Устройство для усреднения импульсной последовательности

 

Изобретение относится к автоматике и информационно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в аэроэлектроразведочной аппаратуре, а также в аппаратуре для исследования скважин методом вызванной поляризации. Целью изобретения является повышение точности за счет предварительного интегрирования входного сигнала в заданном числе измерительных стробов. Устройство содержит распределитель импульсов 1, ключ 2, масштабирующий резистор 3, ключ 4, двунаправленный коммутатор 5, блок 6 интегрирующих конденсаторов, мультиплексоры 7 - 9, демультиплексоры 10, 11, дифференциальные операционные усилители 12, 13, блок 14 накопительных конденсаторов, разрядный дозирующий конденсатор 15. Устройство производит интегрирование в заданном числе измерительных строб-импульсов биполярных информационных импульсов напряжения, осложненных случайной помехой, с последующим весовым усреднением результата интегрирования, т.е. осуществляет оптимальную обработку импульсных стохастических сигналов, за счет чего увеличивается отношение сигнал/помеха на выходе устройства. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (l9) (11) д11 4 С 06 G 7/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHFalTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

H А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4392566/24-24 (22) 15,03,88 (46) 23.1).89. Бюл. 11 43 (71) Физико-механический институт им, Г.В.Карпенко (72) П,П,Драбич (53) 681,335(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11- 1242884, кл, G 01 V 3!16, G 01 V 3/18, G 06 G 7/18, 1985, Авторское свидетельство СССР

11 1251111,- кл, С 06 С 7/18, 1985, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСРЕДНЕНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ (57) Изобретение относится к автоматике и информационно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в аэроэлектроразведочной аппаратуре, а также в аппаратуре для исследования скверн методом вызванной поляризации. Целью изобретения является повышение точности за счет предварительного интегрирования входного сигнала в заданном числе измерительных стробов. Устройство содержит распределитель импульсов 1, ключ 2, масштабирующий резистор 3, ключ 4, двунаправленный коммутатор 5, блок 6 интегрирующих конденсаторов, мультиплексоры 7-9 демультиплексоры 10, 11, дифференциальные операционные усилители

12, 13, блок 14 накопительных конденсаторов, разрядный дозирующий конденсатор 15, Устройство производит интегрирование в заданном числе измерительных строб-импульсов биполярных информационных импульсов напряжения, осложненных случайной помехой с последующим весовым усреднением результата интегрирования, т.е ° осуществляет оптимальную обработку импульсных стохастических сигналов, за счет чего увеличивается отношение сигнал/помеха на выходе устройства.

4 ил„

1524071

Изобретение относится к автоматике и информационно-измерительной технике и может быть использовано в частности, в аэрозлектроразведочной аппаратуре, а также в аппаратуре для исследования скважин методом вызванной поляризации.

Целью изобретения является повышение точности за счет предваритель- lð ного интегрирования входного сигнала в заданном числе измерительных стробов.

На фиг,! представлена функциональная схема устройвтва; на фиг,2 — эпю- 15 ры импульсов напряжения, поясняющие ° работу устройства: на фиг.3 — распределитель импульсов; на фиг,4 — эпюры импульсов, поясняющие принцип функционирования распределителя. 20

Устройство для усреднения импульсной последовательности состоит из ра пределителя 1 импульсов, первого ключа 2, масштабирующего резистора 3, второго ключа 4, двунаправленного ком-25 мутатора 5, блока 6 интегрирующих конденсаторов, первого 7, второго 8 и третьего 9 мультиплексоров, первого

10 и второго 11 демультиплексоров, первого 12 и второго 13 операционных усилителей, блока 14 накопительных конденсаторов и разрядного дозирующего конденсатора 15, синхронизирующего 16 и информационного 17 входов, выхода 18,первой 19 и второй 20 груп- 3 пы выходов распределителя, первого 21, 2l, второго 22, третьего 23, четвертого 24 и пятого 25 отдельных выходов, Устройство обеспечивает интегри- 4р рование в заданном числе измерительных стробов биполярных входных импульсов напряжения, осложненных случайной высокочастотной помехой, с последующим усреднением результатов интегри- 45 рования и работает следующим образом, На входы 17 и 16 устройства подают-ся сигналы, представленные на диаграммах а и б (фиг.2) соответственно, причем положительному информационному импульсу соответствует положительный синхроимпульс, ь наоборот, отрицательному информационному импульсу — отрицательный синхроимпульс. Под действием синхроимпульсов на первой rpynS5 пе выходов 19 распределителя 1 импульсов образуются импульсные потоки (фиг.2в-ж), на второй группе выходов

