Устройство для адаптивной временной дискретизации сигналов Советский патент 1981 года по МПК G08C15/06 

С ) УСТРОЙСТВО для АДАПТИВНОЙ ВРЕМЕННОЙ Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в измерительных системах со сжатием данных и в случа ях когда требуется сокращение избыточной информации. Известно устройство для адаптивной дискретизации, содержащее последовательно соединенные дифференцирующие, запоминающие, вычитающие и сравнивающие блоки и генератор гипер болически изменяющегося напряжения р Недостатки этого устройства - бол шой разброс погрешности аппроксимаци и, как следствие, низкий коэффициент сжатия информации на некоторых участках измерений. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для адаптивной временной дискретизации сигналов,содержащее последовательно соединенные ключ, перестраиваемый фильтр нижних частот, блок разности и управляемый генератор импульсов, выход которого ДИСКРЕТИЗАЦИИ СИГНАЛОВ подключен к управляемым входам ключа, фильтра нижних частот и элемента задержки, вход и выход которого соединены соответственно с вхсщом устройства и вторым входом блока разности 2. Применение неостанавливающего фильтра эквивалентно применению аппроксимирующего полинома очень высокого порядка, что позволяет существенно увеличить коэффициент сжатия информации. Однако это достоинство устройства относится лишь к сжатию относительно гладких входных сигналов, обладающих плавными переходными характеристиками от одной формы или частоты сигналов кдругой. Сравнительно резкие переходные процессы, особенно быстрый переход от низких частот к. более высоким, не отслеживаются данным устройством, что ведет либо к большим погрешностям, либо к полному пропуску информации. что связано с инерционностью цепи управления генератором. Цель изобретения - повышение точности устройства при дискретизации переходных процессов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для адаптивной временной дискретизации сигналов содержащее первый ключевой элемент, информационный.вход которого объединен с информационным входом первого элемента задержки и подключен к входной шине, выход первого ключевог элемента соединен с информационным входом фильтра нижних частот, выход которого соединен с первым в уэдом блока разности, второй вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, управляемый генератор импульсов выход которого соединен с управляющими входами первого ключево го элемента,фильтра нижних частот и первого элемента задержки, входную . шину и шину управления, введены диф ференцирующий блок, блок управления, второй ключевой элемент и второй эле мент задержки, выход первого элемент задержки соединен через второй элемент задержки с информационным входо второго ключевого элемента и через дифференцирующий блок с первым входо блока управления, второй и третий, входы которого соединены соответстве но с выходом блока разности и шиной управления, выход блока управления соединен со входом управляемого гене ратора импульсов, выход которого сое динен, с управляющим входом второго ключевого элемента, выход которого подключен к выходной шине. На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, структурная схема; на фиг.2 - эпюры напряжений. Устройство содержит ключевой элемент 1, фильтр 2 нижних частот (.ФНЧ блок 3 разности,.первый элемент 4 Задержки, дифференцирующий блок S, управляемый генератор 6 импульсов, блок 7 управления, второй элемент 8 задержки, второй ключевой элемент 9, входную шину 10, выходную шину 11 и , шину 12 управления. Устройство работает следующим образом. Входной информационный сигнал (фиг.Г) через шину 10 поступает на ключевой элемент 1 и элемент k задер ки. После дискретизации с частотой импульсов, поступающих с выхода гене 0. 4 ратора 6 импульсов, сигнал поступает на фильтр 2, который осуществляет операцию восстановления входного си -нала по его дискретным значениям, т.е. на выходе фильтра 2 напряжения пропорционально модели входного сигнала. По-управляемому входу фильтра 2 производится настройка полосы пропуска- ния фильтра в соответствии с максимальной частотой спектра сигнала, в каждый моме.нт времени ( зоны С| , б, , эпюры 6,10. Применение восстанавливающего фильтра 2 эквивалентно применению аппроксимирующего полинома высокого порядка, что позволяет получить высокие коэффициенты сжатия. При этом ширина полосы пропускания фильтра 2 пропорциональна частоте импульсов генератора 6. Частота импульсов определяется величиной погрешности аппроксимации входного сигнала, которая задается через шину 12 в блоке7 управления. С элемента k задержки и фильтра 2 сигналы поступают на блок 3 разности, который формирует на своем выходе сигнал, пропорциональный разности этих сигналов (эпюра 5). Элемент Ц задержки служит для чета задержки, фильтром 2. Задержка фильтра 2 меняется в зависимости от полосы частот, поэтому время задержки элемента Ц должно изменяться в соответствии с частотой генератора 6. С выхода блока 3 сигналы проходят в блок 7 управления, который состоит из последовательно включенных сумматора (не показан) сигналов, поступающих с блоков 3 и 5, шины 12 и ячейки памяти (не показана сигнала управления генератором 6, а также подключенного к ячейке памяти генератора, периодически понижающего уровень сигнала управления, поступающего на генератор 6. Блок 7 вырабатывает суммарный сигнал управления для генератора 6 импульсов, который является функцией сигналов блока 3, дифференцирующего блока 5 и заданного сигнала ошибки с шины 12. При отсутствии сигнала с блока 3 и 5 выходной сигнал с блока 7 управления автоматически уменьшается до появления разрешенного сигнала разности, что ведет к пропорциональному снижению частоты импульсов, дискретизации генератора 6 и уменьшению избыточности в сообщениях.

