Устройство для определения распределений вероятностей амплитуд импульсных сигналов Советский патент 1992 года по МПК G06G7/52 

для определения распределений вероятностей амплитуд импульсных сигналов, содержащее два одновибратора, формирователь импульсов, амплитудно-импульсный модулятор, третий одновибратор, элемент запрета, блок задержки, два пиковых детектора и два амплитудных анализатора, триггер, группу элементов И и пороговый блок.

Недостатком известного устройства является низкая точность.

Целью изобретения является повышение точности устройств.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения распределения вероятностей амплитуд импульсных сигналов, содержащее два формирователя импульсов, первый триггер, два элементы И, первую группу элементов И, геЖратор тактовых импульсов, счетчик, дешифратор, группу счетчиков и первый пороговый блок, вход которого является входом задания информации о вспышках молнии устройства, а выход через первый формирователь импульсов подключен к S-входу первого триггера, прямой выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выход которого подключен к счетному входу счетчика, выход которого соединен с входом первого дешифратора, введены два формирователя импульсов, три клича, дв а триггера, пиковый детектор, два элемента задержки, аналого-цифровой преобразователь, группа дешифраторов, вторая группа элементов И, группа пороговых блоков группа элементов НЕ: два элемента ИЛИ и второй пороговый блок, вход которого является входом задания информации о раскатах грома, а выход соединен с информационным входом первого ключа, выход которого через второй формирователь импульсов подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, к входу первого элемента задержки, и через второй элемент задержки - к первым входами элементов И первой группы, выход каждого из которых соединен с входом разрешения последующего дешифратора группы, выходов каждого дешифратора группы подключены к счетным входам соответствующих счетчиков одноименной группы, выходы счетчиков групп и выход первого порогового блока являются выходами устройства, выход первого формирователя импульсов соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ и к S-входу второго триггера, инверсный выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, прямой выход первого триггера подключен к входу запуска

генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход счетчика подключен к входам дешифратора и пороговых блоков

группы, выход каждого из которых, кроме последнего, соединен с входом одноименного элемента НЕ группы, выход первого порогового блока соединен с вторым входом первого элемента И первой группы, выходы всех пороговых блоков кроме первого соединены с первыми входами одноименных элементов И второй группы, выход каждого элемента НЕ группы, подключен к одноименным входам одноименного и всех

последующих элементов И второй группы, выход дешифратора соединен с вторыми входами второго и первого элементов ИЛИ, выход которого подключен к R-входу второго и первого триггера, инверсный выход которого соединен с управляющим входом ключа, информационный вход которого подключен к выходу первого порогового блока, а выход через третий формирователь импульсов соединен с S-входом третьего триггера, и входом четвертого формирователя импульсов, выход которого подключен к R- входу третьего триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, информационный в-ход которого подключен к входу задания информации о вспышках молнии устройства, а выход соединен с информационным входом пикового детектора, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразовате-,

ля, выход которого соединен с информационными входами дешифраторов группы, выход первого элемента задержки подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами сброса

счетчика и пикового детектора.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема амплитудного анализатора; на фиг. 3 - структурная схема преобразователя кодов.

Устройство содержит первый и второй пороговые блоки 1 и 2, первый, третий, четвертый и второй формирователи 3-6 импульсов соответственно, триггеры 7-9 с первого по третий, первый и второй элементы 11 и 12 И, преобразователь 13 кодов, пиковый детектор 14, первый и второй элементы ИЛИ 15 и 16, дешифратор 17, второй элемент 18 задержки, второй и первый ключи 19 и 21, третий ключ 20, генератор 22

тактовых импульсов, аналого-цифровой преобразователь 23, первый элемент 24 задержки, амплитудный анализатор 25 и группу 26 амплитудных анализаторов, вход задания информации о вспышках молнии

27, вход 28 задания информации о раскатах

грома, группу 29 установочных входов и управляющий вход 30, выходы 31 блока 25, выходы 32 блоков 26, выходы 33 блока 13, выход 34 блока 6 и выходы 35 блока 23.

Амплитудный анализатор группы 26 (фиг. 2) содержит элемент И 36, дешифратор 37 и группу счетчиков 38.

Преобразователь 13 кодов (фиг. 3) содержит группу регистров 39, группу пороговых блоков 40, группу 41 элементов НЕ, группу элементов 42 И (вторую группу элементов И устройства), элемент 43 задержки, счетчик 44 и дешифратор 45, выходы 46 элементов НЕ группы 41 и выходы 47 дешифратора 45.

Блок 25 отличается от блоков группы Јб тем, что в нем не используется вход 33, а вход 34 соединен непосредственно с разрешающим входом дешифратора 37. ,, ,

На чертежах не показаны цепи начальной установки устройства и выходные индикаторные узлы.