20 — сигналы, показанные на диаграммах (фиг, 2з-м ), а на первом 21, второй 22, третьем 23, четвертом 24 и пятом 25 отдельных выходах распределителя 1 формируются сигналы, пред— ставленные на диаграммах н-с (фиг,2), соответственно, Ключ 2 и коммутатор 5 переводятся в противоположное исходному (фиг.1) состояние потенциалом логического

"0", Этим же потенциалом открываются каналы мультиплексора 3 и демультиплексора 11, Ключ 4 закрывается потенциалом логической "1" и этим же потенциалом открываются каналы мультиплексоров 7 и 8 и демультиплексора 10.

При появлении на входе 17 поло— жительного импульса ключ 4 закрывается, открывается ключ 2 и первые каналы мультиплексора 9 и демультиплексора 11. В итоге вход блока конденсаторов 6 через открытый первый канал мультиплексора 9 подключается к ин— вертирующему входу усилителя 13 к выходу которого через открытый первый канал демультиплексора 1) подключается вьдод мультиплексора 7. Под действием имульсов (фиг,2в-ж) после— довательно открываются п каналов мультиплексора 7 и конденсаторы блока

6, поочередно подключаясь в цепь отрицательной обратной связи усилителя 13 на время t, получают заряды т ч °

1 tu

q = — ) A(t) dt = -"-
R j

С1

+э

1 tu

1 = — A(t) dt — A

21 R 2

Ф

° о ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

q = — ) A(t) dt = — 
1 1 tu л R °

A(t) — входной сигнал;

tÄ=t<-t,=t -t<=. Е„-t„, — длительность строб-импульсов на входах мультиплексоров 7 и 8;

А,,А,...,А „— средние значения входного импульса за время действия первого, второго. ..,, n-го измерительных строб-импульсов t„,, tuz ) ° ° °, О11

После окончания действия п стробимпульсов с первой группы выходов 19 распределителя 1 ключи 2 и 4, муль152407!

q -=2 = — — 
%1 к

j=l,n, 30 тановившеся,режиме типлексор 9 и демультиплексор 11 sosвращаются в исходное состояние, в котором находятся до поступления на вход 17 отрицательного сигнального

5 импульса. При появлении отрицательного сигнального импульса опять закрывается ключ 4, открывается ключ 2. Открываются также вторые каналы мультиплексора 9 и демультиплексора 11. В резуль и тате вход блока 6 конденсатора подсоединяется к выходу усилителя 13 а выход мультиплексора 7 — к его ин— вертирующему входу.

Под действием втордй серии импуль- !5 сов с первой группы выходов распределителя 1 вновь последовательно открывается п каналов мультиплексора 7 и конденсаторы блока 6, подключаясь поочередно противоположными обкладками в цепь отрицательной обратной связи усилителя 13 на время t опять получают заряды q,,9,...,q„, т,е, суммарный заряд, сообщаемый и конденсаторов блока 6, определяется иэ выра-25 жения

Накоплейные и конденсаторами блока

6 заряды поочередно переписываются с помощью мультиплексора 8 и демультиплексора 10 на накопительные конденсаторы блока 14, Для этого мультиплек сор 8 и демультиплексор 10 управляют35 ся импульсами, представленными на диа— граммах э-м (фиг,2), смещенными на один один такт относительно импульсов на диаграммах з-ж.

Одновременно с подключением на вход вход усилителя 12 очередного конденсатора блока 6 параллельно к каждому накопительному конденсатору блока 14 подключается на время, равное t /2 и 45 дозирующий конденсатор 15 и часть зарядов q „и, ° .., о „переписываются на этот конденсатор, который во второй .полонине каждого измерительного стробимпульса отключается от цепи отрицательной обратной связи и закорачивается через нормально замкнутые первый и второй сигнальные выводы коммутатора

5. Минимальная длительность tU/2 должна быть такой, чтобы обеспечить пол55 ный разряд каждого из конденсаторов блока 6 и конденсатора 15. На этом один (i-й) цикл работы устройства за- канчивается, Таким образом, sa один цикл работы устройства заряды на каждом j-u накопительном конденсаторе изменяются на величины

6Q" -q" -С Q (i) —; 1-1 и.

