Устройство для определения гистограммы первой производной сигнала Советский патент 1974 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для определения вероятностно-статистических характеристик структурных свойств измерительного сигнала.

Известны приборы, определяюихие гистограмму значений исследуемого сигнала, т. е. вероятиости попаданий значений сигнала за время анализа внутрь каждого статистического разряда.

Известный прибор предназначен для оценки вероятностно-статистических характеристик двух сигналов и состоит из двух входных устройств, генератора счетных импульсов, двух амплитудных селекторов, устройства управлеиия, множительного устройства, накопителя, сумматора, блока деления, блока умножения, регистрирующего устройства и блока питания.

Этот прибор может быть использован для определения гистограмм первой производной сигнала при использовании в качестве входного устройства дифференцирующего блока и включении в работу лишь начального участка одного канала этого устройства.

Недостаток известного прибора состоит в узком диапазоне производных и низкой помехозащищеииости.

Целью изобретения является улучшение помехозащищенности устройства и расширение

диапазона анализируемых производных для определения гистограмм.

Указанные качества достигаются путем использования в приборе блока адаптивной временной дискретизации (АВД), работающего по принципу квантования сигнала по уровням или по приращению вместо дифференцирующего блока.

Принцип работы такого блока заключается в определении соприкасающихся интервалов дискретизации и т. д., которые удовлетворяют неравенствам общего вида:

|F(,4i)-F( ), (1) где - возможные значения интервалов дискретизации,

2, 3,

с - целое число с ,

А/М1ГН - погрешность

дискретности при измерении интервалов А/,и минимальноезначение ,

бд - допустимая погрешность экстраполяции, и т. д. существенные (базовые) значения сигнала, F (о), F (A/i), F (), удовлетворяющие неравенствам (1).

Поскольку:РХО - (2)

Ati

F(t) осредненная

на интервале

где

нроизводная сигнала, то прн достаточно л алом 6д значение производной, осредненное на

интервале дискретизация, мало отличается от мгновениого. Значение величин А// и sign

j-i(-1

F( +Mi ) ) позволяет опре/-I j-i

делить значение первой производной сигнала

/-1г 1

и ее зиак на участке EAif/ +А;,J-1/-1

без применения операции дифференцирования, точнее, поставить во взаимное соответствие границы статистических разрядов по производной и границы статистических разрядов ио величине интервала дискретизации.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для определения гистограммы первой производной сигнала; на фиг. 2 - блок-схема входного устройства; на фиг. 3 - блок-схема кодового селектора.

Предлагаемое устройство содержит блок .1 предварительной обработки входной информации, кодовый селектор 2, накопитель 3, генератор 4 счетных импульсов, коммутатор -5, блок управления 6, блок деления 7, счетчик времеии анализа 8, регистрирующий блок 9, межблочные связи (входы, выходы) 10-23 устройства, преобразователь аналог-код 24, блок АВД 25, генератор 26 минимальных интервалов дискретизации, измеритель й7 текущего интервала дискретизации, вычитающий счетчик 23, внутриблочные связи (входы, выходы) 29-34 входного устройства, дешифратор кодов 35, схему блокировки Зб, схему выделения нуля 37 и внутриблочные связи кодового селектора.

Блок 1 устройства для определения гистограммы первой производной сигнала содержит блок АВД 25 нулевого порядка, генератор 2€ минимальных интервалов дискретизации и измеритель 27 текущего интервала дискретизации. Вход ,10 входного блока i/ непосредственно (в аналоговых АВД) или через преобразователь аналог-код (в дискретных АВД) 24 связан со входом блока АВД 26, кодовый выход 34 измерителя 2(7 текущего интервала дискратизации непосредственно или через вычитающий счетчик соединен с выходом 11 блока I/, передающим также от блока АВД 25 информацию о знаке производной. Выход 1(1 соединен с кодовым входом кодового селектора 2, а импульсный выход J2 блока АВД 26 - с управляющим входом селектора, содержащего дешифратор кодов (95, схему блокировки 36, схему выделения нуля 37 и имеющего 2N выходов .1,3 ио числу статистических разрядов гистограммы. Накопитель 5 содержит 2. интеграторов со входными цепями «И, раздельные входы которых подсоединены к соответствующим выходам il3 кодового селектора i2, а общий - к выходу 14 генератора 4 счетных импульсов. Выход каждой цепи «И подсоединен ко входу своего интегратора и через общую цепь «ИЛИ связью /5 - к вычитающему входу входного блока /.

