Управляемый фильтр Советский патент 1981 года по МПК H03H21/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для выделения полезной низкочастотной составляющей измереннь1х сигналов. Известно сглаживаклцее устройство для выделения полезной составляющей измеренного сигнала, содержащее источ ник переменного, например, гармоничес кого сигнала, последовательно соединенные суммирующий усилитель и два интегратора, выходы которых подключены к входам суммирующего у-.илителя, а выход источника переменного сигнала соединен с дополки)-ельным входом суммирующего усилителя 1J. Недостатком данного устройства является низкая точность выделения сигнала. Известен также управляемый фильтр, содержащий ограничитель уровня сигнала, два иитсграторя, гтясштабиый усилитель, элемент сравнения, первый вход которого подключен ко входу устройства, а выход - через ограничитель Уровня сигнала ко входу первого интегратора, выход которого подключен к выходу устройства, к второму входу элемента сравнения и, через второй интег ратор и масштабный усилитель, к ограничителю уровня сигнала. При коммутации напряжения силовой сети в течение короткого промежутка времени происходит внезапное падение напряжения, в элементе сравнения вырабатывается переходной сигнал, который подается на вход ограничителя уровня сигнала. Ограничитель уровня сигнала ограничивает входной сигнал первого интегратора до величины приблизительно равной уровню напряжения без помех. После интегрирования в интеграторе падение напряжения на выходе сглаживающего устройства мало относительно изменершя напряжения на входе. Таким образом, сглаживающее устройство уменьшает влияние как помех типа выбросов, характеризующихся кратковременным измене1шем сигнала на входе устронства на значительную величину, так и обычных помех, распределенных, например, по нормальному закону 2. Недостатком известного устройства является низкая точность выделения полезного сигнала в случае, когда статистические и структурные свойства полезного сигнала и помехи изменяются . Настроечные же параметры сглаживающего устройства, к которым относят ся постоянная времени интегрирования Т первого интегратора и величина . ограничивающего напряжения ограничителя сигнала, определяются при фиксированных указанных свойствах сигнала. Цель изобретений - повьшение точности выделения полезного сигнала. Для достижения дели в управляемый фильтр, содержащий последовательно включенные элемент сравнения, ограни читель и первый интегратор, выход ко торого соединен с другим входом элемента сравнения, масштабный усилител и второй интегратор, введены дополни тельньй элемент сравнения, детектор знака, квадратор, дополнительный мас табный усилитель и сумматоры, при этом между выходом элемента сравнения и входом второго интегратора вкл чены последовательно детектор знака и дополнительный элемент сравнения, выход второго интегратора соединен с другим входом дополнительного элемен та сравнения и входом квадратора, выход которого подключен к дополнительному входу ограничителя через по следовательно соединенные масштабный усилитель и первый сумматор и к дополнительному входу первого интегратора через последовательно соединенные дополнительный масштабный усилитель и второй сумматор, причем друго вход каждого из сумматоров подключен к источнику сигнала постоянной величины , На чертеже представлена структурная электрическая схема управляемого фильтра. Сглаживающее устройство содержит первый элемент I сравнения, первый вход которого подключен ко входу уст ройства, а выход - через ограничител 2 ко входу первого интегратора 3, со единенный выходом со вторым входом элемента 1 сравнения и с выходом уст ройства. Вход детектора знака 4 подключен к выходу первого элемента 1 сравнейия, а выход - к первому входу ополнительного элемента 5 сравнения, ыход которого соединен с входом втоого интегратора 6, выход которого одключен к второму входу дополнителього элемента 5 сравнения и к входу вадратора 7. Выход последнего подлючен К входам двух масштабных усилиелей 8 и 9. Выход первого масштабноо усилителя 8 соединен с первым вхоом первого сумматора 10, второй вход оторого связан с источником сигнала остоянной величины, а-выход - с доолнительным входом ограничителя 2. ыход дополнительного масштабного силителя 9 соединен с первым входом торого сумматора 11, второй вход коорого связан с источником сигнала остоянной величины, а выход - с доолнительным входом первого интеграора 3. Устройство работает следующим образом. Входной сигнал поступает на вход первого элемента 1 сравнения, в котором иэ него вычитается выходной cfcrнал устройства, и получаемая разность (t) поступает на вход ограничителя 2 и на вход детектора знака 4. Если (t) превьшает величину ограничивающего напряже шя ограничителя 2, то в ограничителе 2 он ограничивается до этой величины. Это можно представить выражением гр, при , (t) (t), при ,при а)5-Э, где (t) - выходной сигнал ограничителя; - величина ограничивающего напряжения. Ограничитель 2 может быть реализован, например, с помощью операционного усилителя в режиме насыщения. Сигнал (t) с выхода ограничителя 2 поступает на вход интегратора 3, выполненного, например, с помощью операционного усилителя с емкостной отрицательной обратной связью. На выходе интегратора 3 получается сглаженный сигнал, который и поступает на выход устройства. Все остальные блоки управляемого фильтра предназначены для адаптации его настроек величины ограничивающего напряжения р ограничителя 2 и постоянной времени интегрирования Т, интегратора 3. Сигнал с выхода детектора знака 4, равный -ь или -1 в зависимог.ти от

знака сигнала (t) , поступающего на вход детектора знака 4 с выхода элемента 1 сравнения, поступает на первый вход дополнительного элемента 5 сравнения, в котором от него вьгштается выходной сигнал второго интегратора 6, и разность поступает на вход этого же интегратора. Таким образом, на выходе интегратора 6 получается сглаженный сигнал от детектора знака 4. С выхода интегратора 6 сигнал через квадратор 7, в котором он возводится в квадрат, поступает на входы двух масштабных усилителей 8 и 9, где производится умножение сигнала на коэффициенты К, и К.

Выходной сигнал масштабного усилителя 8 суммируется в первом сумматоре 10 с постоянным сигналом к поступает на дополнительный вход ограничителя 2, задавая величину ограничивающего напряжения

Выходной сигнал дополнительного масштабного усилителя 9 суммируется во втором сумматоре 11 с постоянным сигналом Т° и поступает на дополнительный вход интегратора 3, задавая величину постоянной времени интегрирования Т, этого интегратора.

Постоянная времени интегрирования Т2 интегратора 6, масштабные коэффициенты К, и К масштабных усилителей сигналы ро и Т° определяются экспериментально в зависимости от свойств полезного сигнала и помехи. В частности, величины сигналов ° и Т выбираются при минимальной частоте полезного сигнала и минимальной величине помех.

Таким образом, в результате введения новых элементов обеспечено повышение точности выделения полезного сигнала на фоне помех.

Формула изобретения

Управляемый фильтр, содержащий последовательно включенные элемент сравнения, ограничитель и первый интегратор, выход которого соединен с другим входом элемента сравнения, масштабньш усилитель и второй интегратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности выделения полезного сигнала, в него введены дополнительный элемент сравнения, детектор знака, квадратор, дополнительный масштабный усилитель и сумматоры, между выходом элемента сравнения и входом второго интегратора включены последовательно детектор знака и дополнитель11ый элемент сравнения, выход второго интегратора соединен с другим входом дополнительного элемента сравнения и входом квадратора, выход которого подключен к дополнительному входу ограничителя через последовательно соединенные масштабный усилитель и первый сумматор и к дополнительному входу первого интегратора через последовательно соединенные дополнительный масштабный усилитель и второй сумматор, причем другой вход каждого из сумматоров подключен к источнику сигнала постоянной величины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 321797, кл. G 05 В 5/01, 1970.

2.Патент Англии № 1469605, кл. Н 3 N, 1977 (прототип).