Устройство работает следующим образом.

Устройство предназначено для определения распределений вероятностей амплитуд импульсных сигналов, являющихся импульсами электромагнитного излучения, в результате молниевых разрядов (например), и характеризующее распределение мощности молний. Кроме определения общего распределения вероятностей амплитуд импульсов всех молний, независимо от расстояния молний от измерительного прибора, устройство позволяет получить частные распределения амплитуд сигналов от молний в ряде зон: первая зона имеет размеры от 0 до RL вторая - от RI до RS, и т.д. К-я зона - от Rk-1 до Rk. Таким образом, первая зона является круговой, а остальные - кольцевыми. Устройство позволяет определить распределения вероятностей амплитуд молний по зонам с произвольными размерами и с произвольным количеством зон.

Работа устройства производится в двух режимах: режиме установки размеров зон и рабочем режиме.

В режиме установки размеров зон, в регистры 39 блока 13 записываются двоичные коды, соответствующие значениям RI (размерам зон), которые рассчитываются из соотношения Ri(ti fr)/V3, где li - радиус соответствующей зоны, fr - частота следования импульсов от генератора 22 устройства, V3 - скорость звука Перед началом записи счетчик 44 устанавливается сигналом сброса в нулевое состояние (сигнал сброса не показан на фиг 1), нулевой код с его выхода устанавливает единичный сигнал на первом выходе дешифратора 45, открывая для записи регистр 39i На входы 29 подается код RI; затем на тактов ый вход 30 подается синхроимпульс, по которому код 5 RI записывается в регистр 39ч и с некоторой задержкой инкриминируется счетчик 44, подготавливая запись, следующий регистр 392. Так производится запись значений зон во все регистры 39

0 После установки границ всех зон режим установки завершается и устройство после общего сброса узлов 7, 8,9,12,26 (38) готово к работе в основном режиме (цепи общего сброса не показаны).

5 Таким образом, в исходном состоянии триггеры 7-9, счетчик 12 и счетчики 38 - в нулевом состоянии..

Импульс, вызванный электромагнитным полем молнии с входа 27 устройства

0 поступает на вход порогового элемента 1, на выходе которого в момент превышения входным импульсом значения порога формируется положительный потенциал, по переднему фронту которого срабатывает

5 формирователь 3 и устанавливает триггер 7 в единичное состояние. Длительность импульса с выхода формирователя 3 выбирается таким образом, чтобы импульс закончился до установки триггера 7 в еди0 ничное состояние, для предотвращения установки тем же импульсом триггера 8 в единичное состояние. Импульс с порогового элемента 1 проходит через открытый положительным сигналом с инверсного

5 выхода еще не установленного единичное состояние триггера 7 ключ 19м поступает на формирователь 4, а затем - на формирователь 5 В совокупности блоки 4 и 5 определяют длительность импульса с выхода

0 триггера 9, управляющего интервалом работы пикового детектора 14. Сигнал с формирователя 4 устанавливает триггер 9 в единичное состояние, а сигнал с формирователя 5 - возвращает его в нулевое состо5 яние, чем регулируется часть импульса от молнии, которая подвергается анализу в пиковом детекторе. На время единичного состояния триггера 9 открывается ключ 20 и импульс молнии поступает на информаци0 онный вход пикового детектора, в котором определяется максимальное значение амплитуды данного импульса. Аналогоцифро- вой преобразователь преобразует эту величину в цифровой код

5После установки триггера 7 в единичное

состояние открывается элемент И 11 и запускается генератор тактовых импульсов 22, импульсы с выхода которого через элемент И 11 поступают на вход счетчика 12 Содержимое счетчика 12, наращиваемое импульсами от генератора 22, пропорционально времени запаздывания импульса грома относительно импульса молнии; устройство ожидает поступления импульса грома.

