Устройство для определения распределений вероятностей максимальных амплитуд импульсных сигналов

СОЮЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН за, 60667/ МИТЕТ СССР И ОТНРЫТИй СПИ САНИ К АВТОРСКОМУ ЗОБРЕТ ИДЕТЕЛЬСТ К; ф с выходом ключа,которого соединенго элемента, входс информационйымдинен с выходом втектора. Ю Сй с выходом пороговокоторого объединенходом ключа и соеорого пикового де" ОСУДФРСТОЕННЫЙ ипш юмював(72) В,И, Потапкин и В.А. Раков (71) Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени политехни" ческом институте им. С.И. Кирова (53) 681 3(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР й 926687, кл. 6 06 С 7/52, 1979.2. Авторское свидетельство СССР Ю 92280, кл, 6 06 6 7/Я, 1980 (прототип).3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. И;, "Наука", 1969, с. 137.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯРАСПРЕДЕЛЕНИЙ ВЕРОЯТНОСТЕЙ ИАКСИИАЛЬНЫХ АИПЛИТУД ИИПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ,содержацее первый одновибратор, входкоторого является входом устройства,а выход соединен с входами установкив исходное состояние первого и второ"го пиковых детекторов непосредственно, а через последовательно соединен,8010 7968 А ные второй одновибратор и формирователь импульсов -. с управляющим входом амплитудно"импульсного модулятора, выход которого подключен к входу амп" литудного анализатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расаирения динамического диапазона анализируемых амплитуд, оно содержит пороговый элемент, ключ, сумматор, ограничитель амплитуды и делитель напряжения, при этом входы ограничй" теля амплитуд и делителя напряжения объединены и подключены к входу устройства, а их выходы соединены с информационными входами соответственю первого и второго пиковых детекторов, Я выход первого из которых соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к.информационному входу амплитудно-импульсного модулятора,-второй вход сумматора соединенуправляющий еход Ф1 10579Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначенных для измерения статистических характеристикслучайных процессов, и может бытьиспользовано, например, при исследовании возмущений электромагнитногополя Земли, обусловленных разрядамимолний.Известно устройство для определения распределений вероятностей максимальных амплитуд импульсных сигналов,которое содержит последовательно соединенные одновибратор, формировательимпульсов, амплитудно-импульсный моду лятор и многоканальный амплитудныйанализатор, К одному из входов амплитудно-импульсного модулятора подключен выход пикового детектора, одиниз входов которого соединен с выходом 2 Оформирователя импульсов, а другойобъединен с входом одновибратора иявляется входом устройства 1 1.Устройство позволяет измерять распределение вероятностей максимальных 25амплитуд сигналов в целом или всехих компонентов. Однако в ряде случаев, в частности при исследованииэлектромагнитных сигналов, генерируемых разрядами молний, необходимоизмерять распределение вероятностеймаксимальных амплитуд только первых,компонентов исследуемых сигналов.11 аиболее близким к предлагаемомуявляется устройство содержащее после 35довательно соединенные первый и второй одновибраторы, формировательимпульсов, амплитудно-импульсный модулятор и многоканальный амплитудныйанализатор, К одному из входов амплитудно-импульсного модулятора подключен выход пикового детектора, одиниз входов которого соединен с выходом первого одновибратора, а другойобъединен с входом последнего и явля 45ется входом устройства2 .Однако динамический диапазон регистрируемых с помощью устройстваамплитуд импульсных сигналов в рядеслучаев (в частности, при исследовании электромагнитных сигналов, гене 50рируемых разрядами молнии) оказывается недостаточным. Это связано прежде всего с недостаточностью динамического диапазона амплитуд, воспринимаемых многоканальным амплитудныманализатором,Цель изобретения - расширение динамического диапазона анализруемых 68 1максимальных амплитуд импульсных сигналов.