Цифровой стохастический измеритель отношения случайных напряжений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в геофизическом приборостроении, в частности в аппаратуре для поиска и разведки месторождений полезных ископаемых акустическими и электромагнитными методами. Цель изобретения - повышение точности измерения. Измеритель состоит из генератора тактовых импульсов 1, триггера 2 с разделенными входами, формирователя строб-импульсов 3, первого 4 и второго 5 элементов выборки и хранения, аналого-цифрового преобразователя 6, элемента привязки 7, регистра 8, счетного триггера 9, элемента задержки 10, группового мультиплексора 11, преобразователя код - вероятность 12 и реверсивного счетчика 13. Устройство, отличаясь простотой технической реализации, производит измерение отношения средних значений случайных напряжений путем усреднения их мгновенных значений по весовой функции, причем его инерционность инвариантна к параметрам входных сигналов, чем и достигается поставленная цель. 2 ил.

СОЮЗ COBETCHHX

COLlHAЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН рц С 01 R 19/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

°

ФЮ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

-1 (21) 4485465/24-21 (22) 21.09.88 (46) 23.07.90. Бюл. Р 27. (71) Физико-механический институт им.Г.В.Карпенко (72) О.П.Бухало и ПЛ.Драбич (53) .621..317.77(088.8) : (56) Авторское свидетельство СССР

В 1287021, кл. С 01 R 19/10, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Р 1205040, кл. С 01 R 19/10, 1984. (54) ЦИФРОВОЙ СТОХАСТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИ.ТЕЛЬ ОТНОПБНИЯ СЛУЧАЙНЬИ НАПРЯЖЕНИЙ .(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в геофизическом приборостроении, в частности в аппаратуре для поиска и разведки месторохдений полезных ископаемых акустическими и элект

„„Я0„„1580270 А1

2, ромагнитными методами. Цель изобретения — повышение точности измерения.

Измеритель состоит из генератора тактовых импульсов 1, триггера 2 с разделенными входами, формирователя стробимпульсов 3, первого 4 и второго 5 элементов выборки и хранения, аналого-цифрового преобразователя 6, элемента привязки 7, регистра 8, счетного триггера 9, элемента задержки 10, группового мультиплексора 11, преобразователя код - вероятность 12 и реверсивного счетчика 13. Устройство, отличаясь простотой технической реализации, производит измерение отношения средних значений случайных напряжений путем усреднения их мгновенных значений по весовой функции, причем его инерционность инвариантна к параметрам входных сигналов, чем и достигается поставленная цель. 4 ил.

3 1580270 Д подключен вход запуска аналого-цифрового преобразователя 6, выходы которого соединены с информационными входами регистра 8. Выход конца преобразования аналого-цифрового преобразователя 6 подключен к второму входу элемента 7 привязки, к выходу которого подключены вход установки в "0" триггера 2 и синхронизирующий вход регистра 8. Выходы регистра 8 подключены к первой группе входов группового мультиплексора 11, вторая группа входов которого соединена с выходами реверсивного счетчика 13, являющимися выходами устройства. К выходу триггера 9 подключены адресный вход мультиплексора 11 и вход выправления реверсивного счетчика 13. Выходы мультиплексора 11 подключены к входам управления преобразователя 12 код — вероятность, выход которого соединен с тактовым входом реверсивного счетчика 13.

Измеритель работает следующим образом, На вход 14 поступает случайное напряжение U<,(), а на вход 15 — случайное напряжение Uz(t), входные сиг- . налы представляют собой случайные процессы (ц (С) и ц (t)b, стационарные на заданном интервале усреднеиия.

Генератор 1 тактовых импульсов вырабатывает на своих выходах импульсную последовательность с частотой Йд .

Эпюра импульсов напряжения на прямом выходе генератора 1 представлена на

При появлении положительного импульса на прямом выходе генератора 1 прямом и инверсном выходах которого вырабатывается положительный (диаграмстроб-импульсы длительностью T .

Во время действия положительных импульсов на управляющих входах элементов 4 и 5 выборки и хранения последние находятся в режиме выборки, а остальное время — в режиме хранения.

В момент окончания i-го строб-импульса на выходах элементов 4 и 5 образуются напряжения V,(t. ), V,(t.;), равные значениям входных сигналов в момент времени t, окончания i-ro

Изобретение относится к измери" ду формирователя 3, строб-импульсов .тельной технике, предназначено для измерения среднего значения отношения случайных напряжений и, в частности, может быть использовано в геофизической аппаратуре, предназначенной для поиска и разведки месторождений полезных ископаемых акустическими и электромагнитными методами, 10

Целью изобретения является повышение точности измерения отношения случайных напряжений.

