Устройство для определения среднегоРАзМАХА СлучАйНыХ иМпульСОВ Советский патент 1981 года по МПК G06G7/52 

1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для статистической обработки .случайных импульсов, в частности для определения среднего размаха случайных по амплитуде импульсов реакции стохастической системы, как автоматической, таки эргат:.ческой, на регулярные воздействия.

В практике использования сложных стохастических систем часто бывает необходимо определить размах квазирегулярного импульса, случайного по амплитуде, на выходе системы при -подаче на ее вход регулярных дозированных воздействий.

Квазирегулярность выходного импульса определена тем, что он может быть описан регулярной функцией со случайными параметрами. Характерной особенностью исследуемых систем является аддитивный белый шум с интенсивностью во много раз большей размаха исследуемого сигнала. Примером такой системы может являться головной мозг человека, когда в качестве воздействия используется периодически повторяющийся раздражитель (звуковой, световой, тактильный), а выходным сигналом служит отведение

электроэнцефолограммы, где наряду с фоновой составляющей присутствует реакция на раздражитель.

Известно устройство для определения среднего размаха выходного сигнала, в котором используется квантование сигнала по времени с последующим усреднением равноотстоя1иих от момента подачи воздействия отсчетов

с использованием ЦВМ для накопления и обработки массива данных .

Однако использование ЦВМ и сопрягающей аппаратуры целесообразно лишь при исследовании тонких структур изучаемого сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее два пиковых детектора, соответственно положительного и отрицательного сигналов, информационные входы которых объединены и являются входом устройства, и операционный усилитель, выход которого является выходом устройства, а суммирующие входы подключены

к выходам пиковых детекторов положительного сигнала 2.

Устройство служит для выделения медленно меняющегося сигнала на Фоне шум-а. Однако данное устройство не может определить средний размах быстро

меняющегося знакопеременного выходного сигнала исследуемой системы, так как точность изменения выделяемого сигнала недостаточно высока.

Цель изобретения - повышение точности определения среднего размаха случайных импульсов.

Поставленная цель достигается тем, что в данное устройство, содержащее первый пиковый детектор положительного сигнала и пиковый детектор отрицательного сигнала, информационные входы которых объединены и являются входом устройства, и операционный усилитель, суммирующий вход которого подключен к выходу первого пикового детектора положительного сигнала, дополнительно введены второй пиковый детектор положительного сигнала, блок усреднения, генератор импульсов, Лормирователь стробимпульса и блок задержки стробимпульса, масштабный усилитель и два формирователя разрядных импульсов. При этом информационный вход второго пикового детектора положительного сигнала подключен ко входу устройства. Выходы пикового детектора отрицательного сигнала и второго пикового детектора положительного сигнала соединены соответственно с первым вычитающим входом операционного усилителя и через масштабный усилитель - со вторым вьпитающим входом. Выход операционного усилителя подключен ко входу блока усреднения, выход которого является первым выходом устройства. Выход генератора, являющийся вторым выходом устройства, подключен ко входу формирователя стробимпульса, выход которого соединен с первыми управляющими входами первого пикового детектора положительного сигнала и второго пикового детектора отрицательного сигнала и со входами блока задержки стробимпульса и первого формирователя разрядного импульса, выход которого подключен ко второму управляющему входу второго пикового детектора положительного сигнала. Выход блока задержки стробимпульса подключен к первому управляющему входу второго.пикового детектора положительного сигнала и через Формирователь разрядного импульса - ко вторым управляющим входам первого пикового детектора положительного сигнала и второго пикового детектора отрицательного сигнала.

Пиковый детектор содержит диод, конденсатор, ключи и повторитель сигналов, при 3том один из электродов диода является информационным входом пикового детектора. Второй электрод диода соединен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого является первым управляющим входом пикового детектора, вторым управляющим входом которого является управляющий вход второго ключа, подключенного параллельно конденсатору, соединенному одной обкладкой с выходом второго ключа и входом повторителя сигналов, а другой - с шиной нулевого потенциала. Выход повторителя сигналов является выходом пикового детектора.

На Фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 схема пикового детектора отрицательного сигнала.

Устройство для определения среднего размаха случайных импульсов реакции стохастической системы 1 на регулярные воздействия, содержит блок 2 согласования, пиковый детектор 3 положительного сигнала, пиковый детектор 4 отрицательного сигнала, пиковый детектор 5 положительного сигнала, операционный усилитель 6, блок 7 усреднения, генератор 8 импульсов, формирователь 9 стробимпульса, блок 10 задержки стробимпульса, формирователи 11 и 12 разрядных импульсов и масштабный усилитель 13.

Широкий круг исследуемых стохастических систем характеризуется тем, что исследуемая система постоянно генерирует широкополосный (белый) шум, а при воздействии на ее вход отвечает квазирегулярным сигналом, аддитивно сложенным с шумовой составляющей .

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с выхода генератора 8 постпает на вход системы 1 и на вход формирователя 9 стробимпульса, на выходе которого Формируется стробимпульс поступающий на первые управляющие входы пиковых детекторов 3 и 4, а также на вход формирователя 11 разрядных импульсов, сигнал с которого поступает на второй управляющий вход пикового детектора 5.

Сигнал с выхода системы 1 через блок 2 согласования поступает на информационные входы пиковых детекторов 3-5.

