Способ обработки осциллограмм

О П И С А Н И Е ,11) 558227ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Ссциалистнческих Республик(51) М, Кл,з б 01 К 27/00 Государственный комитет Совета Министров СССР(231 П поп 11".Ст Опубликовано 15.05.77. Бюллетень М 18Дата оп бликования описания 20.Г 6.77(088.8) по аелам изобретений и отнрытн(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ О".,Ц 1 ЛЛОГРАМЯ Изобретение относится к области измерительной техники и мозкет быть использовано при обработке осциллограммы, полученной с регистрационно-усилительного тракта, который имеет нелинейную амплитудную характеристику.Известен способ обработки осциллограммы, включающий снятие амплитудной характеристики тракта и аппроксимацию ее линейной функцией (1). Так, например, при расшифровке осциллограммы пользуются выражениемкалибр1 вх -- ОосцилОкллибрГДЕ ОТНОШЕНИЕ Гкалкбр./Окалкбр. ЕСТЬ ВЕЛИЧИНа постоянная (коэффициент прямой). Здесь Нка;шбр. - ОТКЛОНЕНИЕ ЛУЧа На ЭКРаНЕ ОСЦИЛ- лографа при подаче калибровочного сигнала 1 калибр, Н 2 ВХОД рЕГИСТрационно-уСИЛПТСЛЬ- чого тракта.Однако реальная амплитудная характеристика регистрационно-усилительного тракта представляет собой монотонную кривую, у которой отсутствует резкая граница, отделяющая прямолинейную область от криволинейной. Так как при съеме информации вносится определенная ошибка из-за толщины и размытости электронного луча, то экспериментатор предпочитает работать с сигналом, уровень которого соизмерим с максимально допустимым, который определяется предельно допустимым уровнем нелинейныискажений, приводящпк срезанию. сигнала, и, следо- ВателыО, : пояВ.1 сиО на Выоде тракта г 2 рмоник, отсутствую;цпна его воде. Если такой пскажс;пый Выодно 1 сигнал по упомяю тому выше способу привести ко водному, то послсднпй Оудст иметь 32 нпжспные значения, оссоснпо на участках с Всокии уровнямп. Такпл Ооразом, недостатком изВестного 10 спосооа являстс 51 низкая тОо 1 ность пззеренпйисследуемого сигнала.Для поьышснпя точност;1 измерения исследуемого сигнала, попавшего в нелинейную область амплитудной арактерпстикп регист рацпонно-усилительного тракта, по предлагаемому способу сначала снимают реальную амплитудную арактеристику регистрационноусплптельного тр 2 кта, задаВая урОВнО каждого последуюцего водного калибровочного 20 сигнала относителшо предыдущсго одинаковое приращение, начиная с юля, и по значениям выодныкалпоровочнысигналов, равномерно распределенных по оси абсцисс, наодят степенной ряд, апрокспмируощпи ре альп ю амплптудн) ю арактеристпк тракта,затем криьую на осциллограмме равномерно по времен разбивают на ряд отдельных мгновеннызначенй и, поочередно приравнивая их к значениям функции реальной ампли тудной арактернстпки, наодят соответствующие им аргументы, определяющие последо 558227вательность мгновенных значений действительного входного сигнала в масштабе времени, принятом для осциллограммы.На вход тракта подают, а с его выхода снимают (например, фотографируют) несколько однополярных калибровочных сигналов с известными уровнями, причем уровень каждого последующего калибровочного сигнала относительно предыдущего должен иметь одинаковое приращение, начиная с нуля. Это позволит равномерно распределить по оси абсцисс калибровочные сигналы на входе, а следовательно, и на выходе тракта с шагом 1/Л, где Л - число уровней калибровочного сшнала, причем уровень последнего калибровочного сигнала должен отклонить луч на 60 80% экрана осциллографа. Далее, выходные калибровочные сигналы нор мируют (то-есть, поделив каждый из них на свою максимальную величину, максимальный выходной калибровочный сигнал приводят к безразмерной единице). Зная величину калибровочных сигналов на выходе тракта и их распределение по оси абсцисс, например, при помощи определителя Вандермонда (2), определяют нормированный аппроксимирующий степенной ряд для кривой реальной амплитудной характеристики регистрационно-усилительного тракта, Далее, зафиксированную на осциллограмме кривую равномерно по времени разбивают на ряд отдельных мгновенных значений, которые затем приводят к единому с нормированной амплитудной характеристикой масштабу. Приравнивая функцию нормированной амплитудной характеристики к первому мгновенному значению нормированной осциллограммы, находят первый нормированный аргумент, например, методом половинного деления (3).