Устройство для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин

(9) (1 06 6 7/2 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССР Ь 955107,кл, 6 06 6 7/20, 1982,Авторское свидетельство СССР % 441570,кл. 6 06 6 7/20, 1972,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯКОРНЯ КВАДРАТНОГО ИЗ РАЗНОСТИКВАДРАТОВ ДВУХ ВЕЛИЧИН(57)Устройство для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величинпредназначено для использования в аналоговьх и аналого-цифровых вычислительныхмашинах, в частности, при обработке низкочастотных и инфранизкочастотных сейсмических сигналов; изменяющихся в широкомдинамическом диапазоне. Сущность изобретения: устройство содержит два блокавыделения модуля (1,2), амплитудный селектор(3), блок деления (4), формирователь имИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах автоматики, использующих функциональные преобразователи, а также в аНалоговых и аналогоцифровых вычислительных машинах, в частности, при обработке низкочастотных и инфранизкочастотных сейемических сигналов, измеренных много- компонентными сейсмометрами изменяющихся в широком динамическом диапазоне. Целью изобретения является повышение точности вычисления квадратного корня из разности квадратов двух величин при пульсов (5), генератор тригонометрических функций (6), блок выборки и хранения (7), управляемый делитель напряжения (8). Входы блоков выделения модулей являются входами устройства. Выходы блоков выделения модулей подключены ко входам амплитудного селектора. Выходы амплитудного селектора. подключены к соответствующим входам блока деления, Выход последнего подключен к первому входу формирователя импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом генератора, второй выход которого подключен к первому входу блока выборки и хранения. Второй (управляющий) вход последнего соединен с выходом формирователя управляющих импульсов, а. выход с управляющим входом управляемого делителя напряжения, информационный вход которого соединен с первым выходом амплитудного селектора. Выход управляемого делителя является выходом устройства. 1 ил. изменении их в широком динамическом ди 00 апазоне.Предлагаемое устройство представлено на чертеже., 00Устройство для извлечения корня квад- ЬЭ ратного из разности квадратов двух величин С) содержит блоки 1 и 2 выделения модулей этих величин, амплитудный селектор 3, блок деления 4, формирователь импульсов 5, генератор тригонометрических функций 6, блок выборки и хранения 7 управляемый делитель напряжения 8.. Входы первого 1 и второго 2 блоков вы-. деления модулей являются входами устрой 1838820мального и минимального сигналов, На первом выходе амплитудного селектора получают максимальный сигнал Оз= Оаа 1, выбранный из ШХ 1 и Оу 1, а на втором выхо де - минимальный из двух 0 и ШУ 1 сигналОэ=10 гп 1 п 1. Сигналы одного знака Оз и О з, соответствующие Швах и 10 л 1. поступают на входы блока деления 4, с выхода которого снимают напряжение, пропорциональное 1 О отношению10 п)и1 Опп 11 и равное 04+ОдНапрякение 04 поступает на первыйвход формирователя импульсов 5 и является "5 для него пороговым, На второй вход формирователя 5 поступает косинусоидэльное напряжение 0(т) с первого выхода генератора 6 тригонометрический функций, Амплитуда этих гармонических колебаний равна О, т,е.2 О численно равна. напряжению 04 на выходеблока 4 при 1 Оюпее Оп)а 1, а частота выбирается из условия требуемого быстродействия выполнения одного цикла вычисления. Синусоидальное напряжение той же амплиту ды и частоты со второго выхода генератора6 тригонометрических функций поступает на первый вход блока выборки и хранения 7, а на второй его вход, являющийся управляющим, поступает сигнал управления с вы О хода формирователя импульсов 5, Когдагармоническое косинусоидальное напряжение О превышает пороговое напряжение 04(04 О), на выходе формирователя импульсов 5 устанавливается, к примеру логи ческий иО", и блок выборки и хранения 7осуществляет режим "выборки". В момент времени, когда О становится равным 04, на выходе формирователя импульсов 5 появляется логическая единица, которая перево О дит блок выборки и хранения 7 в режим"хранение", при котором на выходе блока 7 сохраняется напряжение 07, равное значению синусоидального напряжения Ос с выхода генератора 6 тригонометрических 45 функций в момент времени, когда 04=0,Затем цикл повторяется. Е= У 2-Х 2=у зп. а =У з и агссоз 1 - 1 ) для (2)ХУт.е. результат вычисления Е всегда пропорционален максимальной величине из 1 Х 1 и 1 У и синусу угла, косинус которого опреде О ляется отношением минимальной величины к максимальной. Указанный способ вычисления реализуется в заявляемом устройстве следующим образом. Входные сигналы, например Ох и Оу, численно равные величинам 55 Х и У, поступают на входы блоков 1 и 2 выделения модулей этих величин, на выходах которых получают сигналы одного знака, равные 01=1 01 и 02=10 у 1, поступающего на входы амплитудного селектора 3 максиства, Выходы блоков выделения модулей подключены к соответствующим входам амплитудного селектора 3. Первый и второй выходы амплитудного селектора 3 подключены соответственно к первому и второму входам блока деления 4, выход последнего подключен к первому входу формирователя управляющих импульсов 5, второй вход которого соединен с первым выходом генератора 6, второй выход которого подключен к первому входу блока выборки и хранений 7, управляющий вход последнего соединен с выходом формирователя импульсов 5, а выход - с первым (управляющим) входом управляемого делителя напряжения 8, второй вход которого соединен с первым выходом амплитудного селектора 3. Выход управляемого делителя напряжения 8 является выходом устройстваВ предлагаемом устройстве реализуется выражение 24 Х.