Устройство для вычисления эквивалентного уровня звуковой экспозиции Советский патент 1991 года по МПК G01H3/12 

Изобретение относится к средствам измерения акустического шума и может быть использовано в санитарно-эпидемиологических станциях, промышленных санитарных лабораториях, организациях по охране и безопасности труда, при оценке эквивалентного уровня звуковой экспозиции.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства за счет сокращения количества необходимых для вычисления операций.

На чертеже приведена структурная схема устройства для вычисления эквивалентного уровня звуковой экспозиции.

Устройство для вычисления эквивалентного уровня звуковой экспозиции содержит последовательно соединенные микрофон 1, усилитель 2 с А-частотной коррекцией и блок 3 квадратичного преобразования, тактовый генератор 4, счетчик 5 времени и последовательно соединенные многоразрядной шиной счетчик 6 дозы, блок 7 вычисления логарифма, регистр 8 индикации и индикатор 9. Вход счетчика б дозы соединен с выходом блока 3 квадратичного преобразования, выход тактового генератора 4 подключен ко входу счетчика 5 времени, многоразрядный выход которого подключен ко второму многоразрядному входу блока 7 вычисления логарифма. Последний выполнен в виде мультиплексора 10, регистра 11 сдвига, элемента 122 ИЛИ-НЕ, формирователя 13, дешифратора 14, блока 15 четырех- входовых мультиплексоров и сумматора 16 Информационные входы мультиплексора 10 являются первым многоразрядным входом блока 7 вычисления логарифма, а управляющие входы - его вторым многоразрядным

о

ь.

о ел ел о

входом которые соединены с выходами младших разрядов счетчика 5 времени, информационный вход регистра 11 сдвига подключен к выходу мультиплексора 10, а выход старшего разряда соединен с первым входом элемента 12 2 ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора 4, а выход подключен к тактовому входу регистра 11 сдвига. Вход формирователя 13 соединен с выходом старшего разряда счетчика 5 времени и с входом записи регистра 8 индикации, а выход - со входом сброса регистра 11 сдвига, выходы которого исключая предпоследний и последний разряды, подключены ко входам дешифратора 14 Управляющие входы блока 15четы- рехвходовых мультиплексоров подключены к выходам предпоследнего и последнего разрядов регистра 11 сдвига.

Первые информационные входы блока 15 четырехвходовых мультиплексоров подключены к клеммам уровня логического нуля, вторые входы - к выходам дешифратора, третьи и четвертые соединенные между собой соответственно в каждом мультиплексоре и подключены к клеммам уровней логических нулей и единиц, задающих двоичный код числа 10 Ig 2, округленного для заданной точности представления на выходах мультиплексоров, а выходы соединены с информационными входами сумматора 16, тактовый вход кото рого соединен с выходом тактового генератора 4, вход сброса сумматора соединен с выходом формирователя 13, а выходы сумматора являются выходами блока 7 вычисления логарифма. Дешифратор 14 выполнен как комбинационная логическая схема, формирующая на своих выходах двоичные коды логарифма нормализованного числа, поступающего на его входы, в соответствии с заданной таблицей истинности.

Устройство для вычисления эквивалентного уровня звуковой экспозиции работает следующим образом.

С помощью микрофона 1 звуковое давление акустического сигнала преобразуется в электрический сигнал U(t), который усиливается и нормируется усилителем 2 с А-час- тотной коррекцией, т.е. из сигнала выделяются составляющие UK(I), соответствующие заданной полосе частот сигнала. С выхода усилителя 2 с А-частотной коррекцией сигнал поступает в блок 3 квадратичного преобразователя и на выходе последнего формируются импульсы, частота которых пропорциональна квадрату

входного напряжения (-г-М). В счетчике б

VJO

дозы, после сброса в начале измерения накапливается число импульсов, пропорциональные величине

