Устройство для интегрированияэлектрического сигнала

(и) 81 2 УФ ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ бааз ьоветских Социалистических Республик(43) Опубликовано 07,03.81, Бюллетень Мо Государственный комит СССР(45) Дата бликования описания 07,03.8 2) Авторы изобретени 1) ЗаявительА, И. Самойлов и А. Н. Чечулина ральский электромеханический институт ин енер железнодорожного транспорта4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТЕГРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА Однако это устроист дельно получать значе ных типов. Наиболее близким 5 ности к изобретению содержащее источник держки, блоки регули сумматор (3. Это уст но для решения задач 10 ности гармоник пери идальных сигналов, а выборе времени задер и соответствующем вь передачи блоков регул 15 использовано для по интеграла. Недостаток этого у невозможности раздел ходе устройства в тек 20 ния интегралов разныво не позволяет раз ния интегралов раз ны устроиства тоящие из опер енсатора, вклю ующим входом ключенного меж инвертирующим строис ьно пущемх типов а состоит в учать на выремени значеЦель изобретения состоит в расширениифункциональных возможностей устройства для интегрирования, т, е. получение в ре 25 альном масштабе времени неопределенногоинтеграла с переменным верхним или ниж ним пределом, определенного интеграла с точно заданным интервалом интегрирова ния, определенного интеграла данного сиг З 0 нала с любой заданной весовой функциеи Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для подсчета в реальном масштабе времени определенного интеграла с точно заданными пределами. интегрирования электрических сигналов при обработке и анализе сигналов,Извест для интегрирования, сос ационного усилителя, конд ченного между его инвертир и выходом, резистора, в ду входом интегратора и входом усилителя Ц.Погрешностью устройства являются необходимость введения компенсаторов дрейфа нуля и введения специальных элементов для задания начальных условий интегрирования, а также то, что они требуют время для установки начальных условий; кроме того, известные интеграторы не позволяют произвольно выбирать пределы интегрирования. Известны также интегрирующие устроиства, содержащие ряд последовательно включенных блоков задержки, выход каж дого из которых через соответствующий весовой элемент соединен с входом сумматора 2. по техническои сущявляется устройство,сигнала, блоки зарования амплитуды и ройство предназначеи выделения совокуподических несинусопри соответствующем жки блоков задержки боре коэффициентов ирования может быть дсчета определенного3Достигается это тем, что в устройстгодля интегрирования электрического сигнала, содержащее блок задержки, вход которого соединен с источником сигнала, а выходы через блок весовых резисторов подключены к входам сумматора, введены блокформирования управляющих импульсов итрехпозиционный переключатель, сигнальный вход которого подключен к выходусумматора, управляющие входы соединеныс выходами блока формирования управляющих мульсоввьходы 5 вл 5 к)тс 5 вь- ходами устройства, причем вход блокаформирования управляющих импульсов соединен с источником сигнала, а трехпозиционный переключатель содержит триггер,дифференцирующую цепь, формировательпрямоугольных импульсов и три ключа,входы и выходы которых являются соответственно сигнальным входом и выходамитрехпозиционного переключателя, управляющий вход первого ключа подключен к первому выходу триггера, соединенному черезпоследовательно включенные дифференцирующую цепь и формирователь прямоугольных импульсов с управляющим входом второго ключа, управляющий входтретьего ключа подключен к второму выходу триггера, входы которого являются управляющими входами трехпозиционногопереключателя,На фиг. 1 дана схема устройства для интегрирования электрического сигнала; нафиг. 