Выход каждого из интеграторов накопителя 3 иодключеи к блоку деления 7 со стороны делимого через коммутатор 5. Со стороны делителя блок деления 7 связан со счетчиком времени анализа в, вход которого подключен к генератору 4 счетных импульсов; Выход блока деления 7 подключен к регистрирующему блоку 9. Блок управления 6 устанавливает соответствующий режим работы: по связи 18 запускает генератор 4 счетных импульсов, ио связи JiS запускает генератор минимальных интервалов дискретизации блока J и по связи 17 управляет работой коммутатора 5.

Работа устройства разделяется на два этапа: обработка и накопление ииформации и приведение накопленной информации к удобному виду и регистрация ее.

Режим обработки и накопления информации начинается с того, что по команде с блока управления 6 запускаются генератор 4 счетных импульсов и генератор 26 минимальных интервалов дискретизации блока /. В этот момент принимается 0 и F(o)0. Начиная с этого момента, блок АВД 25 в дискретные моменты времени , , ..., следит за выполнением первого из неравенств (3), а измеритель 27 текущего интервала дискратизации измеряет текущее значение величины . В момент выполнения этого неравенства блок АВД запоминает значение сигнала F() как существенное для следующего цикла анализа, а вычитающий счетчик 28 - код длительности окончившегося интервала дискретизации . По связи 12

АГмпн.

блок АВД выдает импульс, означающий конец текущего интервала дискретизации. После этого блок АВД начинает следующий цикл анализа, осуществляя слежение в моменты времени ), ..., за вторым из неравенств (3), а измеритель 27 измеряет текущее значение нового интервала дискретизации . При выполнении этого неравенства в блоке АВД запоминается F(Ati4-/ t2), в вычитающем счетчике 28 - код

-Т1 , вновь появляется импульс в связи

Агмпн.12 и т. д.

