Устройство для определения действующего значения сигнала

(19) (И) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР. ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинскогокомсомола(56) 1. Клисторин И.ф, Пифровыевольтметры переменного тока.-"Приборы и системы управления", 1973,У 2, с. 31-35.2, Авторское свидетельство СССРМф 600721, кл, С Об Р 15/36, 1976(прототип)3. Федоров Р.ф., Яковлев В.В.,Добрис Г.В. Стохастические преобразователи информации. Л., "Машиностроение", 1978, с. 46,4, Кори Г, и Кори Т. Справочникпо математике для научных работникови инженеров. М., "Наука", 1974,с, 154,(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ СИГНАЛА,содержащее регистратор, блок масшта-,бирования, вход которого являетсявходом устройства, вьпсод блока масштабирования сбединен с первым информационным входом вычислительного блока-, второй информационный вход которого подключен к выходу источникапостоянного напряжения, первый ивторой управляющие входы первоговычислительного блока соответственноподключены к первым выходам первойи второй групп выходов генераторапсевдослучайных чисел, а вход синхро 4(1) (: 06 Р 15/36; (: 01 Е 19/02 низации подключен к первому выходу генератора тактовых импульсов, второй выход которого соединен с входом . генератора псевдослучайных чисел, отличающийся тем,.что, с целью повышения быстродействия, в него введены накапливающий сумматор блок постоянной памяти, счетчик переноса, первый и второй регистры сдвига, сумматор по модулю два, одноразрядный сумматор, мультиплексор, триггер переноса, блок извлечения квадратного корня и (Ь)-1) вычислительных блоков, вторые информационные входы которых объединены и подключены к выходу источника постоянного напряжения, а первые информационные входы объединены и подключены к выходу блока масштабирования, первый и второй управляющие входы 1 -гоВ вычислительного блока (где 1 =2,, Ф) соответственно подключены к 1-м выходам первой и второй групп выходов генератора псевдослучайных чисел, входы синхронизации вычислительных блоков, кроме первого, объединены и подключены к первому выходу генератора тактовых импульсов, выходыпрямого и дополнительного кодоввычислительных блоков соединены ссоответствующими входами накапливающего сумматора, выход которого через счетчик переноса соединен синформационным входом первого регистра сдвига, вход записи которогообъединен с информационным входоммультиплексора и подключен к первому разрядному выходу блока постоянной памяти, второй разрядный выход которого соединен с входом114142.1 О оставитель А,Ивановаехред Л.Иикеш ктор Р.Цицик 710 Подписноенного комитета СССРтений и открытийРаушская наб.; д. 4/5"Патент Ужгород, у Проектная,иал 497/37 Тираж ВНИИПИ Государств по делам изобр 113035, Москва, Ж1141421 сдвига первого регистра сдвига,входом синхронизации. триггера переноса и входом второго регистра сдвига,.выход первого регистра сдвига соединен с первым входом сумматора помодулю два, второй вход которого объ-:единен с управляющим входом мультиплексора и подключен к третьемуразрядному выходу блока постояннойпамяти, адресный вход которого подключен к первому выходу генераторатактовых импульсов, выход сумматорапо модулю два соединен с первымвходом одноразрядного сумматора,второй и третий входы которого соединены соответственно с выходоммладшего разряда второго регистрасдвига и информационным выходомтриггера переноса, единичный и нулевой установочные входы которогоподключены к соответствующим выходам мультиплексора, выход переносаодноразрядного сумматора соединенс информационным входом триггера,выход одноразрядного сумматора соединен с входом старшего разряда второго регистра сдвига, разрядные выхо-,ды,которого соединены с соответствующими входами блока извлеченияквадратного корня, выход которогосоединен с входом регистратора. 2. Устройство по п. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что вычислиИзобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зовано в производстве радиоэлектронной аппаратуры при определении действующего значения сигналов. 5Известен коррелометрический измеритель действующего значения сигча" ла, построенный по автокомпенсационной схеме с цифроаналоговым преобразователем и источником опорного напряжения в обратной связи, содержащей формирователь опорного переменного напряжения, запоминающий элемент, масштабный преобразователь, устройства сравнения, устройство 15 уравновешивания и измерительный орган Я .