г. (

С выхода тактового генератора 4 на вход счетчика 4 времени поступают импульсы тактовой частоты, которые задают на втором многоразрядном входе мультиплексора 10 в блоке 7 вычисления логарифма управляющие двоичные коды. Под управлением этих кодов на выход мультиплексора 10 последовательно переключаются выходы счет- чика 6 дозы, начиная с его старшего разряда, сигналы с которых последовательно записываются в разряды регистра 11 сдвига, во время сдвига хранящихся в нем

цифровых кодов по сигналам, поступающих с выхода тактового генератора 5. Таким образом, в моменты формирования тактовых импульсов, в регистр 11 сдвига, разряд за разрядом, записываются двоичные коды

числа, накопленного в счетчике 6 дозы. Во время записи цифровых кодов в регистр 11 сдвита, на предпоследнем и последнем его выходах устанавливаются уровни логического нуля, поступающие на управляющие

входы блока 15 четырехвходовых мультиплексоров. В последнем по этим сигналам устанавливается коммутация на выходы блока 15 уровней логического нуля, которые в двоично-десятичном представлении, поразрядно поступают на входы сумматора 16. В последнем осуществляется сложение двоично-десятичных чисел, поступающих на информационные входы, по сигналам на тактовом входе с выхода тактового генератора 4,

Во время формирования тактовых импульсов в регистре 11 сдвига цифровые коды последовательно сдвигаются в сторону предпоследнего и последнего разрядов. В

момент, когда самая старшая единица в двоичном коде числа оказывается в предпоследнем разряде регистра 11 сдвига, на выходе предпоследнего разряда формируется уровень логической единицы и все

мультиплексоры блока 15 четырехвходовых мультиплексоров переключаются. На выходе мультиплексоров поступают сигналы с выходом дешифратора 14 В последнем осуществляется преобразование двоичных кодов числа, хранящегося в регистре 11 сдвига, в коды логарифма числа е соответствии с аппроксимацией логарифма, заданной, например, таблицей истинности.

При этом число, хранящееся в регистре 11 сдвига, принимается нормализованным, заданным в форме с плавающей запятой, и поэтому на выходе дешифратора 14 формируется цифровой код мантиссы логарифма, который поступает на информационные входы двоично-десятичного сумматора 16, где записывается в результате суммирования с нулевым содержимым.

С приходом следующего тактового импульса с выхода тактового генератора 4 через элемент 12 2 ИЛИ-НЕ на тактовый вход регистра 11 сдвига, в последнем старшая единица записанного числа сдвигается в последний разряд, с выхода которого поступает на управляющие входы мультиплексоров в блоке 15 четырехвходовых мультиплексоров. На выходе этого блока устанавливается в двоично-десятичном представлении цифровой код характеристики 10 Ig 2, которая поступает в сумматор 16 и суммируется с предыдущим результатом.

Одновременно с этим, уровень логической единицы с выхода последнего разряда регистра 11 сдвига поступает на второй вход схемы 12 2 ИЛИ-НЕ, в результате чего импульсы с тактового генератора на тактовый вход регистра 11 сдвига больше не поступают. Сдвиг числа в последнем прекращается. Во все последующие тактовые импульсы, поступающие с выхода тактового генератора на тактовый вход сумматора 16. в последнем осуществляется суммирование предыдущего результата с характеристикой 10 Ig 2. Суммирование происходит многократно до тех пор, пока на последнем разряде счетчика 6 времени не сформируется уровень логической единицы, по которому содержимое сумматора 6 поразрядно поступает в регистр 8 индикации, а регистр 11 сдвига и сумматор 16 обнуляются. Обнуление двух последних происходит по заднему фронту сигнала с выхода формирователя 13 и поэтому не мешает записи числа в регистр 8 индикации. Записанное число поразрядно поступает на входы индикатора 9, где отображается как результат измерения.

Число разрядов в счетчике 5 времени соотносится с числом разрядов в счетчике 6 дозы и поэтому в сумматоре накапливается число с фиксированной запятой S. которое является приближением логарифма числа с плавающей запятой, хранящегося в регистре 11 сдвига:

S 10lglro(Јtydt.