В момент прихода импульса по связи 13 кодовый селектор 2 проводит сравнение кода, поступающего в этот момент но связи // и содержащего информацию о величине и знаке производной на только что окончившемся интервале дискретизации Ati с границами статистических разрядов. На одном из выходов .13 кодового селектора 2, определяемом величиной и знаком производной на интервале Ati , появится разрбщающий потенциал, который разрешит подачу счетных импульсов с генератора 4 через цепь «И на соответствующий интегратор накопителя 3. Эти же импульсы через общую цепь «ИЛИ по связи 15 поступают на вычитающий вход вычитающего счетчика 2-8, и в момент, когда число их становится А/.код на выходе 1.1 вычитающего счетчика становится равным нулю, срабатывает схема выделения нуля 3.7 кодового селектора 2, и разрешающий потенциал на выходе селектора исчезает. В результате в интегратор накопителя 3, соответствующий статистическому разряду гистограммы, в котором производная сигнала находилась в течение времени Мi , поступитимпульсов. Счетчик времени анализа 8 определяет суммарную длительность анализа сигнала-Обработка и накопление информации заканчивается по сигналу блока управления 6, который по связи Ii8 включает генератор 4 счетjfbix импульсов и по связи /|9 - генератор минимальных интервалов дискретизации входного блока /. В режиме приведения накопленной информаЛИИ к удобному виду и регистрации ее блок управления 6 с помощью коммутатора 5 подключает выход выбранного интегратора накопителя 3 ко входу блока деления 7, по второму входу которого со счетчика времени анализа 8 подается код полного времени анализа. Частное от деления подается на регистрирующий блок 9. Блок } может быть выполнен по схеме фиг. 2. Преобразователь аналог-код 24, запускаемый по связи 29 от генератора 2€ минимальных интервалов дискретизации, выдает по связи 31 с тактом Д/мин коды сигнал f(t). Блок АВД i25 с тем же тактом, задаваемым по связи 30, сравнивает каждое текущее значение кода с последним существенным, т. е. последовательно производит проверку неравенств (1). В момент выполнения очередного неравенства блок АВД запоминает последнее измеренное значение как существенное, выдает импульс по связи 12 в кодовый селектор 2 и команду по связи 33 на перепись кода длительлости окончившегося интервала мерителя текущего интервала дискретизации в вычитающий счетчик 2S (связь ) и на сброс измерителя 27 в нуль по связи 32, измеритель 27 непрерывно заполняется импульсами с периодом следования .. Принципиально необходимыми блоками входного блока / являются лишь блок АВД, генератор минимальных интервалов дискретизации и измеритель текущего интервала днекретизацин. Преобразователь аналог-код можно исключить. В этом случае блок АВД анали.зирует сигнал F(t) и запоминает существенные значения сигнала в аналоговом виде. Для достижения широкого диапазона производных равным (или величины -, ) оно требует оолее тщательной отработки. От вычитающего счетчика 28 тоже можно отказаться, выполняя операции измерения интервала времени, запоминание этого интервала и вычитание в измерителе текущего интервала дискретизации на одном реверсивном счетчике. В этом случае необходимо обеспечить достаточное быстродействие счетчиков и дещифратора и значительное повышение частоты на выходе генератора Л счетных импульсов на частоте . Кодовый селектор 2 может быть реализован следующим образом. Кодовый вход 11 подключен к дешифратору кодов 35 и связью 39 - к схеме выделения нуля 37. Схема блокировки 315 представляет собой промежуточную память, кодовые (запоминающие) входы которой связаны с дешифратором кодов 35, кодовые выходы .13 - с накопителем 3. Запоминание кода в промежуточной памяти производится по импульсу в связи 12, установка памяти в исходное состояние - по импульсу в связи 40. в момент прихода импульса в связи 1в разрешающий потенциал на выходе схемы блокировки 36 устанавливается с помощью дешифратора кодов 35 в положение, соответствующее величине кода в связи . Как только в связи .1.1 появится код нуля, сработает схема выделения нуля 37 и установит схему блокировки в положение, при котором разрешающий потенциал исчезает. Описываемое устройство для определения гистограммы первой производной сигнала способно анализировать производные сигналы обоих знаков, диапазон производных каждого знака при уровне шума во входном сигнале 1 % составляет FMaKc/fMni/ 10. Верхняя граница этого диапазона определяется быстродействием преобразователя аналог-код, она может быть поднята за счет применения более быстродействующих преобразователей. Нижняя граница этого диапазона определяется емкостью измерителя текущего интервала днскретизации входного устройства и может быть опущена за счет увеличения емкости этого измерителя. Осредняющее действие блока адаптивной временной дискретизации может быть уменьшено при уменьшении допустимой погрешности дискретизации. Предмет изобретения Устройство для определения гистограммы первой производной сигнала, содержащее блок предварительной обработки входной ннформации, первый выход которого подключен ко входу селектора, соединенного с первым входом наконителя, второй вход которого подключен к генератору счетных импульсов, а первый выход через коммутатор соединен с первым входом блока деления, второй вход которого подключей к счетчику времени анализа, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности устройства, второй выход накопителя подключен к первому входу блока предварительной обработки входной информации, второй вход которого соединен с генератором счетных импульсов, второй выход блока предварительной обработки входной информации соединен с селектором, а третий выход - со счетчиком времени анализа.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, блок предварительной обработки входной информации содержит преобразователь аналог-код, соединенный с блоком адаптивной временной дискретизации, подключенным к генератору минимальных интервалов дискретизации, соединенному с блоком адаптивной временной дискретизации и с измерителем текущего интервала дискретизации, подключенным к вычитающему счетчику.

FftJ Ш

И/