2 - пример выполнения олока формирования управляющих импульсов; нафиг, 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство содержит последовательносоединенные источник сигнала 1, блок задержки 2, осуществляющие дискретизациюсигнала во времени и состоящие из линиизадержки с отводами через Л 1, блок весовых резисторов 3, задающий метод численного интегрирования и выполненный в видевзвешивающих потенциометров, сумматор4 и трехпозиционный электронный переключатель 5, один вход которого подключен квыходу сумматора 4, а вторые входы соединены с выходами схемы формирования управляющих импульсов 6, вход которой связан с выходом источника сигнала.Блок задержки 2 имеет общее время задержки Т, равное длительности интервалаинтегрирования. Через интервалы задержки Л 1 сделаны отводы, к которым подключены потенциометры взвешивающего блока3. С помощью потенциометров устанавливаются весовые коэффициенты.Блок задержки может быть выполнен иззвеньев .С или РС, может быть ультразвуковой или на магнитной ленте, но он должен быть линейным,Входной интегрируемый сигнал С"(1),имеющий длительность Т от источника сигнала 1 поступает на вход блока задержки 1 О 15 20 30 35 40 45 50 55 60 65 42. По мере продвикетпя сигнала на отво. дах О, 1, 2, Л" будут действовать напряжения, равные мгновенным значениям сигнала с(пЛ 1), взятым через интервалы Ж.На сумматор 4 поступаот мгновенные значения сигнала с отводов линии задержки в данный момент времени с некоторыми коэффициентами. Суммирование значений сигнала в момент = Т по всем отводам даст после умножения на Л опрсде,сивый исгр идс тапый по методу прямоугольников, если вссовыс коэффициенты равны 1.При подаче сигнала па блок задержки на выходе устройства имеем значения, соответственно равные неопределенному интегралу с переменным верхним пределом (выход 1)т- ц,( - Ца 1, при 0(-(То(здесь учтено, что в блоке задержки сигнал зеркально переворачивается по оси времени);определенному интегралу, взятому по всей длительности Т сигнала (выход 2)твых ( ) -1(Т - 1) Ы, при т = Т;О неопределенному интегралу с переменнымнижним пределом (выход 3)твыход) =У,( - 1)Ж при Т(1(2 Т,- т Следовательно, интересующее нас значение определенного интеграла будет на выходе сумматора 4 в момент 1=Т. В этот момент импульсом с блока формирования управляющих импульсов 6 кратковременно переключатель 5 подключает выход сумматора к выходу 2 устройства.До момента 1=Т интегратор выдает на выходе 1 неопределенный интеграл данного сигнала, а после момента 1=Т интегратор выдает на выходе 3 неопределенный интеграл данного сигнала с переменным нижним пределом.Управляющий сигнал с блока формирования управляющих импульсов в виде биполярных прямоугольных импульсов длительностью 2 Т должен управлять переключателем 5, подключая выход сумматора к выходу 1 устройства при (Т, к выходу 2 при =Т и к выходу 3 при 1) Т.Реальная схема с конечным числом отводов вместо интегралов выдает интегральную сумму.При использовании формулы прямоугольников на сумматор нужно подавать значения сигналов с отводов О, 1, 2, ,Ч - 1 или с отводов 1, 2, 3,М с весовыми коэффициентами 1. Для этого соответствующие движки потенциометров блока 3 должны быть выведены в верхнее положение, 8127910 15 20 При использовании формулы трапеций на сумматор нужно подавать значения сигнала с 0 по У отводов, причем весовые коэффициенты нулевого и последнего отводов необходимо уменьшить в 2 раза. Для этого движки нулевого и последнего потенциометров блока 3 устанавливаются посередине.При использовании формулы Симпсона 1 параболических трапеций) движки нулевого и последнего потенцио метр о в блока 3 нужно установить на /4 полного сопротивления, движки всех четных потенциометров - посередине, а всех нечетных полностью вывести вверх.Устройство может подсчитывать определенный интеграл данного сигнала с любой заданой весовой функцией. Эта функция должна быть замоделирована в блоке 3,Точность подсчета интеграла в данном устройстве определяется выбором интервала дискретизации Л 1 и может беспредельно увеличиваться путем уменьшения Л 1. Для учета этого множителя и других коэффициентов, входящих в формулы, в сумматоре предполагается соответствующий аттенюатор.