Умножая этот аргумент на максимальный (последний) входной калибровочный сигнал (то-есть приводят его к единому с входным калибровочным сигналом масштабу), получают первое мгновенное значение действительного входного сигнала. Затем осрут следующее мгновенное значение обрабатываемой осциллограммы и, приравнивая к нему функцию реальной амплитудной характеристики, определяют следующий аргумент аппроксимирующего полинома, который определит следующее мгновенное значение входного сигнала. Обрабатывая описанным способом все последую щис мгновенные значения сигнала осциллограммы, получают всю последовательность мгновенных значений действительного входного сигнала в соответствии с масштабом времени, принятым для осциллограммы.15 1-1 астояшпй способ дает вполне удовлетворительный результат прп обработке такого сигнала, спектр которого нс выходит за границы линейной области частотной характеристики регистрационно-усилительного тракта.20 Ввиду значительного объема вычислительных работ обработку осциллограммы исследуемого физического процесса по способу описанному выше следует проводить на электронно-вычислительной машине.25П р и м е р. Вычислялся аппроксимирующийполипом по пяти значениям нормированныхкривых амплитудной характеристики для трехразличных нелинейных усилителей. ЗЭ Аппроксимирующий полипом для 1 кривой:У=-=1,953125 Х - 5,078125 Х 4 +4,765625 Х- 2,484375 Х + 1,843750 ХАппроксимирующий полином для 11 кривой:17,161458 Х" - 17,838542 Хф +16,015625Х 7,286-158 Х +2,947917 Х,Аппрокспмируюгций полипом для 111 кривой:У. 0 520833 Х 4 + 1 041666 Х 0 854167Х 1,333333 Х.Срательные данные сведены в таблицу.558227 Аппроксимирующая функция Оригинал Значениеаргумента П П 1 П П 0,795 0,840 0,880 0,925 0,965 1,000 1,000 Использование предлагаемого способа обработки осциллограммы с учетом нелинейности реальной амплитудной характеристики регистрационцо-усилительного тракта позволит внедрить в лабораторные измерения тракты с заведомо нелинейными амплитудными характеристиками, которые смогут обеспечить измерения в широком диапазоне изменения уровней исследуемого сигнала с первичного преобразователя, а это сократит затраты на проведение физических экспериментов. ню каждого последующего входного калибровочного сигнала относительно предыдущего одинаковое приращение, начиная с нуля, ц по значениям выходных калцбровочны., сцгна лов, равномерно распределенных по осцабсцисс, находят степенной ряд, аппроксимирующий реалнуо амплитудную характеристику тракта, затем крцзую па осциллограмме равномерно по времени разбивают на ряд 10 отдельны.; мгновенных значений и, поочередно приравнивая цх к значениям функции реальной амплитудной характеристики, наход 51 т соответствующие им аргументы, определяющие последовательность мгновецных значений 15 действительного входного сигнала в масштабе времени, принятом для осциллограммы.Источники информации, принятые во внимание прц экспертизе:1. В. Я. Соловов, Осццлографическце цзме рения, М., 1968, стр. 11 ц 15 (прототип).2. Р. В. емхИцг. Численные методы, М., 1972, стр. 99.3. И, А. Марон. Основы вычислительнойматематики, М., 1963, стр. 118. Формула изобретения Способ обработки осциллограмм с учетом нелинейности реальной амплитудной характеристики регистрационно-усилительного тракта, включающий в себя снятие амплитудной характеристики тракта и аппроксимацию ее линейной функцией, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения исследуемого сигнала, сначала снимают реальную амплитудную характеристику регистрационно-усилительного тракта, задавая уров 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 0,000 0,085 0,165 0,235 0,300 0,365 0,420 0,480 0,535 0,590 0,640 0,690 0,735 0,775 0,815 0,850 0,885 0,915 0,945 0,975 1,000 0,000 0,130 0,235 0,320 0,403 0,470 0,535 0,595 0,655 0,700 0,755 0,795 0,850 0,865 0,895 0,915 0,935 0,950 0,970 0,985 0,000 0,065 0,125 0,180 0,240 0,295 0,350 0,400 0,450 0,500 0,550 0,605 0,650 0,700 0,750 0,0000 0,0865 0,1638 0,2343 0,3000 0,3622 0,4218 0,4794 0,5350 0,5887 0,6401 0,6890 0,7350 0,7777 0,8169 0,8526 0,8850 0,914 0,9427 0,905 1,0000 0,0000 0,1311 0,2362 0,3238 0,4000 0,4691 0,5339 0,5958 0,6550 0,7111 0,7632 0,8099 0,8500 0,8826 0,9071 0,9241 0,9350 0,9426 0,9514 0,9677 1,0000 0,0000 0,0647 0,1258 0,1840 0,2400 0,2942 0,3470 0,3989 0,4500 0,5003 0,5508 0,6006 0,6500 0,6989 0,7470 0,7942 0,8400 0,8840 0 9258 0,9647 1,0000