Устройство для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин Советский патент 1993 года по МПК G06G7/20 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах автоматики, использующих функциональные преобразователи, а также в аналоговых и аналогоцифровых вычислительных машинах, в частности, при обработке низкочастотных и инфранизкочастотных сейсмических сигналов, измеренных многокомпонентными сейсмометрами изменяющихся в широком динамическом диапазоне.

Целью изобретения является повыше- ние точности вычисления квадратного корня из разности квадратов двух величин при

изменении их в широком динамическом диапазоне.

Предлагаемое устройство представлено на чертеже.

Устройство для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин содержит блоки 1 и 2 выделения модулей этих величин, амплитудный селектор 3, блок- деления 4, формирователь импульсов 5, ге- нератор тригонометрических функций 6, блок выборки и хранения 7,-управляемый делитель, напряжения 8.

Входы первого 1 и второго 2 блоков вы-. деления модулей являются входами устрой00

со

00 00 N О

СО

ства. Выходы блоков выделения модулей подключены к соответствующим входам амплитудного селектора 3. Первый и второй выходы амплитудного селектора 3 подключены соответственно к первому и второму входам блока деления 4, выход последнего подключен к первому входу формирователя управляющих импульсов 5, второй вход которого соединен с первым выходом генератора 6, второй выход которого подключен к первому входу блока выборки и хранений 7, управляющий вход последнего соединен с выходом формирователя импульсов 5, а выход - с первым (управляющим) входом управляемого делителя напряжения 8, второй вход которого соединен с первым выходом амплитудного селектора 3. Выход управляемого делителя напряжения 8 является выходом устройства

В предлагаемом устройстве реализуется выражение

(1), если/Х/ Л7

Z Y2-X2 (2), если /Y/ /X/ В выражении (1) подкоренное выражение есть квадрат катета прямоугольного треугольника, гипотенуза которого равна Ixl, а второй катет равен lyl. Аналогично, в выражении (2) подкоренное выражение есть квадрат катета прямоугольного треугольника с гипотенузой, равной IYI, и вторым катетом, равным IXI. В прямоугольном треугольнике угол между известными гипотенузой и катетом равен

а arccos I-rrl

для (1)

,, V

а arccos 1тИдля (2) Второй неизвестный катет Z равен

Z yx2-Y2 xsina Х sin arccos для(1)

,Х,

2 sin . sin arccos ly для (2)

т.е. результат вычисления Z всегда пропорционален максимальной величине из IX и IYI и синусу угла, косинус которого определяется отношением минимальной величины к максимальной. Указанный способ вычисления реализуется в заявляемом устройстве следующим образом. Входные сигналы, например Ux и Uy, численно равные величинам X и Y, поступают на входы блоков 1 и 2 выделения модулей згих величин, на выходах которых получают сигналы одного знака, равные UH Ux и I, поступающего на входы амплитудного селектора 3 максимального и минимального сигналов. На первом выходе амплитудного селектора получают максимальный сигнал Кз IDmaxI, выбранный из IUXI и IUy I, а на втором выходе - минимальный из двух IUXI и IUyl сигнал UaHUmlnl. Сигналы одного знака Кз и и з, соответствующие lUmaxI и lUminl. поступают на входы блока деления 4, с выхода которого снимают- Напряжение, пропорциональное

отношению

lUmlnl

1 и равное Ш+Уд

lUminl

III Fl |VWiJI IWV, W4 -ff I,. |.

lUmaxIJUmaxI

Напряжение U4 поступает на первый вход формирователя импульсов 5 и является

для него пороговым. На второй вход формирователя 5 поступает косинусоидальное напряжение UK(t) с первого выхода генератора б тригонометрический функций. Амплитуда этих гармонических колебаний равна Ua, т.е.

численно равна.напряжению П4 на выходе блока 4 при lUminHUmaxl. а частота выбирается из условия требуемого быстродействия выполнения одного цикла вычисления. Синусоидальное напряжение той же амплитуды и частоты со второго выхода генератора 6 тригонометрических функций поступает на первый вход блока выборки и хранения 7, а на второй его вход, являющийся управляющим, поступает сигнал управления с выхода формирователя импульсов 5. Когда гармоническое косинусоидальное напряжение UK превышает пороговое напряжение U4(U4 0), на выходе формироватепя импульсов 5 устанавливается, к примеру логический О, и блок выборки и хранения 7

осуществляет режим выборки. В момент

времени, когда UK становится равным U4, на

выходе формирователя импульсов 5 появля-.

ется логическая единица, которая переводит блок выборки и хранения 7 в режим хранение, при котором на выходе блока 7 сохраняется напряжение U, равное значению синусоидального напряжения Uc с выхода генератора 6 тригонометрических

функций в момент времени, когда . Затем цикл повторяется.