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового стохастического изме- 15 рителя отношения случайных напряжений; на фиг. 2 — временные диаграммы импульсов напряжения, поясняющие работу измерителя; на фиг, 3 " принципиальная электрическая схема элемен,.та привязки; на фиг. 4 — вариант технической реализации преобразователя код — вероятность.

Цифровои стохастический измеритель содержит генератор 1 тактовых 25 импульсов, RS-триггер 2, формирователь 3 строб-импульсов, первый 4 и второй 5 элементы выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь 6, элемент 7 привязки, регистр 8,, счет- 30 . ный триггер 9, элемент 10 задержки, групповой мультиплексор 11, преобразователь 12 код — вероятность и реверсивный счетчик 13, входы 14 и 15, выход 16, входы 17 и 18 элемента 7 при.вязки, его выход 18, информационный вход 20, его вход 21 управления и выход 22 преобразователя 12 код — веро- диаграмме о (фиг.2). ятность.

ПРямой выход генератора 1 тактовых 4 импульсов соединен с входом установки триггер 2 переводится в состояние лов " 1" триггера 2, с счетным входом триггера 9 и через элемент 10 задержки — с входом преобразователя 12 код— вероятность, К инверсному выходу гене- 45 ратора 1 тактовых импульсов подключен один из входов элемента 7 привязки.

Прямой .выход триггера 2 подключен ма 3) и отрицательный (диаграмма Й ) к входу формирователя 3 строб-импульсов, к прямому выходу которого подключены входы управления элементов 4 и 5 выборки и хранения, входы, которых подключены к клеммам 14 и 15 соответственно. Выход элемента 4 выборки и хранения соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя 6, к входу опорного напряжения которого подключен выход элемента 5 выборки и хранения, К инверсному выхо5 158:l2 строб-импульса. Длительность стробимпульса Т выбирается такой, чтобы исключить погрешность выборки, обусловленную переходными процессами н элементах 4 и 5 выборки и хранения.

Постоянные напряжения U (t,) и

Ю () с выходов элементов 4 и.5 поступают соответственно на информационный вход и вход опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя 6, который запускается положительным фронтом отрицательного строб-импульса с инверсного выхода формирователя 3.

В момент окончания преобразования 15 напряжения V>(t, ) в код на информационном выходе аналого-цифрового преобразователя 6 образуется двоичное число

u,(c; ) 20 п =k дну (, ) где k 4 — коэффициент преобразования напряжения V,(c;) в число п;, а на выходе конца преобразования по- 25 является короткий положительный им- пульс, представленный на диаграмме ф (фиг. 2). Этот импульс поступает на первый вход 17 элемента 7 принязки, на второй вход которого поступают им- 3р пульсы с инверсного выхода генерато ра 1. В итоге на выходе элемента 7 привязки возникает короткий положигельный импульс (диаграмма е), соответствующий положительному фронту

i-ro строб-импульса на инверсном выходе генератора 1. Под дейстнием сформированного на выходе элемента 7 привязки короткого положительного импульса обнуляется триггер 2, а число go и записывается н регистр 8. Под действием импульсной последовательности с выхода генератора 1 описанный процесс многократно повторяется. Таким образом, на выходе регистра 8 образуется серия случайных двоичных чисел n .

Одновременно с формированием числа

n1: происходит их весовое усреднение, которое осуществляется с помощью элементов 9 — 13 следующим образом. При поступлении импульсов с прямого выхода генератора 1 на тактовый вход сче1ного триггера 9 на выходе последнего формируется импульсная последовательность с частотой Е,/2, представленная на диаграмме ш (фиг. 2). Эта последовательность поступает на адресный . вход группового мультиплексора 11 и

70 6 на управляющий вход ренерсивного счетчика 13.

При наличии на адресном входе логической единицы на ныходе мультиплексора 11 появляется двоичное число и

1 поступающее на первую группу входов последнего, а при наличии логического нуля - двоичное число И(), поступающее с выходов 16 измерителя.

Синхронно с изменением на выходах мультиплексора 11 чисел п, и N(t) счетчик 13 переводится из режима суммирования на вычитание.

При указанной синхронной работе мультиплексора 11 и реверсивного счетчика 13 и при поступлении через элемент 10 задержки на вход преобразова-, теля 12 код — вероятность импульсного потока с частотой Е р содержимое счетчика М(С) за время dt изменится на неличину

dN(t) = — 2 (k =- — - — N(t) dt о -Р v»,(c) (a,()

У где р — число разрядон на управляющих входах преобразователя 12 код — вероятность °

Решение (1) при начальном условии

N(0)=NO имеет вид и (c) Г

"1

N(t) =k — — (1-ехр(- — )j+

4" v,(t) 5 »

+N ехр,— — ), о »

°

P»-I

2 где — = — — — постоянная времени, »-»

В установившемся режиме

v ()

Х() =kд ( т.е. выходное двоичное число на. выходе измерителя прямо пропорционально отношению средних значений входных случайных напряжений.

