Устройство для формирования импульса окна селекции Советский патент 1991 года по МПК H03K5/26 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано и д.пыюмерных акустических системах, например в гидроакустических устройствах позиционирования плавучих Дуровых установок (ПБУ)с

Цель изобретения - повышение точности сформирования импульса окна селекции с

На фиг. 1 показана структурная электрическая схеме устройства; на фиг с 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства,.

Устройство (фиг 1) содержит шину 1 информационного импульса, мну 2 тактового сигнала, шину 3 запуска, шину 4 импульса окна селекции. Шина 1 соединена с первым входом блока 5 сравнения длительности импульсов, содержащего элементы И 501-50N, нгина 3 соединена с первым входом блока b памяти, который содержит N триггеров 601-6oN памяти, элемен И 7, триггер 8 состояния, элемент 9 задержки, элемент ИЛИ 10. Шина 2 соединена с вторым входом блока 6 и первым входом блока 11 Лормирования импульса окна селекции, который содержит генератор 12 тактовых импульсов, счетчик 13 импульсов, триггеры 14с 1-14„ (,N+1) строб-импульсов, многопоэиционный переключатель 15, триггер 16 строб- импульса начальной установки, эле- менты И 1701-17o(N+1), элемент ИЛИ 18„ С второго по (N+1)fi входы блока 5 соединены соответственно с второго по (N+D-й выходами блока 11, входы с (N+2)-ro по (2К+0-Й соединены соответственно с (N+2)-ro по (2М+1) выходами блока 11, а выходы с первого по N-й соединены соответственно с входами с четвертого по (N+31-и

блока 6, третий вход которого соединен с шиной 1, с первого по N-й РЫХОДЫ, выполненные инверсными, соответственно с второго по (N+1)-u входами блока 11, выходы с (N+1)ro по 2N, выполненные прямыми соответственно с (N+2)-ro по (2Н+1)-й входами блока 11,

В блоке 5 первые входы элементов И 5 1-5tN соединены с первым входом блока 5, второй вход элемента 5 i соединен с (1+1)м входом блока 5, где ,2s . ,N, третий вход элемента И 5 i - с (i+N+1)-M входом блока 5, а выход элемента И 50i - с i-м входам блока 5.

В б токе 6 первый вход элемента ИЛИ 10 соединен с первым входом блока 6, вход элемента 9 издержки сое- ;. ген с п. рвым входом 1лемента И 7 и вторым входом блока 60 Вход устаноки тпи1 i ера 8 соединен с третьим входом блока 6, вход сброса - с выходом элемента ИЛИ 10, а инверсный выход - с вторым входом элемента И 7, выход которого соединен с входами сброса каждого из тршгеров 601-60N, причем вход установки триггера 6Д соединен с (1+3)-м входом блока 6, инверсный выход - с i-м выходом блока 6, прямой выход - с (i+N)-M выходом блока ь, а выход элемента 9 задержки - с вторым входом элемента ИЛИ 100

В блоке 11 выход генератора 12 соединен со счетным входом счетчика 13, с первого по М-й выходы которого сординены с замыкающими контактами многопозиционного переключателя 15, переключающий кснтакт которого соединен с входом установки триггера 16, вход сброса которого соединен с входам гброга трип еров 14„ 1-14„ (N+

316

+1), входом сброса счетчика 13 и первым входом блока 11, а прямой выход - с первым входом элемента И 17, с второго по (N+1)-ft входы которого соединены соответственно с второго по (N+1)-u входами блока 11, а выход - с первым входом элемента ИЛИ 18 выход которого соединен с первым выходом блока 11, а с второго по (N+1)-u входы - с выходами соответственно элементов И 17,1-17 (N-H), причем первый вход элемента 17.J соединен с прямым выходом триггера 14. (j- -1) и с j-м выходом блока 11, где ,3,...,(N+1), второй вход - с (j+N)-M входом блока 11, третий вход с инверсным выходом триггера 14.J и с (j+Ю-м выходом блока 11, причем с (М-Н)-го по (M+N+D-й выходы счетчика 13 соединены с входами установки соответственно триггеров 14.1- U.(N-H).

Цифровые обозначения на временных диаграммах Фиг. 2 соответствуют цифровым обозначениям элементов и шин на фиг. 1

Устройство работает следующим образом.