ЪД (1), если УХ/ /У/ 2=6 -Х (2), если /У/ /Х/ .В выракении (1) подкоренное выражение есть квадрат катета прямоугольного треугольника, гипотенуза которого равна 1 х 1, а второй катет равен 1 у 1. Аналогично, в выражении(2) подкоренное выражение есть квадрат катета прямоугольного треугольника с гипотенуэой, равнойУ, и вторым катетом, равным 1 Х 1. В прямоугольном треугольнике угол между известными гипотенузой и катетом равена= агссоз 1 - 1 для (1)УХа = агссоз 1 - 1ХУдля (2)Второй неизвестный катет Е равен Е=, Х -У =х з 1 и а =Х з 1 п агссоз- 1 ) для (1)Х Напряжение 04 имеет всегда один и тот же знак, например, положительный, поэтому начало импульса 05 (режим "хранение") соответствует интервалу времени, когда косинусоидальное напряжение О убывает от значения Од до О, а синусоидальное напряжение Ос возрастает от О до Од за тот же интервал времени Т/4, Интервал времени от начала отсчета, когда О=Од, до момента, когда 0=04, соответствует углу косинус ко 102)торого равен, 04/Од (агссоз, ).ШдО 5В нашем случае 04=Од, Тогда уголОз 11 О 41 1 О 5агссоз =агссоз- а напряжед зиЯниеОгОд з 1 пагссоз 1 О 111 Оз 1Напряжение с выхода блока выборки и хранения О 7 поступает на управляющий вход управляемого делителя напряжения 8, Это напряжение О 7 равное О 7=Од,1 О 5Зпагссоз 1.1 Оз 1Таким образом на выходе устройства получают напряжениеОЬОвых=ОЗ 3 пагссоз )1 Оз 1где О 3Оз, т.е. выходное напряжение проПорционально напряжение, максимальному иэ двух величин, и синусу угла, косинус которого определяется отношением минимального капряжения к максимальному, аким образом. в предлагаемом устройстве реагируется выражениеЕ=Х 2-У 2= Х з 1 пагссоз- 1 упри /Х/ /У/Хг -Е=Ч У -Х = У з 1 пагссоз 1 - 1 1 при /У/2 2 ХУ/Х/В заявленном устройстве отдельныеблоки могут быть выполнены, например, всоответствии со следующими техническимирешениями;- блоки выделения модулей 1 и 2 - см, 7-блок выборки и хранения 7-(7 д),- управляемый делитель напряжения(7 е),Формирователь управляющих импульсов 5 может быть выполнен в виде компаратора, аналогичного (7 ж).В заявляемом устройстве для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин методическая ошибкавычисления равна нулю, т.к. реализуемые вустройстве выражения исключают необходимость аппроксимации нелинейкых зависимостей различных функциональныхпреобразователей, имеющихся в известныхтехнических решениях. Другим преимуществом устройства является то, что амплитуды входных сигналов могут изменяться в5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 второй выходы генератора тригонометриче ских фуккций соединены соответственно с вторым входом формирователя импульсов ис информационным входом блока выборки и хранения, первый выход амплитудного селектора через управляемый делитель напряжения соединен с выходом устройства. широком динамическом диапазоне, т,к. максимальные значения сигналов на выходах всех блоков устройства по модулю не превышают значения любого максимального входного сигнала,При уменьшении амплитуд входных сигналов погрешности изменяется незначительно, т.к. блоки 1, 2, 3, 6, 7 устройства построены на операционных усилителях с глубокой отрицательной обратной связью, блок деления 4 при использовании, например, логарифмических усилителей способен работать в диапазоне более 60 дб. Амплитуду колебаний на выходе гекератора 6 можно выбрать порядка 10 В, Погрешность порога срабатывания компаратора 5 и погрешность выборки и хранения е блоке 7 не превышают 1 мВ.Погрешность коэффициента передачи прецизионного управляемого делителя напряжения не более 0,1%,Таким образом, заявляемое устройство для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин позволяет осуществлять вычисление без методической погрешности и при случайной погрешности не более 0,1%, При использовании прототипа методическая погрешность достигает 10%,Фдрмула изобретения Устройство для извлечения корня квадратного из разности квадратов двух величин, содержащее два блока выделения модуля, входы которых являются входами устройства, и амплитудный селектор, первый вход которого подключен к выходу первого блока выделения модуля, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в него введены блок деления, формирователь импульсов, генератор тригонометрических функций, блок выборки и хранения, управляемый делитель напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу блока выборки и хранения, причем второй вход амплитудного селектора подключен к выходу второго блока выделения модуля, а первый и второй еыходы - к соответствующим входам блока деления, выход которого соединен с первым входом формирователя импульсов, выход последнего соединен с управляющим входом блока выборки и хранения, первый и1838820 Дух Составитель Б,КелехсаеТехред М.Моргентал актор р С,Лис орре Государс ГКНТ ССС ент", г. Ужгор П водственно-издательский комбин на, 10 л.Гага Заказ 292 ВНИИ