Напряжение U4 имеет всегда один и тот же знак, например, положительный, поэтому начало импульса U5 (режим хранение) соответствует интервалу времени, когда косинусоидальное напряжение UK убывает от значения UA до 0, а синусоидальное напряжение Uc возрастает от 0 до UA за тот же

интервал времени Т/4, Интервал времени от начала отсчета, когда , до момента, когда , соответствует углу косинус которого равен, (arccos

IU4l

IUAI

В нашем случае тггт . Тогда угол

llJ.il

lUAl

IU3I

arccos-.Tj-r . а напряжеUBwx U3 sinfarccos

ниеит ил sin arccos тгтт.

Напряжение с выхода блока выборки и ранения U поступает на управляющий в;ход управляемого делителя напряжения 8, Это напряжение U7 равное .

5ln arccos Tjjryl

Таким образом на выходе устройства получают напряжение

lUjjl, 7ЩН

где и з Da, т.е. выходное напряжение пропорционально напряжение, максимальному из двух величин, и синусу угла, косинус которого определяется отношением минимального напряжения к максимальному. faKHM образом, в предлагаемом устройстве реагируется выражение

Z VX2-Y2 Xsin arccosl l при/Х//У/

Z VY2-X2 Y sin arccos lyl при /Y/

/X/

Б заявленном устройстве отдельные блоки могут быть выполнены, например, в соответствии со следующими техническими решениями:

- блоки выделения модулей 1 и 2 - см. 7 (а),

- амплитудный селектор 3-(7б),

- блок деления 4-{7в),

- генератор 6 тригонометрических функций - (7 г),

-блок выборки и хранения 7-(7д),

- управляемый делитель напряжения - (7е).

Формирователь управляющих импульсов 5 может быть выполнен в виде компаратора, аналогичного (7ж).

В заявляемом устройстве для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин методическая ошибка вычисления равна нулю, т.к. реализуемые в устройстве выражения исключают необходимость аппроксимации нелинейных зависимостей различных функциональных преобразователей, имеющихся в известных технических решениях. Другим преимуществом устройства является то, что амплитуды входных сигналов могут изменяться в

широком динамическом диапазоне, т.к. максимальные значения сигналов на выходах всех блоков устройства по модулю не превышают значения любого максимального 5 входного сигнала.

При уменьшении амплитуд входных сигналов погрешности изменяется незначительно, т.к.- блоки 1, 2, 3, 6, 7 устройства построены на операционных усилителях с

глубокой отрицательной обратной связью, блок деления 4 при использовании, например, логарифмических усилителей способен работать в диапазоне более 60 дб. Амплитуду колебаний на выходе генератора б можно

5 выбрать порядка 10 В. Погрешность порога срабатывания компаратора 5 и погрешность выборки и хранения в блоке 7 не превышают 1 мВ.

Погрешность коэффициента передачи

0 прецизионного управляемого делителя напряжения не более 0,1%,

Таким образом, заявляемое устройство для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин позволяет осу5 ществлять вычисление без методической погрешности и при случайной погрешности не более 0,1 %. При использовании прототипа методическая погрешность достигает 10%.

0 Формула изобретен и я

Устройство для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин, содержащее два блока выделения модуля, входы которых являются входами

5 устройства, и амплитудный селектор, первый вход которого подключен к выходу первого блока выделения модуля, отличающееся тем, что в него введены блок деления, формирователь импульсов, гене0 ратор тригонометрических функций, блок выборки и хранения, управляемый делитель напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу блока выборки и хранения, причем второй вход амплитудного се5 лектора подключен к выходу второго блока выделения модуля, а первый и второй выходы - к соответствующим входам блока деления, выход которого соединен с первым входом формирователя импульсов, выход

0 последнего соединен с управляющим входом блока выборки и хранения, первый и второй выходы генератора тригонометрических функций соединены соответственно с вторым входом формирователя импульсов и

5 с информационным входом блока выборки и хранения,ервый выход амплитудного се-: лектора через управляемый делитель напряжения соединен с выходом устройства.

Ux

М

8

tffo/x

u#

Устройство для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин предназначено для использования в анало- говых и аналого-цифровых вычислительных машинах, в частности, при обработке низкочастотных и инфранизкочастотных сейсмических сигналов, изменяющихся в широком динамическом диапазоне. Сущность изобретения: устройство содержит два блока выделения модуля (1,2), амплитудный селектор (3), блок деления (4), формирователь импульсов (5), генератор тригонометрических функций (б), блок выборки и хранения (7), управляемый делитель напряжения (8). Входы блоков выделения модулей являются входами устройства. Выходы блоков выделения модулей подключены ко входам амплитудного селе к тора. Выходы амплитудного селектора, подключены к соответствующим входам блока деления. Выход последнего подключен к первому входу формирователя импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом генератора, второй выход которого подключен к первому входу блока выборки и хранения. Второй (управляющий) вход последнего соединен с выходом формирователя управляющих импульсов, а . выход с управляющим входом управляемого делителя напряжения, информационный вход которого соединен с первым выходом амплитудного селектора. Выход управляемого делителя является выходом устройства. 1 ил. У Б

иг

Us

UK

Us

U,

V