В момент включения устройства триггер 8 устанавливается в нулевое положение импульсом сброса, поступающим на его вход сброса с шины 3 через элемент ИЛИ 10 При этом на инверсном выходе триггера 8 устанавливается единичный потенциал, Тактовый сигнал запускает источник акустических сигналов (не показан) и одновременно по шине 2 через элемент И 7 осуществляет сброс триггеров 6.1 „.„6 N блока 6 памяти Такто ым сигналом осуществляется также сброс счетчика 13 и триггеров 16, 14.1 . ,. , l4o(N+1).

Первоначальная длительность строб импульса Сд0 устанавливается оператором коммутацией соответствующих выходов счетчика 13 по соотношению

Н .л - -t-ut с

(1)

расстояние между источником и приемником акустических сигналов, м;

скорость звука в море, м/мс; разрешающий временной интервал приема сигналов, определяемый временным сдвигом между строб-импульсами, мс.

5

0 Я

5

0

5

0

5

При появлении информационного сигнала на шине 1 последний сравнивается по дпптельности со строб-импульсами 15; и Г5 (i+0 на элементе И 5.1. В случае совпадения во времени информационного импульса, например со строб-импульсами kg,и fS2(6nr. 2, случай а такт 1) на выходе элемента И 5,1 появляется импульс, осуществляющий установку триггера 601, Все остальные триггеры блока 6 остаются при этом в исходном состоянии.

Таким образом, в первом такте осуществляется выбор и запоминание разрешения (единичного потенциала на прямом выходе триггера 6„1) на прохождение в следующем такте через элемент И 17 „ 2 строб-импульсов С

л.

°52

Si

И

определяющих временное положение

/ импульса окна приема с,

ОКИ

элемента И

Во втором такте на выход элемента И 1702 прохоА

дит импульс ь0кц, который через элемент ИЛИ 18 поступает на шину 4. Если же информационный сигнал не прошел через ранее установленное сокн ( случай б, такт 3), то с нпхода элемента И 17 1 через элемент ИЛИ 18 на выход в четвертом такте проходит /LOKH Г.Р как и в первом та,те, устройство работает с окном приема, временное положение которого определяется длительностью строб-импу :ьса начальной установки Cq0 F-слг в процессе работы временное положение информационно о сигнала изменяется, а импульс разрешения появляется на выходе одного из N элементов И 5Л.5„Н, то в следующем такте через лемент ИЛИ 18 проходит импульс приема о длительностью Дс

О К Н

прошедший через

один из элементов И 1 7 . 2 0 ., ., 1 7 , (N+ 1) , получивший разрешение в предыдущем такте Таким образом, осуществляется автоматическое слежение за временным положением ннформацнсиного сигнала, что позволяс т в очередном такте сформировать импульс сокц длительность которого определяется величиной раз- 0 решающего временного интервала

Как правило, в гидроакустических системах позиционирования ПБУ выход формирователя окна приема подключают е к входу блока приема информационных сигналов, поэтому точность формирования окна приема определяет и точность селекции информационных сигналов.

Произведем сравнительную оценку точности селекции при использовании известного и данного устройств при Функционировании их в составе гидроакустического устройства позиционирования ПБУ, Пусть расстояние между источником и приемником акустических сигналов м, время тохождения информационного сигнала С 300 мс Та как от t , то длительность строб-импульса начальной установки о so не может быть задана точнее, чем Д 48 мс (16% ото). Известно,что средняя погрешность, вызванная поме- хами J л0 (.относительное изменение длите - :.тети с- на выхоце пнфгрмлцнон ного триггера) , определяется по формуле

Јср -0.5.Р. , (2)

где Р - плотность вероятности появления помех и определяется, как отношение числа импуль- сов помех к числу периодов следования тактовых импульсов Т;

л

Дс- время ожидания сигнала, мс. Пусть Т 2000мс, ,/tf ,

so тогда решая уравнение (2), получим,

что Јс„ 0,07 (7% отЈ ) , т.е. в первом такте точность селекции составляет 7% от с , и только через К тактов происходит адаптация устройства0

Так как формирование С5о и р рассматриваемом устройстве не связано с проведением операции аналогового преобразования, то точность формирования импульса окна селекции, а значит, и точность селекции определяется только стабильностью генератора и выбранным временным сдвигом Д между строб-импульсами L sn . с (п+1)„ При этом величина дС может быть существенно минимизирсрана и выбирается исходя из условий работы объекта позиционирования (скорости его. перемещения, Т, уровня шумов и .)0 Так, например, в рассматриваемом случае оптимален выбор с 2 мс. Подставляя йС в формулу (2), найдем, что Јср 0,003 (0,37, от (/) о Таким образом, при использова

нии данного устройства в селекторах информационных сигналов адаптация происходит за один такт, а точность селекции выше точности селекции с

,

0

5

0

Ј

д $

5

использованием известного устройст- па в 20 раз.