Указанная цель достигается тем,что устройство, содержащее первый одновибратор, вход которого являетсявходом устройства, а выход соединенс входами установки в исходное состояние первого и второго пиковых детекторов непосредственно, а через последовательно соединенные второй одновибратор и формирователь импульсовс управляющим входом амплитудно-импульсного модулятора, выход которогоподключен к входу амплитудного анализатора, содержит пороговый элемент,ключ, сумматор, ограничитель. амплитуды и депитель напряжения, при этомвходы ограничителя амплитуды и делителя напряжения объединены и подключены к входу устройства, а их выходысоединены с информационными входамисоответственно первого и второго пиковых детекторов, выход первого иэкоторых соединен с первым входомсумматора, выход которого подключенк информационному входу амплитудноимпульсного модулятора, второй входсумматора соединен с выходом ключа,управляющий вход которого соединенс выходом порогового элемента, входкоторого объединен с информационнымвходом ключа и соединен с выходомвторого пикового детектора,На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.Устройство для определения распределений вероятностей максимальныхамплитуд импульсных сигналов содержитпервый 1 и второй 2 одновибраторы,формирователь 3 импульсов, амплитудноимпульсный модулятор 11 и амплитудныйанализатор 5. Иежду входом первогоодновибратора 1 и информационным входом модулятора 11 включены делитель 6напряжения, второй пиковый детектор ,пороговый элемент 8, ключ 9 и сумматор .10. Иежду входом первого одновибратора 1 и одним из входом сумматора 10 включены ограничитель 11 амплитуды и первый пиковый детектор 12,Выход второго пикового детекторасоединен с информационным входомклюна 9. Управляющие входы пиковыхдетекторов 7 и 12 объединены и соединены с выходом первого 1 одновибратора, вхоу которого является входомустройства.Иногоканальный амплитудный анализатор 5 имеет Н каналов.ны Г 32 3 10579Устройство работает следующим образом.Если анализируемая амплитуда не превышает заданной величины, соответствующей К-му каналу, сигнал регистрируется в одном из первых К-каналов анализатора 5. Если анализируемая амплитуда превышает величину, соот- ветствующую К-му каналу, сигнал регистрируется в одном из оставшихся й-К каналов, ширина которых увеличивается по сравнению с шириной первых К-каналов, в соответствии с коэффициентом деления делителя 6, Это приводит к расширению динамического диапазона анализируемых амплитуд без увеличения числа многоканальных амплитудных анализаторов.Такой метод расширения динамического диапазона наиболее целесообразно использовать при определении распределений вероятностей типа логарифмически нормального, имеющих малую плотность распределения в области больших значений случайной величиУказанная ситуация имеет место, в частности, при исследовании возмущений электромагнитного поля Земли, обусловленных разрядами молний, При этом суммарная погрешность измерения в области больших значений исследуемой случайной величины практически полностью определяется .случайной составляющей, которая зависит от числа 35 отсчетов, приходящихся на один канал, ,Таким образом, при использовании предлагаемого устройства происходит также уменьшение суммарной погрешности из-. мерения вследствие уменьшения ее случайной составляющей в старших кана. лах (на "хвосте" распределения). Это связано с тем, что при увеличении ширины канала увеличивается и число отсчетов, приходящихся на один канал,Исследуемый сигнал поступает одновременно на входы первого одновибратора 1, ограничителя 11 и делителя 6. Когда величина сигнала превысит выбранный заранее пороговый уровень, на выходе одновибратора 1 появляется прямоугольный импульс, длительность которого равна максимальному времени существования сигнала. Передним фронтом этого импульса запускается второй 55 одновибратор 2, на выходе которого появляется прямоугольный импульс, длительность которого равна макси 68 4мальному времени существования перво"го компонента исследуемых сигналов.