Импульс грома в виде электрического сигнала (датчики, преобразующие электромагнитные и акустические сигналы в электрические не показаны на чертежах) поступает на вход 28 устройства. При превышении порога срабатывает пороговый элемент 2, на выходе которого формируется импульс, длительность которого равна максимально возможной реальной Длительности импульса грома (например, 20 с) и поступает на вход ключа 21, открытого единичным сигналом с инверсного выхода триггера 8, а далее - через формирователь импульсов 6 на вход элемента ИЛИ 15, устанавливая триггер 7 в нулевое состояние и запрещая прохождение тактовых импульсов на счетчик 12. Этот же импульс поступает на входы элементов И 36 блоков 26 и открывает их. На вторые входы элементов И 36 поступают сигналы с выходов преобразователя 13 кода В любой момент времени лишь один из этих сигналов открывает соответствующий элемент 36 И - в зависимости от нахождения содержимого счетчика 12 в соответствующей зоне, что соответствует определенной зоне расстояния до молнии, и с его выхода разрешающий сигнал поступает на управляющий вход дешифратора 37, на информационные входы Которого поступает сигнал с выхода блока 23 В результате единичный сигнал появляется на том выходе дешифратора 37 соответствующего амплитудного анализатора 26, номер которого соответствует коду с выхода блока 23 Число выходов дешифратора 37 определяется количеством различаемых устройством градаций амплитуд импульсов молнии и одинаково для всех блоков 26 Сигнал с выхода дешифратора 37 инкриминирует со- держямЪе соответствующего счетчика 38 данного блока 26 Таким образом, в блоках 26 и счетчиках 38 производится регистрация распределения вероятностей по расстояниям До молний и амплитудам импульсов молний.

Элемент задержки 18 предназначен для устранения двойной записи, то есть, его параметр выбирается таким образом, чтобы к Моменту записи в один из счетчиков 38 счетчик 12 был йадежно установлен

После записи, импульсом с выхода 34, задержанным на элементе 24 задержки, через элемент ИЛИ 16 счетчик 12 устанавливается в исходное, нулевое состояние, а пиковый детектор 14 сбрасывается Устройство готово к приему и обработке следующего импульса.

Если после импульса молнии импульс

грома был слаб и не вызвал срабатывания

элемента 2, регистрации не происходит.

При этом счетчик 12, модуль счета которого

определяется из соотношения

(I/V3) + rrpmax M Тг,

где М - модуль счета счетчика 12, ггртах максимальная длительность импульса грома, I -максимальное расстояние до молнии, фиксируемой прибором (верхняя граница последней, К-й зоны), достигает максимального значения содержимого, по которому

срабатывает дешифратор 17, и его выходной импульс через элементы ИЛИ 15 и 16 устанавливает блоки 7, 8,12 и 14 в исходное состояние.

Аналогично блокам 26, амплитудный

анализатор 25 фиксирует распределение амплитуд импульсов молнии независимо от расстояния до молнии.

В устройстве предусмотрена защита от фиксации неверных результатов, которые

возможны в следующих ситуациях: при возникновении второй молнии до приема устройством сигнала грома от первой, когда вторая молния находится настолько ближе, что сигнал грома от нее приходит раньше

сигнала грома от первой молнии. Защита устройства от таких ситуаций работает следующим образом.

Если до окончания обработки сигнала грома от некоторой молнии, поступил сигнал от другой молнии, (или нескольких молний), то ключ 19 закрыт нулевым сигналом с инверсного выхода триггера 7; кроме того, срабатвыёает элемент И 10, устанавливая триггер 8 в единичное состояние, чем закрывается ключ 21, не пропуская сигналы грома (возможно - ложные) в канал грома, и предотвращая запись возможных ложных сигналов. Сигналом с элемента И 10 сбрасывается счетчик 12 и детектор 14 через

элемент ИЛИ 16. Счетчик 12 продолжает отсчитывать от нуля до максимального значения, реализуя защитный временной интервал, в течение которого велика вероятность смешивания результатов от различных

молний и фиксации ложной информации В этом интервале другие сигналы молний вновь сбрасывают его в исходное состояние Если же интервал защиты заканчивается, срабатывает дешифратор 17 и устройство устанавливается в исходное состояние.

Преобразователь кода 13 работает следующим образом

Текущее содержимое счетчика 12 поступает на входы всех блоков сравнения 40. На

выходе блока сравнения 40 формируется положительный сигнал тогда, когда код с выхода счетчика 12 меньше или равен коду с выхода соответствующего регистра 39, Таким образом, при нулевом содержимом счетчика 12 на выходах всех блоков 40 - единичные сигналы, которые подаются на соответствующие элементы НЕ 41; в начальный момент все элементы И 42 закрыты, и единичное значение имеет лишь сигнал на выходе 33i. После пересечения кодом счетчика границы RI, на выходе блока 40i формируется нулевой сигнал, открывая через элемент НЕ 41г элемент И 42а; положительный сигнал формируется на выходе ЗЗг, в то же время на выходах 331 и ЗЗз-ЗЗк - нулевые сигналы, то есть, в работу на данном интервале расстояний включается блок 262. Аналогично, при наращивании содержимого счетчика 12 последовательно формируются сигналы на- последовательных выходах 33 блока 13, причем в любой момент времени лиШь на одном из выходов 33 единичный сигнал.

