шагу квантования по уровню. При этом происходит сравнение затухающего сигнала на входе устройства и напряжения обратной связи и на выходе компаратора 1 формируется последний импульс. Этот импульс через элемент И 18 поступает на триггер 9, переключая его в состояние единицы. Сигнал, образованный появлением высокого потенциала на прямом выходе триггера 95 поступает на вход управления блока 8 деления, на входы которого поступают коды с выходов

первого 4 и второго сметчиков результата, соответствующие площадям первой и второй половин пика. В результате деления кода, соответствующего площади первой половины пика, на код, соответствующий площади второй половины пика, в выходном регистре блока 8 деления появляется код, соответствующий коэффициенту асим- метричности пика. Вместе с этим импульс с прямого выхода триггера 9 поступает на вход установки нуля триггера 10, который перебрасывается в состоянии нуля, и с появлением потенциала низкого уровня на его прямом выходе разрешается в дальнейшем счет в первом счетчике 4 результата и поиск максимума пика.

Импульс, образованный появлением высокого потенциала на прямом выходе триггера 9, проходит также через элемент 25 задержки и устанавливает в единицу младшие разряды счетчиков 3 и 4, обнуляет остальные разряды счетчика 4 результата и обнуляет счетчик 5 результата. Одновременно передним фронтом этого импульса происходит разрешение перезаписи в регистр 27 памяти кода, соответствующего ко- эффициенту асимметричности пика с выходного регистра блока 8 деления.

С поступлением каждого нового пика процесс повторяется и происходит обновление информации в первом 27 и втором 28 регистрах памяти. В качестве сигнала разрешения перезаписи содержимого регистров 27 и 28 памяти i на внешнее устройство можно использовать сигнал на выходе элемента 25 задержки.

Формула изобретения

Вычислительное устройство для оп- ределения параметров пика, содержащее генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, подключенного вторым входом к инверсному выходу первого триг- гера, третьим входом - к инверсному выходу первого одновибратора, а выходом - к счетному входу первого счетчика результата и к счетному входу счетчика преобразователя, соединен- кого выходами разрядов с входами циф- роаналогового преобразователя, выход которого подключен к первому входу компаратора, соединенного вторым вхо5

0

5

Q

0

5 0

5

дом с входом устройства, а выходов - с входом первого одновибратора и первым входом второго элемента И, подключенного вторым входом к выходу младшего разряда счетчика преобразователя, а третьим входом - к выходу дешифратора нуля, соединенного входами с выходами остальных разрядов счетчика преобразователя, причем выход второго элемента И подключен к счетному входу первого триггера, прямой выход которого через первый элемент задержки соединен с входами установки в I младшего разряда счетчика преобразователя и первого счетчика результата, входами сброса остальных разрядов первого счетчика результата и входом разрешения перезаписи первого регистра памяти, о т- личающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет вычисления высоты и коэффициента асимметричности пика, в него дополнительно введены второй счетчик результата, два реверсивных счетчика, блок деления, с второго по пятьй триггеры, второй одновибра- тор, третий и четвертый элементы И, три элемента ИЛИ, второй элемент задержки и второй регистр памяти, причем второй триггер соединен счетным входом с инверсным выходом второго одновибратора и входом разрешения перезаписи второго регистра памяти, входом установки в О - с прямым выходом первого триггера и входом синхронизации блока деления, прямым выходом - с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ и входом разрешения счета первого счетчика результата, а инверсным выходом - с входом разрешения счета второго счетчика результата, подключенного счетным входом к выходу первого элемента И и счетным входом первого и второго реверсивных счетчиков, входом сброса - к выходу первого элемента задержки, а выходами разрядов - к входам разрядов делителя блока деления, соединенного входами разрядов делимого с выходами разрядов первого счетчика результата, а выходами разрядов - с информационными входами первого регистра памяти, выходы разрядов которого являются выходом кода коэффициента асимметрии пика устройства, причем выход компаратора подключен к входу второго элемента задержки, выход которого соединен с входом сброса счетчика преобразователя, первыми входами третьего и четвертого элементов И и счетным входом третьего триггера, подключенного прямым и инверсным выходами к входам управления направлением счета первого и второго реверсивных счетчиков соответственно, причем третий элемент И соединен вторым входом с выходом Четвертого триггера, а выходом - с вторым входом первого элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к входу установки в 0 четвертого триггера и входу сброса первого реверсивного счетчика, соединенного выходом заема с входом установки в 1 четвертого

триггера и первым входом третьего элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу второго одновибратора, а вторым входом - к выходу заема второго реверсивного счетчика и входу установки в 1 пятого триггера, соединенного входом установки в О с входом сброса второго реверсивного счетчика и выходом второго элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом пятого триггера, а выходы разрядов счетчика преобразователя подключены к информационным входам второго регистра памяти, выходы разрядов которого являются выходом кода высоты пика.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для определения параметров ограниченной аналоговой кривой переходного процесса, пика хроматограмм, кривой отклика на импульсное возмущение и т.д. и может найти применение в нефтехимии, биологии, пищевой и в других отраслях народного хозяйства. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет вычисления высоты и коэффициента асимметричности пика. Вычислительное устройство содержит компаратор 1, цифроаналоговый преобразователь 2, счетчик 3 преобразователя, два счетчика 4 и 5 результата, два реверсивных счетчика 6 и 7, блок 8 деления, пять триггеров 9 - 13, два одновибратора 14 и 15, дешифратор нуля 16, четыре элемента И17 - 20, три элемента ИЛИ 21 - 23, генератор 24 импульсов, два элемента 25 и 26 задержки, два регистра 27 и 28 памяти. Работа устройства основана на представлении входного сигнала последовательностью единичных площадей (приращений). Наличие новых элементов и связей позволяет определить величину проквантованного по уровню входного напряжения пика в точке перегиба (высоту пика) и отношение площадей первой и второй половины пика разделенной прямой, проходящей в точке перегиба пика и перпендикулярной оси абсцисс координатной системы на воображаемой плоскости хроматограммы (коэффициент асимметричности пика) и тем самым расширяет область применения устройства. 1 ил.