При подаче на первый управляющий вход пикового детектора стробимпульса он открывается и запоминает максимальное значение сигнала, поданного на его информационный вход за время длительности стробимпульса. При подаче разрядного импульса на второй управляющий вход пикового детектора он сбрасывается, после чего сигнал вновь может быть использован для определения максимального значения сигнала за время нойого стробимпульса.

Сигнал на выходе пикового детектора 3 в момент окончания стробимпульса равен

max rv(t) + (t )

V

тсцу.

на выходе второго пикового детектора 4 nintv(t) + t)

на выходе третьего пикового детектора

V.J О,

где V(t) - импульс реакции системы; й(t) - шумовой сигнаш на выходе

системы.

После задержки, Нормируемой блоком 10 задержки, в течение интервала равного длине стробимпульса, сигналы на выходе формирователя 9 стробимпульса и первого формирователя 11 разрядного импульса 11 равны О, а на выходах блока 10 задержки и второго формирователя разрядных импульсов отличны от О. Следовательно сигнал на выходах первого и второго пиковых детекторов равен V,, V. О, а на выходе третьего пИковго детектора

R(t)l,

V- max о Таким образом, за время одного пе риода генератора импульсов в блок 7 усреднения поступает суммарный сигналV m а v( t) + I t) - (0 + (t) - (t) что обеспечивается коэффициентом масш т; 5:;ого усилителя 13, равным двум, подключенного к вычитающему входу операционного усилителя 6. Можно показать, что сигнал на вы ходе блока 7 усреднения равен ВЫХ Я тоу Win Щ( 0 V { t ) - ri i n V ( t) + .max ( 0 - mi n f ( t) - ( Предполагается, что шум f{t) им ет симметричное распределение относ тельно нуля, т. е. Imax f : t)l Ь min f ( t)) еых maxTVv 0 - minrv( t) + f ) - 2 max V{ t) - mi n V ( t) Таким образом, Vjjj,, равно среднему значению размаха выходного импульса системы. Пиковый детектор содержит диод 1 ключ 15, конденсатор 16, ключ 17, п торитель 18 сигналов. Сигнал с информационного входа пикового детектора поступает через диод 14 на информационный вход ключ 15. Если на управляющий вход ключа 15, ЯВЛЯЮ.ЩИЙСЯ первым управляющим входом пикового детектора, подать у равляющий стробимпульс,ключ 15 открывается и сигнал поступает на конденсатор 16, который заряжается до максимального значения сигнала. Напряжение -с емкости 13 через повторитель 18 сигнала подается на выход пикового детектора.

При подаче на управляющий вход ключа-разрядника, являющегося вторым управляющим входом пикового детектора разрядного импульса,конденсатор 16 разряжается, что приводит пиковый детектор в исходное состояние.

Устройство определяет средний размах случайных квазирегулярных импуль-. сов с достаточной для практического использования точностью, при этом из5мерения могут проводиться непосредственно в ходе эксперимента без привлечения сложных аналого-цифровых вычислительных комплексов.

20 Формула изобретения 1. Устройство для определения среднего размаха случайных импульсов, содержащее первый пиковый детектор положительного сигнала и пиковый детектор отрицательного сигнала, информационные входы которых объединены и являются входом устройства, и операционный усилитель, суммирующий вход которого подключен к выходу первого пикового детектора положительного сигнала, отлич, ающееся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены второй пиковый детектор положительного сигнала , блок усреднения, генератор импульсов, формирователь стробимпуль- , са, блок задержки стробимпульса, масштабный усилитель и два формир- вателя разрядных импульсов, информационный вход второго пикового детектора положительного сигнала подключен ко входу устройства, выходы пикового детектора отрицательного сигнала и второго пикового детектора положительного сигнала соединены соответственно с первым вычитающим входом операционного усилителя к через масштабный усилитель - со вторым вычитающим входом, выход операционного усилителя подключен ко входу блока усреднения, выход которого является первым выходом устройства, выход генератора, являющийся вторым выходом устройства, подключен ко входу формирователя стробимпульса, выход которого соединен с первыгш управляющими входами первого пикового детектора положительного сигнала и пикового детектора отрицательного сигнала со входами блока задержки стробимпульса и первого формирователя разрядного импульса, выход которого подключен ко второму управляющег 1у входу второго пикового детектора положительного сигнала, выход блока задержки стро имшульса подключен к первому управляющему входу второго пикового детектора положительного сигнала и через формирователь разрядного импуль са - ко вторым управляющим входам пер вого пикового детектора положительного сигнала и пикового детектора отрицательного сигнала. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пиковый детектор содержит диод, конденсатор, ключи и повторитель сигналов, при это .один из электродов диода является информационным входом пикового детектора, второй электрод диода соединен с. информационным входом первого ключа, управляющий вход-которюго является .первым управляющим входом пикового детектора, вторым управляющим входом которого является управляющий вход второго ключа, подключенного параллельно конденсатору, соединенному Одной обкладкой с выходом второго ключа и входом повторителя сигналов, а другой - с шиной нулевого потенциала, выход повторителя сигналов является выходом пикового детектора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Вопросы кибернетики. Сер. Биотехнические системы, ч. II, вып. 25, 1975, с. 85. 2.Авторское свидетельство GCCP № 221110, кл. G 05 8 5/01, 1967 (прототип).

-Kb

i/Hg opMotfuoffM n/ 8x0

mptbiu yfrffttS/r tffu/uu gxoff

18

выход

17

8mffpffif yf7flof/i fOafut/ fjtfft

фиг 2