Нелинейный фильтр Советский патент 1993 года по МПК G05B5/01 

Изобретение относится к автоматике и приборостроению и может найти применение в информационно-измерительной технике.

Целью изобретения является повышение точности нелинейного фильтра за счет устранения искажений полезного сигнала при отсутствии помехи.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 приведены графики, иллюстрирующие работу устройства при наличии и при отсутствии помехи.

Устройство содержит первый и второй элементы выборки-хранения 1,2, блок фиксации моментов экстремума 3, первый и второй инвертирующие расширители импульсов 4, 5, первый и второй элементы ИЛИ 6, 7, первый и второй инверторы 8, 9, элемент И 10, первый и второй коммутаторы

11,12, сумматор 13, причем вход фильтра соединен со входом блока фиксации моментов экстремума 3, а также со входами элементов выборки-хранения 1, 2, выходы

максимума и минимума блока фиксации моментов экстремума 3 соединены со входами первого 4 и второго 5 инвертирующих расширителей импульсов, а также через соответствующие элементы ИЛИ 6, 7, со входами первого 1 и второго 2 элементов выборки-храпения соответственно, выходы первого 4 и второго 5 инвертирующих расширителей импульсов через соответствующие элементы ИЛИ б, 7 соединены со входами соответствующих элементов выборки-хранения 1, 2, а также через соответствующие инверторы 8, 9 со входами элементами И 10, выход которого соединен с управляющими входами коммутаторов 11,

12,выходы которых подключены ко входам сумматора 13, первый вход - ко входу фильтра, а второй - к выходу соответствующего элемента выборки-хранения 1, 2. Выход сумматора 13 является выходом фильтра, вход 14 блока 3 является входом фильтра.

Устройство работает следующим образом. Пусть входной сигнал (фиг.2а) представляет собой аддитивную смесь медленно меняющейся полезной составляющей Хс (t) и сравнительно высокочастотной помехи Хп (t) (фиг.2б). Когда помеха отсутствует в промежутках времени монотонного изменения выходного сигнала (до момента), блок 3 фиксации моментов экстремума выходные импульсы не вырабатывает, управляющий сигнал, например, на его первом выходе (фиг.2в), равен 0, а на выходах инвертирующих расширителей импульсов 4, 5 непрерывно держится единичный уровень, переводящий элементы 1, 2 выборки-хранения в режим выборки. Сигнал на выходе

первого инвертирующего расширителя импульсов 4 представлен нафиг.2г, а на выходе второго - на фиг.2д. Одновременно единичные сигналы с инвертирующих расширителей 4 и 5 импульсов через инверторы 8 и 9 поступают на входы элемента И 10, а с его выхода на управляющие входы коммутаторов 11 и 12, Сигнал на управляющих входах коммутаторов представлен на фиг.2е.

Этот сигнал удерживает коммутаторы 11 и 12 в состоянии, при котором их выходы соединены со входом фильтра.

Выходные сигналы коммутаторов суммируются сумматором 13 и с его выхода

5 снимается выходной сигнал фильтра (фиг.2ж), представляющий собой удвоенный неискаженный полезный сигнал. Таким образом, фильтр работает в линейном режиме. При отсутствии помехи в момент макси0 мума входного сигнала блок 3 фиксации моментов экстремума вырабатывает на своем первом выходе узкий импульс (фиг.2в)... При этом выходной сигнал инвертирукщего расширителя импульсов 4 обращается в

5 ноль (фиг.2г) и по окончании узкого импульса переводит первый элемент 1 выборки- хранения в режим хранения. Но коммутаторы 11, 12 остаются в прежнем состоянии, поскольку только на первом входе

0 элемента И 10 присутствует единичный сигнал. Т.К. параметры инвертирующего расширителя импульсов 4 (5) выбраны такими, что длительность выходного импульса ограничивается максимально возможным пери5 одом помехи, то к моменту минимума полезного сигнала т.2, на первом входе элемента И 10 сигнал сменится на нулевой. Таким образом, при отсутствии помехи одновременное наличие на входах элемента И

0 ю единичных сигналов невозможно в силу низкочастотного характера полезного сигнала, а следовательно состояние коммутаторов 11, 12 не меняется. Сигнал при прохождении через фильтр не искажается

5 (фиг.2ж).

Когда возникает сигнал помехи, начиная с момента тз его первого экстремума, блок фиксации моментов экстремума 3 периодически вырабатывает узкие импульсы,

0

соответствующие моментам экстремумы

входного сигнала. Сигнал на выходе инвертирующих расширителей 4 и 5 импульсов не успевает перейти в единичное состояние и на их выходах (фиг.2 г,д) непрерывно де- 5 ржится-нулевой уровень. При этом выборка входного сигнала происходит с помощью узких выходных имлульсов блока 3 фиксации моментов экстремума только в моменты экстремумов. Начиная со второго экстремума помехи, на выходе элемента И 10 появляется и далее непрерывно удерживается единичный сигнал (фиг.2е), под действием которого происходит переключение коммутаторов 11, 12, выходы которых подключаются к выходам элементов выборки-хранения 1, 2. С выхода сумматора 13 снимается ступенчатый сигнал (фиг.2ж), представляющий сумму огибающих, т.е. ступенчатую аппроксимацию удвоенного полезного сигнала, при этом длительность ступени равна половине периода помехи. При пропадании помехи через время, необходимое для срабатывания инвертирующих расширителей импульсов 4, 5, коммутаторы 11, 12 переключаются на вход блока 3 фик- сации моментов экстремума и фильтр работает в линейном режиме.

Таким образом, при отсутствии помехи предлагаемый фильтр, по сравнению с прототипом, обладает большей точностью, по- скольку не вносит искажений в полезный сигнал.

Формула изобретения Нелинейный фильтр, содержащий сум- матор, выход которого является выходом нелинейного фильтра, первый и второй элементы выборки - хранения и блок фиксации моментов экстремума входы которых являются входом нелинейного фильтра, выходы максимума и минимума блока фиксации моментов экстремума подключены соответственно к входам первого и второго расширителей импульсов и к первым входам первого и второго элементов ИЛИ, к вторым входам которых подсоединены инвертирующие выходы соответствующих расширителей импульсов, а выходы элементов ИЛИ соединены с управляющими входами соответствующих элементов выборки-хранения, отличающийся тем, что. с целью повышения точности нелинейного фильтра, в него введены два инвертора, элемент И и два коммутатора, первые информационные входы которых соединены с входом нелинейного фильтра, вторые информационные входы соединены с выходами соответствующих элементов выборки- хранения, выходы - с входами сумматора, управляющие входы коммутаторов подключены к выходу элемента И, входы которого через соответствующие инверторы соединены с инвертирующими выходами соответствующих расширителей импульсов.

Изобретение относится к автоматике и приборостроению и может найти применение в информационно-измерительной технике. Нелинейный фильтр содержит два элемента выборки-хранения (1,2), блок фиксации моментов экстремума (3), два инвертирующих расширителя импульсов (4,5), два элемента ИЛИ (6, 7), два инвертора (8, 9), элемент И (10), два коммутатора (11, 12), сумматор (13), 3-4-8-10-11-13; 3-5-9-10-12- 13; 3-7-2-12; 5-7; 3-6-1-11; 4-6: 10-12; 14-3; 14-1; 14-11; 14-2; 14-12. 2 ил.

г

Редактор

Составитель Р. Бурлаков Техред М. Моргентал

Фиг. 2. Корректор А. Козориз