Дифференцирующий блок 5 повышает быстродействие блока 3 разности и расширяет его динамический диапазон в области малых сигналов, так как при малых уровнях сигналов с блока 2 и элемента 3 затруднено получение эффективного оазностного сигнала с выхола блока 3. Инфоомаиионный. сигнал после временного сдвига элементами k и 8 задержки еше оаз пискоетизиоуется с помощью ключа 9 импульсами, которые вырабатывает генератор 6 в результате обработки сообщений ФИЛЬТРОМ 2 и блоками 3.S и 7 и поступает на ВЫХОДНУЮ ШИНУ 11, Элемент 8 необходи( для сдвига информационного сигнала на вре мя, необходимое для обработки сообщений в блоках 3,5 и 7.

В результате при резком изменении сигнала на входе 10 с помощью ключевого элемента .1, фильтра 2 блоков 3 5 и 7 и элемента -задержки изменяется частота дискретизации и, так как входной сигнал задерживается на время их реакции, новый устанавливающийся сигнал дискретизации попадает в требуемую зону ( эпюры tiSlT, зона и дискретизация входного сигнала производится с заданной точностью.

Например, при установленной точности дискретизации параметров 0, частота дискретизации должна составлять 8-10 точек на период. При изменении частоты входного сигнала от 10 до 1000 Гц частота дискретизации как .известного, так и предлагаемого устройств соответственно изменится от 100 до 10000 Гц. Задержка ФНЧ при полосе до 10-15 Гц обычно составляет 300- 00 МКС.

Таким образом, в известном устройстве генератор дискретизации изменит свою частоту с 10 до 10000 Гц через 300-(00 МКС. Поэтому первый полупериод входного сигнала f1000 Гц и длительностью в 500 мкс будет опрошен так же через ЗОО-tOO мкс, т.е. максимальное значение первого периода будет зарегистрировано с точностью нб выше 25-iO.

Так как в предлагаемом устройстве входной сигнал дискретизируется повторно через время задержки 300i 00 мкс и к этому времени период дис86030«

кретизации составит 100 мкс точность регистрации первого периода, т.о. переходного процесса,, не изменится и составит также 0,5-1%. S Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность регистрации переходных процессов при одновременном сокращении избыточности дискретных данных.

to

Формула изобретения

Устройство для адаптивной временной дискретизации сигналов, содержащее первый ключевой элемент, информационный вход которого объединен с ин формационным входом первого элемента задержки и подключен к входной шине, выход первого ключевого элемента.соединен с информационным входом фильтра 10 нижних частот, выход которого-соединен с первым входом блока разности, второй вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, управляемый генератор импульсов, выход

2S которого соединен с управляющими вхо. дами первого ключевого элемента, фильтра нижних частот и первого элемента задержки, входную шину и шину управления, отличающееся теьТ,

30 что, с целью повышения точности

устройства, в него введены дифференцирующий блок, блок управления, второй ключевой элемент и второй заде)жки, выход первого элемента задержки соединен через второй элемент задержки с информационным входом второго ключевого элемента и через дифференцирующий блок с первым входом блока управления, второй и третий

40входы которого соединены соотвеТствен, но с выходом блока разности и шиной

управления, выход блока управления соединен со входом управляемого генератора импульсов, выход которого со41единен с управляющим входом второго ключевого элемента, выход которого

подключен к выходной шине.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе }0 1. Авторское свидетельство СССР № 2П878, кл. Н 03 К, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР N° , кл.Оо8 С 15/06, 1976 (прототип). I . I I.I. I I

фиг.1 I

III I I I I I I /

раг. 2. I I