Таким образом, устройство позволяет фиксировать распределение вероятностей амплитуд импульсных сигналов в произвольном числе зон с произвольными параметрами (границами), и реализует защиту от регистрации ложной информации, что расширяет его область применения и повышает достоверность работы,

Формула изобретения Устройство для определения распределений вероятностей амплитуд импульсных сигналов, содержащее два формирователя импульсов, первый триггер, два элемента И. первую группу элементов И, генератор тактовых импульсов, счетчик дешифратор, группы счетчиков и первый пороговый блок, вход которого является входом задания информации о вспышках молний устройства, а выход через первый формирователь импульсов подключен к S-входу перврго триггера, прямой выход которого соединен с первым входами первого и второго элементов И, выход котброго подключен к счетному входу счетчика, выход которого соединен с входом дешифратора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены два формирователя импульсов, три ключа, два триггера, пиковый детектор, два элемента задержки, аналого-цифровой преобразователь, группу дешифраторов, вторую группу элементов И, группу пороговых блоков, группу элементов НЕ, два элемента ИЛИ и второй пороговый блок, вход которого является входом задания информации о раскатах грома, а выход соединен с информационным входом первого ключа, выход которого через второй

формирователь импульсов подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, к входу первого элемента задержки и через второй элемент задержки - к первым входам эле- 5 ментов И первой группы, выход каждою из которых соединен соответственно с входом разрешения последующего дешифратора группы, выходы каждого дешифратора группы подключены к счетным входам соответ0 ствующих счетчиков одноименной группы, выходы счетчиков групп и вьГхоД первого порогового блока группы являются выходами устройства, выход первого формирователя импульсов соединен с вторым входом

5 первого элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ и к S-входу второго триггера, инверсный выход которого соединен е управляющим входом первого ключа, прямой выход

0 первого триггера подключен к входу запуска генератора такто вых импульсов, выход которого соединен с вторим входом второго элемента И, выход счетчика подключен к входам дешифратора и пороговых блоков

5 группы, выход каждого из которых, кроме последнего соединен с входом одноименного элемента НЕ группы, выход первого по рогового блока соединен с вторым входом первого элемента И первой группы, выхо0 ды всех пороговых о локов, кроме первого, соединены с первыми входами одноименных элементов И второй группы, выход каждого элемента НЕ группы подключен к одноименным входам одноименного и всех

5 последующих элементой И второй гоуппы, выход дешифратора соединен с вторыми входами второго и первого элементов ИЛИ, выход которого подключен к R-входам второго и первого триггеров, инверсный выход

0 которого сбедине н с управляющим входом второго ключа, информационный вход которого подключен к выходу первого порогового блока, а выход через третий формирователь импульсов соединен с S-вхо5 дом третьего триггера и с входом четвертого формирователя импульсов, выход которого подключен к R+входу третьего триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, информационный

0 вход которого подключен к входу задания информации о вспышках молнии устройства, а выход соединен с информационным входом пикового детектора, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразова5 теля, выход которого соединен с информационными входами дешифраторов группы, выход первого элемента задержки подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами сброса счетчика и пикового детектора

oj

Ш.2

ZJ

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для измерения статистических характеристик случайных процессов. Целью изобретения является повышение точности. Устройство содержит два формирователя импульсов, первый триггер, два элемента И, первую группу элементов И, генератор тактовых импульсов, счетчик, дешифратор, группу счетчиков и первый пороговый блок, вход которого является входом задания информации о вспышках молчии, а выход через Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для измерения статистических характеристик случайных процессов Известно устройство для определения распределений вероятностей амплитуд импульсных сигналов, содержащее формирователь, амплитудно-импульсный модулятор, первый формирователь импульсов подключен к S-входу первого триггера, прямой выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выход последнего подключен к счетному входу счетчика, выход которого соединен с входом первого дешифратора. Устройство отличается тем, что в него введены два формирователя импульсов, три ключа, два триггера, пиковый детектор, два элемента задержки, аналого-цифровой преобразователь,- группа дешифраторов, вторая группа элементов И, группа пороговых блоков, группа элементов НЕ, два элемента ИЛИ и второй пороговый блок, вход которого является входом задания информации о раскатах грома устройства, а выход соединен с информационным входом первого ключа, выход которого через второй формирователь импульсов подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, к входу первого элемента задержки и через второй элемент задержки - к первым входам элементов И первой группы, выход первого элемента задержки подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами сброса счетчика и пикового детектора. 3 ил. амплитудный анализатор, пиковый детектор, второй пиковый детектор, одновибра- тор, и элемент И. Недостатками известного устройства являются узкие функциональные возможности, сложность настройки и низкая достоверность работы. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство V| со ел о о