При высоких уровнях помех использование в селекторах известного устройства прототипа приводит к сбоям в работе гидроакустического устройства позиционирования, что в свою оче.редь может привести к неконтролируемым смещениям ПБУ, а значит, к возникновению аварийных ситуаций, поломке бурового инструмента, потере скважины и т.Дс Использование данного устройства позволяет существенно повысить эффективность проведения буровых работ на ПБУ0

о р м у л а изобретения

1 . Устройство для формирования импульса окна селекции, содержащее блок сравнения длительностей импульсов, блок памяти и блок формирования импульса окна селекции, первый вход которого соединен с шиной тактового сигнала, а первый выход - с шиной импульса окна селекцш, а так- же шину информационного импульса, отличающееся гем, что, с целью повышения точности формирования импульса окна гелекпии, D него введена шина запуска, соединенная с первым входом блока намят и, второй вход которого соединен с шиной тактового сигнала, третий вход - с шиной информационного импульса, а входы с четвертого по (М+3)-й - соответственно с первого по N-й выходами блока сравнения длительности импульсов, первый вход которого соединен с шиной информационного импульса, входы с ьгорого по (N+1) - соответственно с вт чрого по (N+1)-it BL одами блока формирования импульса окна селекции, входы с (N+2)-ro no (2N+1)-ft - соответственно с (К+2)-го по (2М+1)-й выходами блока формирования импульса окна селекции, с второго по (N+1)-ft входы которого соединены соотьетс - венно с первого по N-й выходами блока памяти, выполненными прямыми, а входы с (N+2)-ro no (2N+D-A - соответственно с (N41)-го по 2М-й выходами блока памяти, выполненными инверсными

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок сравнения длительности импульсов содержит N элементов И, первые входы которых соединены с первым входом блока сравнения длительности импульсов, второй вход 1-го элемента И соединен с (i+O -M входом блока сравнения длительности импульсов, где ,2,...,N третий вход 1-го элемента И - с (i+N+0-м входом блока сравнения длительности импульсов, а выход 1-го элемента И - с i-м выходом блока сравнения длительности импульсов.

30 Устройство по п, 1, отличающееся тем, что, блок памяти содержит N триггеров памяти, элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с первым входом блока памяти, элемент задержки, вход которого соединен с первым входом элемента И и вторым входом блока памяти, а также триггер состояния, вход установки которого соединен с третьим входом блока памяти, вход сброса - с выходом элемента ИЛИ, а инверсный выход с вторым входом элемента И, выход которого соединен с входами сброса каждого из N триггеров памяти, вход установки 1-го триггера памяти соединен с (1+3)-м входом блока памяти, инверсный выход - с i-м выходом блока памяти, прямой выход - с (i+N)-M выходом блока памяти, причем выход элемента задержки соединен с вторым входом элемента ИЛИ.

4 о Устройство по п„ 1, отличающееся тем, что блок формирования импульса окна селекции содержит генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов,

5

0

5

0

5

с первого по М-й выходы которого соединены с замыкающими контактами многопозиционного переключателя, переключающий контакт которого соединен с входом установки триггера строб-импульса начальной установки, вход сброса которого соединен с входами сброса каждого из (N-H) триггеров строб-импульсов, входом сброса счетчика импульсов и первым входом блока формирования импульса окна селекции, а прямой выход - с первым входом первого элемента И, с второго по (N+O-й входы которого соединены соответственно с второго по (N+O-й входами блока формирования импульса окна селекции, а выход - с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым выходом блока формирования импульса окна селекции, а с второго по (N+O-й входы - с выходами соответственно с второго по (N+O-й элементов И, причем первый вход j-ro элемента И соединен с прямым выходом (j-l)-ro триггера строб-импульсов и с j-м выходом блока формирования импульса окна селекции, где ,3,„..,(N+1), второй вход - с (j+N)-M входом блока формирования импульса окна селекции, третий вход - с инверсным выходом j-ro триггера строб-импульса и (j+N)-M выходом блока формирования итульса окна селекции, причем с (М+1)-го по (M+N+0-й выходы счетчика импульсов соединены с входами установки соответственно с первого по (N+O-й триггеров строб-импульсов.

Фиг 2

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано и дальномерных акустических системах, например п гидроакустических устройствах позиционирования плавучих буровых установок, Целью изобретения является повышение точности формирования импульса окна селекции г грот т во лля формирования импульса ьм 1 селекции содержит шину 1 инфор- млпиончмх импульсов, шину 2 настовых