тельный блок содержит цифроаналоговый преобразователь, сумматор, пер-вый и второй компараторы, элемент НЕ, первую и вторую группы элементов И, выходы которых являются соответственно выходами дополнительного и прямого кодов блока, первые входы первой группы элементов И объединены и подключены к выходу элемента НЕ вход которого соединен с выходом первого компаратора, а вторые входы первой группы элементоы И объединены и являются первым управляющим входом блока, первые входы второй группы элементов И объединены и подключены к выходу второго компаратора, а вторые входы второй группы элементов И объединены с входом цифроаналогового преобразователя и являются вторым управляющим входом блока, первые информационные входы компараторов объединены и являются первым информационным входом блока., второй информационный вход первого компаратора подключен к выходу сумматора, управляющие входы компараторов объединены и являются входами синхронизации блока, второй информационный вход второго компаратора объединен с первым входом сумматора и подключен к выходу циФроаналогового преобразователя, второй вход сумматора является вторым информационным входом блока. Подобные измерители сложны, обладают относительно большой погрешностью на инфранизких и радиочастотахНаиболее близким по технической сущности к предлагаемому является коррелометрический цифровой измеритель действующего значения сигнала, содержащий входное устройство, источник постоянного напряжения, генератор псевдослучайных чисел, генератор тактовых импульсов, квантователь, регистрирующее устройство, причем вход измерителя соединен с входом входного устройства, выход которого соединен с первым входом, квантователя, второй вход которого1141 соединен с выходом источника постоянного напряжения; третий вход квантователя соединен с первым выходомпервой группы выходов генераторовпсевдослучайных чисел, четвертый 5вход квантователя соединен с вторымвыходом первой группы выходов генера; тора псевдослучайных чисел, пятый входквантователя соединен с первым выходомгенератора тактовых импульсов, второй выход которого соединен с входом генератора псевдослучайных чисел, квантователь, содержащий цифроаналоговый преобразователь, аналоговый сумматор, первый и второй компараторы, логический инвертор, первую и вторую группу вентилей, причем третий вход квантователя соединен с первыми входами первой группывентилей, четвертый вход квантователя соединен с первыми входами второй группы вентилей и входами цифроаналогового преобразователя, выходкоторого соединен с первым входомвторого компаратора и первым входом аналого-цифрового сумматора, второй вход которого соединен с вторымвходом квантователя, выход аналогового сумматора соединен с первым входом первого компаратора, выход которого через логический инвертор соединен с вторым входом первой группывентилей, первый вход квантователясоединен с вторыми входами первогои второго компараторов, третьи входы соединены с пятым входом кван 35тователя, выход второго компараторасоединен с вторым входом второйгруппы вентилей, а .выходы первойи второй групп вентилей соединены с40первым и вторым выходами квантователя 2 ., Недостатком известного устройстваявляется низкое быстродействиеСигнал, пропорциональный квадрату входного сигнала, поступает в решающий45блок, который проводит операцииравновесного усреднения, нормирования и извлечения квадратного корня,что соответствует обработке сигналас помощью прямолинейной весовой50функции (ПВФ). Модуль спектра ПВфописывается известной функцией отсчетовЙиН=ьи . Я55КТ,При вычислении э 4 ективного значения,например, гармонического сигналас 421 4х=А в пилпосле возведения в квадратх =А(1-сое янеобходимо подавлять помеху двойной частоты, Погрешность описывается в худшем случае огибающей функции от- счетов З=гмт,) ,Из последнего выражения при заданной погрешности время измеренияТ 1 равнот,=(Зй) , (2)Второй фактор, ограничивающийбыстродействие известного устройства - необходимое количество сравнений для достижения заданной погрешности 3 .Для достижения заданной погрешности необходимо провести некотороечисло И сравнений. Концентрациявзаимной независимости погрешностейквантования последовательных отсчетов приводит к результату, определяемому центральной предельной теоремой теории вероятностей - закон распределения стремится к нормальному,а погрешность 3 для Н сравненийсоставляет о, - среднеквадратическое отклонение одного сравнения. Время Т, необходимое для получения заданной погрешности, равнот=щ, (4) где 1 - время одного сравнения.Цель изобретения - повышение быстродействия при заданной погрешности измерения.Указанная цель достигается тем, что в устройство для определения действующего значения сигнала, содержащее регистратор, блок масштабирования, вход которого является входом устройства, выход блока масштабирования соединен с первым информационным входом первого вычислительного блока, второй информационный вход которого подключен к выходу источника постоянного напряжения, первый и второй управляющие входы первого вычислительного блока соответственно подключены к первым выходам первой и второй групп выходов генератора псевдослучайныхчисел, а вход синхронизации подклю.