Достоинством предлагаемого измерителя является то, что он производит измерение отношения U,(t) и

V<(c), причем операция усреднения осуществляется по весовой функции, инвариантной к параметрам входных сигналов, за счет чего исключаются динамические погрешности изменения.

Структурная схема элемента 7 привязки представлена на фиг.3. Он состоит иэ двух триггеров 23 и 24 °

Преобразователь 12 код — вероятность (фиг. 4) состоит из генератора

25 случайных чисел, элемента 26 задер>кки, схемы 27 сравнения двоичных чисел и элемента 28 совпадений..

Преобразователь код - вероятность работает следующим образом. Под дейст5 вием входных импульсов с частотой Ед на входе 20 генератор 25 вырабатывает некоррелированные равномерно распределенные псевдослучайные двоичные числа, которые поступают на первую группу входов схемы 27 сравнения, на вторую группу входов которой поступают в чередующемся порядке числа

n; z N t), В случае, если случайное двоичное число на выходе генератора

25 меньше n < либо N(t) на выходе схемы 27 сравнения появляется логическая единица, в противном случаелогический нуль. Так как .каждая дво ичная комбинация на первой группе входов схемы 27 сравнения равновероятна, а п их число составляет

2, то вероятность появления едийицы п1 при воздействии числа и, равна 2з, а

N(t) при воздействии N(t) - «р Следо» вательно, на суммирующий вход ревер-. сивного счетчика 13 будут поступать импульсы со средней частотой

Л П (t) ЗО

- -2 k ††â€, a на вычитающнй

А!9 Q (t) > вход - со средней частотой — 2 N(t), 2

Элементы задержки 26 и совпадений

28 введены в преобразователь 12 для .исключения ложных импульсов на выхо" ,де схемы 27 сравнения в моменты изменения кодов на ее входах.

Таким образом, предлагаемый измеритель, отличаясь простотой конструк- > ции, производит измерение бтношенияя« средних значений случайных напряжений, причем операция усреднения осу ществляется по весовой функции, инвариантной к параметрам входных . сигналов, за счет чего и достигается устранение динамических погрешностей измерения отношения случайных напряжений.

Формула изобретения

Цифровой стохастический измеритель отношения случайных напряжений, содержащий генератор тактовых импульсов, формирователь строб-импульсов„ счет-

1580270 8 ный триггер, элемент задержки, регистр и преобразователь код — вероятность, к прямому выходу генератора тактовых импульсов подключены тактовый вход счетного триггера и вход элемента задержки, к входу которого подключен вход преобразователя кодвероятность, отличающийся гем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены первый и второй элементы выборки и хранения, RS-триггер, аналого-цифровой преобразователь, элемент при вязки, групповой мультиплексор и реверсивный счетчик, причем аналоговые входы элементов выборки и хранения являются входами измерителя, входы управления элементов выборки и хранения объединены и подключены к прямому выходу формирователя строб-импульсов, вход установки в "1" RS-триггера под» ключен к прямому выходу генератора тактовых импульсов, выход RS-триггера соединен с входом формирователя стробимпульсов, к инверсному выходу которого подключен вход запуска аналогоцифрового преобразователя, информационный и опорный входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго элементов выборки и хранения, к выходам аналого-цифрового преобразователя подключены информаци". ные входы регистра, выход конца преобразования аналого-.цифрового преобразователя соединен с первым входом элемента привязки, второй вход которого подключен к инверсному выходу генератора тактовых импульсов, выход элемента. привязки соецинен с объединенными входом синхронизации регист" ра и входом установки в "0" RS-триггера, к выходам регистра подключена первая группа входов группового мультиплексора, вторая группа входов которого подсоединена к выходам реверсивного счетчика, являющимся выходами измерителя, адресный вход группового мультиплексора и вход управления реверсивного счетчика объединены и подключены к выходу счетного триггера, выходы группового мультиплексора со.единены с вторыми входами преобразователя код — вероятность, к выходу которого подключен тактовый вход реверсивного счетчика.

1580270

Редактор С.Пекарь

Заказ 2008 Тираж 559 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям лри ГКНТ СЧСР

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

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

О

Составитель А.Рафиков

Техред Л.Сердюкова . Корректор M.ØàÐoøH