Если максимальная амплитуда сиг"нала не превышает заданной величины,соответствующей К-му каналу, ограни"читель 11 не оказывает влияния напрохождение сигнала, а пороговый эле"мент 8, в качестве которого можетбыть использован триггер Шмитта, незапускается (уровень запуска порогового элемента 8 соответствует уров"ню ограничения ограничителя 11 сучетом коэффициента деления делите"ля 6). В этом случае ключ 9 закрыти сигнал на входе сумматора, подключенном к выходу ключа 9, отсутствует(равен нулю), Задним фронтом импульсас выхода одновибратора 2 запускаетсяформирователь 3 импульсов, которыйвырабатывает нормализующий импульс,.поступающий на управляющий вход амплитудно-импульсного модулятора 4, Приэтом на информационный вход модуля"тора 1 с выхода пикового детектора12 через сумматор 10 подается квазипостоянное напряжение, величинакоторого равна максимальной амплитуде сигнала на входе пикового детекто"ра 12. Таким образом, на выходе модулятора М появляется импульс с нор-,мализованными параметрами, амплитудакоторого равна максимальной амплитудепервого компонента исследуемого сигнала. Этот импульс регистрируетсяв одном из первых К каналов амплитудного анализатора 5 в зависимости отамплитуды. Задним Фронтом импульсас выхода одновибратора 1 пиковые детекторы 7 и 12 возвращаются в исходное состояние,Если максимальная амплитуда исследуемого сигнала больше заданной величины, соответствующей К-му каналу,максимальная амплитуда сигнала навыходе ограничителя 11 равна этой величине, и на первый вход сумматора10, подключенный к выходу пиковогодетектора 12 поступает квазипостоянное напряжение, величина которого .соответствует К-му каналу, В этомслучае величина сигнала на выходепикового детектора 7 превышает заданную величину, соответствующую К-муканалу, умноженную на коэффициентделения делителя 6. Это приводит кзапуску порогового элемента 8, который выдает разрешающий импульс науправляющий вход ключа 9. Ключ 9 открывается и квазипостоянное напряже1057968 Составитель Э. СечинаТехред С.Иигунова Корректор А. Тяско Редактор С. Юско Тираж 706 ,Подписное,ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушская наб д. 4/5Заказ 9465/52 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4ч ние, величина которого равна максимальной амплитуде исследуемого сигнала, умноженной на коэффициент деления делителя 6, с выходапикового детектора 7 поступает на второй вход сумматора 10. Суммарный сигнал, величина которого обеспечивает регистрацию в одном из последних М-К каналов анализатора 5 с выхода сумматора 10 по" ступает на информационный вход моду лятора 4, В остальном работа устройст" . ва аналогична работе, описанной для случая, когда максимальная амплитуда исследуемого сигнала не превышает заданной величины, соответствующей 15 К-му каналу анализатора 5. Используемый нами многоканальный амплитудный анализатор 5 воспринимает сигналы,амплитуды которых находятся в диапа" зоне от 0,2 до 103.(динамический диа пазон около 36 дб) Пустьзаданйвя величина напряжения, соответствующая К"му каналу анализатора 5, равна 58, в коэффициент деле ния делителя 6 ревем 0,04. Ширина последних Н-К каналов в этом случае равна ширине пеРвых К каналов, поделенной на 0,04, Величина максймальной амплитуды сигнала на входе устройстаа,Зо соответствующая И"му (последнему) каналу анализатора 5, равна 5 + + (10-5)/0,04 / 1308./Таким образом, в рассмотренном примере динамический диапазон расширяется до 56 дб,Если максимальная амплитуда исследуемого сигнала не превышает 5 В, амплитуда нормализованного импульса навыходе модулятора 4 равна этой максимальной амплитуде, Если максималь"ная амплитуда сигнала больше 5 В, амплитуда импульса на выходе модулятора4 равна 5 В плюс величина этой максимальной амплитуды, умноженная на 0,04.Предлагаемое изобретение позволяет существенно расширить динамическийдиапазон анализируемых максимальныхамплитуд импульсных сигналов по сравнению с прототипом без увеличениячисла многоканальных амплитудных анализаторов,Расширение динамического диапазона анализируемых амплитуд необходимопри проведении исследований в самыхразличных областях, в частности приизучении возмущений электромагнитного поля Земли, обусловленных разрядами молний.Распределения вероятностей макси"мальных амплитуд электромагнитныхсигналов, генерируемых разрядами мол-,ний, отражают соответствующие распределения для токов юлний, которые необходимы для расчетов молниезащьты,различнык Объектов.