чен к первому выходу генератора тактовых импульсов, второй выход которого соединен с входом генератора псевдослучайных чисел,введены накапливающий сумматор, блок постоянной памяти, счетчик переноса, пер-вый и второй регистры сдвига, сумматор по модулю два, одноразрядный, суйматор, мультиплексор, триггер переноса, блок извлечения квадрат-, ного корня и (а) вычислительных блоков, вторые информационные входы которых объединены и подключены к выходу источника постоянного напряжения, а первые информационные входы объединены и подключены к выходу блока масштабирования, первый и второй управляющие входы 1 -го вычислительного блока (где=2 гп) соответственно подключены к-м выходам первой и второй групп выхо-. дов генератора псевдослучайных .чисел, входы синхронизации вычислительных блоков, кроме первого, объединены и подключены к первому выходу генератора тактовых импульсов, выходы прямого и дополнительного кодов вычислительных блоков соединены с соответствующими входами накапливающего сумматора, выход котоРого через счетчик переноса соединен с информационным входом первого регистра сдвига, вход записи которого объединен с информационным входом мультиплексора и подлючен к первому разрядному выходу блока постоянной памяти, второй разрядный выход которого соединен .с входом сдвига первого регистра сдвига, входом синхронизации триггера переноса и входом второго регистра сдвига, выход первого регистра сдвига соединен с первым входом сумматора по модулю два, второй вход которого объединен с управляющимвходом мультиплексора и подключенк третьему разрядному выходу блокапостоянной памяти, адресный вход каторого подключен к первому выходу генератора тактовых импульсов, выход сумматора по модулю два соединен с первым входом одноразрядного сумматора, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом младшего разряда второго регистра сдвига и информационным выходом триггера переноса, единицный и нулевой установочные входы .которого подключены к соответствую" щим выходам мультиплексора, выход переноса одноразрядного сумматора соединен с информационным входом триггера, выход одноразрядного сумматора соединен с входом старшего разряда второго регистра сдвига, разрядные выходы которого соединены с соответствующими входами блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен с входом регистратора.Вычислительныи блок содержит циф роаналоговый преобразователь, сумматор, первый и второй компараторы, элемент НЕ, первую и вторую группы элементов И, выходы которых являются соответственно выходами дополнительного и прямого кодов блока, первые входы первой группы элементов И объединены и подключены к выходу элемента НЕ, вход которого соединен с выходом первого компаратора,а вторые входы первой группы элементов И объединены и являются первым управляющим входом блока, первые входы второй группы элементов И объединены и подключены к выходу второго компаратора, а вторые входы второй группы элементов И объединены с входом цифроаналогового преобразователя и яв.ляются вторым управляющим входом блока, первые информационные входы компараторов объединены и являются первым информационным входом блока, второй информационный вход первого компаратора подключен к выходу сумматора, управляющие входы компараторов объединены и являются входом синхронизации блока, второй информационный вход второго компаратора объединен с первым входом сумматора и подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, второй вход .сумматора является вторым информационнымвходом блока.На Фиг.1 представлена блок-схема устройствами на фиг.2 - функция передачи информации в устройстве на Фиг.З - весовая функция; на фиг,4 компоненты весовой функции; на Фиг.5 - спектры компонентов весовой Функции.Устройство (Фиг,1) содержит источ-: Я,ник 1 постоянного напряжения, гене; ратор 2 псевдослучайных чисел, генератор 3 тактовых импульсов, блок 4Регистр 8 сдвига предназначендля переписи состояния счетчика 7переноса и сдвига информации поддействием тактовых импульсов с раз 55 масштабирования, вычислительные блоки 51-5 сумматор 6, счетчик 7 пешреноса, первый регистр 8 сдвига, блок 9 постоянной памяти, сумматор 10 по модуле два, мультиплексор 11, одно разрядный сумматор 12, триггер 13 переноса, второй регистр 14 сдвига, блок 15 извлечения квадратного корня, регистратор 16.Вычислительный блок 5 содержит 10 сумматор 17, цифроаналоговый преобразователь 18, первый 19 и второй 20 компараторы элемент НЕ 21, первую и вторую группы элементов И 22и И 23. 15Источник 1 постоянного напряжения предназначен для Формированияпостоянного напряжения минус Ч.