Трехпозиционный электронный переключатель 5 содержит дифференцирующую цепь 7, формирователь прямоугольных импульсов 8, три ключа 9, 10, 11, соединенные с выходами триггера 12 непосредственно, ключи 9 и 11, а ключ 10 соединен с выходом триггера 12 через дифференцирующую цепь 7 и формирователь прямоугольных импульсов 8.В синхронных системах, когда точно известны начало и конец сигнала (они отмечаются синхроимпульсами), управляющие импульсы могут быть сформированы стандартными блоками - триггером и дифференцирующим устройством,В несинхронных системах, когда начало и конец сигнала заранее известны, а сигналы являются однополярными или двух- полярными без разрывов на оси времени (каковыми являются большинство практически встречающихся сигналов), управляющие импульсы можно сформировать с помощью блока, показанного на фиг. 2.Блок формирования управляющих импульсов состоит из последовательно соединенных блоков определения модуля сигнала 13 и сигнатуры модуля 14, дифференцирующего устройства 15, коммутирующих диодов 16 и 17 и инвертора 18. В результате на выходе блока 6 формируются остроконечные импульсы начала и конца сигнала,На фиг. 3 представлены временные диаграммы, поясняющие работу блоков 5 и 12. Из диаграмм следует, что от момента 1, досхема выдает неопределенный интеграл с переменным верхним пределом на открытый выход 19, в момент 1 - определенный 25 30 35 40 45 50 55 60 65 интеграл на открытый выход 20, от момента 1, до (21, - 1) - неопределенный интеграл с переменным нижним пределом на открытый выход 21,11 рименение предложенного устройства позволяет существенно расширить функциональные возможности интегратора: позволяет подсчитывать в реальном масштабе времени неопределенные интегралы с переменными верхними и нижними пределами, подсчитывать определенный интеграл с точно заданным интервалом интегрирования, подсчитывать определенный интеграл данного сигнала с любой заданной весовой функцией; кроме того, применение предложенного устройства позволяет существенно упростить устройство для интегрирования и повысить точность интегрирования за счет имеющейся возможности использования более точных методов численного интегрирования и уменьшения шага дискретизации. Формула изобретения 1. Устройство для интегрирования электрического сигнала, содержащее блок задержки, вход которого соединен с источником сигнала, а выходы через блок весовых резисторов подключены к входам сумматора, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет получения как определенного, так и неопределенного интегралов, в него введен блок формирования управляющих импульсов и трех позиционный переключатель, сигнальныйй вход которого подключен к выходу сумматора, управляющие входы соединены с выходами блока формирования управляющих импульсов, а выходы являются выходами устройства, причем вход блока формирования управляющих импульсов соединен с источником сигнала,2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что трехпозиционный переключатель содержит триггер, дифференцирующую цепь, формирователь прямоугольных импульсов и три ключа, входы и выходы которых являются соответственно сигнальным входом и выходамп трехпозиционного переключателя, управляющий вход первого ключа подключен к первому выходу триггера, соединенному через последовательно включенные дпфференцирующую цепь и формирователь прямоугольных импульсов с управляющим входом второго ключа, управляющий вход третьего ключа подключен к второму выходу триггера, входы которого являются управляющими входам п трех позиционного переключателя,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР488222, кл, 6 06 6 7/18, 1976,2. Самойлов Л. И. Оптимальный фильтр для сигналов произвольной формы, сборник811279 33. Авторское свидетельство СССР326584, кл. б 06 6 7/18, 1969. Составитель С. Белан Редактор Е. Гон Техред Т. Трушкина Корректор Р. Берко Типография, пр. Сапунов 7научных трудов УЭМИИТ, выи. 20, Сверлловск, 1968,Заказ 1349/1 Изд.187 Т НПО Поиск Государствепо делам изобретен113035, Москва, Ж, Р раж 784 Подписноеого комитета СССР и открытий шская наб., д. 4/5