1 .1 ) J e

J где С вЂ” емкость дозирующего конденсатора 15, т,е, напряжения на накопительных конденсаторах изменяется в соответствии с последними формулами на величины

АБ, = — - = 2 А; — - U (i), h 0, tu Ce.

j С, КС; J CJ где С, — емкости накопительных конф денсаторов, Решения уравнения для средних значений А,A ...,,А „ находятся ме1 ° 2 И тодом математической индукции и при начальных условиях U1(0)=UО1, U (0)=

=U П„(0)=П „ и имеют вид

КоAJ tl J (1) +!10 Щд), 3=1,п, о! где К =(2t /RC ) — масштабный коэффио и циент измерения °

) W (i) - (1+ — )

J С

При С, =< =. °, =C „W {i) -1 (i) ° ° °

=!1„(j), В этом случае переходные процессы на всех накопительных конденсаторах заканчиваются эа одинаковое число циклов работы устройства. В усU ()=KoА,; U (оо) КоА2

КоA„ т.е, напряжения на накопительных конденсаторах линейно зависят от средних значений проинтегрированных в измерительных строб-импульсах входных сигналов А 1, А,..., А я, (Поскольку конденсаторы С,С °...,С, под действием на управляющие входы демультиплексоров 10 импульсов с второй группы выходов распределителя 1 поочередно подключаются в цепь отрицательной обратной связи усилителя 12, то на выходе последнего поочередно появляются напряжения Г,U<,...,U» т,е. на выходе 18 устройства образуется ступенчато затухающий импульс с постоянной времени затухания входного сигнала и значениями U U,...,!1„.

1 5?4071

Таким образом, устройство производит интегрирование входного сигнала

33 заданном числе измерительных стробо33 с последуюшим весовым усреднением результатов интегрирования. 3а

5 счет этого увеличивается соотношение сигнал/шум на выходе устройства, т„. е, повышается точность статистической обраоотки случайных импульсных сигналов и расширяются функциональные возможности устройства.

Распределитепь импульсов (фиг.3). состоит из формирователя 26 синхронизирующих и синфазирующих импульсов, 15 счетных триггеров 28-29, задающего генератора 30, делителя 31 частоты, элементов 32-35 совпадений, инверторов 36 II 37 и позиционных счетчиков

38 3! 39, 20

На диаграммах (фиг,4) обозначены эп ора сигнала па синхронизирующем входе 16 устройства (а), эпюра синхроимпульсов.kka первом выходе формиропателя 26, поступающих на счетные 25 входы триггеров 27 и 28 (б), эпюра импульсов напряжения на синфазирующе I IIblxbäå формирователя 26, поступаю IH?: на пход установки в 0 триг1! 11 гера 27 (в), эпюра импульсной последовательности на выходе задающего генератора 30 (г), эпюра сигнала на выходе делителя 31 частоты (д), зпюрь1 импульсов управления на первом, втором .„. и-м выводах первой груп35 пы выходов 22 распределителя 1 (е-л), эпюры импульсов напряжения на инверсном и прямом выходах триггера 28 (м, н), эпюры импульсов напряжения на прямом и инверсном выходах триггера 27 (о, п), эпюры импульсов нагряжения на инверсном и прямом выходах триггера 29 (р, с), эпюра импульсов напряжений на выходе элемента 32 совпадений (т), эпюра импульсов напряжения на выходе инвертора 36 (у), эпюра импульсов напряжения на выходе элемента 35 совпадений (ф), эпюры импульсов напряжения на выходах элементов 32 и 34 совпадений (х, ц), эпюры импульсов напряжения на втором, третьем, о (и+1)-м выходах позиционного счетчика 39, являющихся второй группой выходов распределителя (ч-ю) .

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для усреднения импульсной последовательности, содержащее первый ключ, подключенный сигнальным входом к информационному входу устройства, а управляющим входом — к первому выходу распределения импульсов, соединенного первой группой вьгходов с группой управляющ13х входов первого мультиплексора, а второй группой выходов — с группами упрагляющих входов в торого мультиплексора и первого демультиплексора, подключенного выходами к входам блока накопительных конденсаторов, выход которого соединен с выходом ус 3ройства и Bklxo дом первого операционного усилителя, подключенного неигп1ертирующим в?:

9 152407 операционного усилителя н сигнальным входом второго ключа, а вторым сигнальным входом — с первым выходом второго демультиплексора выходом вто- 5 рого ключа и выходом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, причем сигнальный вход второго демультиплексора соединен с вы— ходом первого мультиплексора, а второй вывод масштабирующего резистора подключен к выходу первого ключа ° и

С

Фиг. 2 1524071

Н

Составитепь С,Казинов

Редактор М.Бланар Техред М.Ходанич Корректор M,Âàñèëüåâà

Заказ 7045/51 Тираж 668 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101