Генератор 2 псевдослучайных чисел (ГПЧ) предназначен для формиро вания в групп псевдослучайных последовательностей. Выходные сигналы ГПЧ представляют собой прямыеи дополнительные (1-Ц) параллельные коды псевдослучайных чисел 31.25Генератор 3 тактовых импульсов форь 1 ирует импульсы, сдвинутые одиноотносительно другого на 180Вычислительный блок 5 предназначен для формирования вспомогательных сигналов и сравнения выходногосигнала блока 4 масштабирования ивспомогательных сигналов с сумматора 17 и цифроаналогового преобразователя 18 с последующей обработкой результатов сравнения на группахэлементов И 22 и И 23.Цифроаналоговый преобразователь . 18 вычислительного блока формирует псевдослучайные. последовательности.Группы элементов И 22 и И 23 вычислительного блока выполняют умножение соответственно дополнительных (1-) и прямых (Ц) псевдослучайных чисел и сигналов с выходов .соответствующих компараторов 19 и 20.Накапливающий сумматор предназначен для суммирования и накопления выходных сигналов вычислительныхблоков.56Счетчик 7 переноса предназначен.для накопления сигналов переполнения накапливающего сумматора 6. рядного выхода блока 9 постоянной памяти.Блок 9 постоянной памяти предназначен для формирования управляющих сигналов под действием. тактовых импульсов с выхода генератора 3 тактовых импульсов.Триггер 13 переноса предназначен длч хранения сигнала переноса с выхода одноразрядного сумматора 12.Регистр 14 сдвига предназначен для хранения второго слагаемого, поступающего на вход одноразрядного сумматора 12, и результата суммирования.Нредлагаемое устройство работает следующим образом.Измеряемый сигнал х(с) в блоке.4 масштабирования приводится к .требуемому масштабу, приобретает вид х Е -Ч,сц и поступает иа соответствующие информационные входы компараторов 19 и 20, на управляющие входы которых поступают стробирующие импульсы с соответствующего выхода генератора 3 тактовых импульсов (ГТИ)Импульсы с другого выхода ГТИ 3, сдвинутые относительно сигнала с предыдущего выхода на 180о поступают. на вход ГПЧ 2. На выходах первой и второй групп выходов ГПЧ 2 формируются параллельные прямые кодык параллельные дополнительныеы Фкоды (1-) . Здесь6 0, 1; (1- ) 6 0, 11; 1=1, Н, где Б - количество сравнений за интервал измерения Т. На выходе ЦАП 18 формируется псевдослучайная последовательность цД О,Ч 1, которая поступает на сосоответствующий информационный вход компаратора 19 и на первый вход сум- матора 17.Источник 1 постоянного напряже, ния формирует отрицательное напряжение -Ч, которое на сумматоре 17 суммируется с сигналом Ч, в результате чего на соответствующий информационный вход компаратора 19 поступаетнапряжение -Ч(1-).ЪПосле каждого тактового импульса, поступающего на вход ГПЧ 2, происходит смена прямых и дополнительных кодов на выходах первой и второй групп. В моменты поступления сигналов на управляющие входы компараторов 19 и 20 происходит сравнение входного программированного сигнала 6-Ч,+Ч и вспомогательных сигналов12 1141421приняв 30 45 50 11сдвига и мультиплексор 11 позволяет устачовить триггер 13 переноса в единичное состояние, После перезаписи состояния счетчика 7 переноса в регистр 8 сдвига под действием сигналов с соответствующего разрядного выхода блока 9 состояние ре гистра 8 сдвига инвертируется на сумматоре 10 по модулю два и, учитывая единичное состояние триггера 10 13 переноса в начале цикла сдвига, в последовательном коде вычитается из состояния регистра 14 сдвига.Таким образом, информация, пропорциональная мощности входного сигнала, накапливается на накапливающем сумматоре 6, а текущее значение состояния накапливающего сумматора 6 на интервале 10-Т/2 накапливается на регистре 14 сдвига с положитель 2 ным знаком, а на интервале Т/2-Т 1- с отрицательным знаком, причем накопление на регистре 14 сдвига имеет характер выборок через каждые 6 сум мирований. Для удобства вычислений интервал 0-Т представим в виде 1-Т/2-Т/21. Проведение преобразования,описывается выражениемТ 12 Чг Р= - Ц-т 8- 1)ЯДЙ - 8-1 ТВ- х, 35 где Н - количество суммированийв первом сумматоре,ТВинтервал между выборками регистра 14 сдвига, Т =Т/Ь 1 =1 т 1/6-количество суммирова-. 40В Уний на одноразрядномсумматоре 1212 с (12 ФсаИз (6)Т 12 (рт(е(к )те)РЮСе 4 (Ь)те) Ртщ 1-т 12 -т 12Выражение в квадратных скобкахпредставим в виде производства некоторой функции с 1(С)1 т 12т 12р 1 е ь)с се р,)енес ю Ж-Т 12и проинтегрировав (7) по частям получимВ т 12 т 12Ь) р)е)ет(-) й)е)Р(е)С) (е)-т 12Таким образом, на интервале Т инФормация Р (О, поступающая на входнакапливающего сумматора 6, проходит преобразование на элементах 7-.14и с регистра 14.сдвига поступает наблок 15 извлечения квадратичногокорня, Преобразование (9) представим как интегрирование в пределах1-Т/2-Т/2 с весовой функцией с 1(й)(фиг.З) . Для оценки фильтрующихсвойств весовой функции с 1(й) необходимо определить ее спектральную характеристику Гд)=у)тсс)1. Функциюс 1(1) можно представить в виде сверт.ки двух простых компонентовс 1(с) -с 1, И)с 1 2(е), (10)