где Т - время измерения,

Uic(t)- уровень сигнала, пропорциональный текущему значению звукового давления с А-частотной коррекцией по ГОСТ 17187-81.

5Uo - пороговое значение уровня звукового давления (нормирующий делитель), -единица измерения времени. Величина S характеризует эквивалентный уровень звуковой экспозиции с едини- 0 цей измерения - децибел.

Таким образом, в устройстве для вычисления эквивалентного уровня звуковой экспозиции, вычисление последовательно осуществляется микрооперациями сумми- 5 рования, по каждому тактовому импульсу осуществляется одна из микроопераций, а их общее количество не превышает числа 2Ш, где m - количество двоичных разрядов в счетчике времени, которое соотносится с 0 числом-разрядов в счетчике дозы п по формуле п 4 2т.,

Этим достигается сокращение количества необходимых операций при вычислении эквивалентных уровней звуковой 5 экспозиции, что повышает быстродействие устройства во время измерении Формула изобретения Устройство для вычисления эквивалентного уровня звуковой экспозиции, содержа- 0 щее последовательно соединенные микрофон, усилитель с А-частотной коррекцией и блок квадратичного преобразования, тзктовыйгенератор, счетчик времени и последовательно соединенные многораз- 5 рядной шиной счетчик дозы, блок вычисления логарифма, регистр индикации и индикатор, вход счетчика дозы соединен с выходом блока квадратичного преобразования, выход тактового генератора подключен 0 ко входу счетчика времени, многоразрядный выход которого подключен ко второму многоразрядному входу блока вычисления логарифма, отличающееся л ем, что с целью повышения быстродействия устрой- 5 ства за счет сокращения количества необходимых для вычисления операций блок вычисления логарифма выполнен в виде мультиплексора, регистра сдвига члемента 2 ИЛИ-НЕ, формирователя, дешифратора, 0 блока четырехвходовых мультиплексоров и сумматора, информационные входи мультиплексора являются первым многоразрядным входом блока вычисления логарифма а управляющие входы - его вторым многораз- 5 рядным входом, которые соединены с выходами младших разрядов счетчика времени, информационный вход регистра сдвига подключен к выходу мультиплексора, а выход старшег.о разпяда соединен с первым вхо- дом элемента 2 ИЛИ-НЕ, второй вход последнего соединен с выходом тактового генератора, а выход подключен к тактовому входу регистра, вход формирователя соединен с выходом старшего разряда счетчика времени и с входом записи регистра индикации, а выход - со входом сброса регистра сдвига, выходы которого, исключая предпоследний и последний разряды, подключены ко входам дешифратора, управляющие входы мультиплексоров в блоке четырехвхо- довых мультиплексоров подключены к выходам предпоследнего и последнего разрядов регистра сдвига, первые информационные входы четырехвходовых мультиплексоров

подключены к клеммам уровня логического нуля, вторые входы - к выходам дешифратора, третьи и четвертые соединены между собой в каждом мультиплексоре и подключены к клеммам уровней логических нулей и единиц, задающих двоичный код числа 10 Ig 2, округленного для заданной точности представления, а выходы подключены к информационным входам сумматора, тактовый вход которого соединен с выходом тактового генератора, вход сброса сумматора соединен с выходом формирователя, а выходы сумматора являются выходами блока вычисления логарифма.

Изобретение относится к средствам измерения акустического шума. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства за счет сокращения количества необходимых для вычисления операций. В устройстве осуществляется преобразование накапливаемого числа в форму с плавающей запятой, с последующим формированием мантиссы логарифма и многократным суммированием ее с характеристикой, в зависимости от положения запятой в представлении преобразуемого числа. При этом число операций, необходимых для вычисления эквивалентного уровня звуковой экспозиции полностью определяется требуемой точностью получения измеряемой величины. Результатом суммирования является приближенная величина эквивалентного уровня звуковой экспозиции, выраженная в децибелах. 1 ил. (Л С

Таблица истинности дешифратора 14

5 :а

8