Анализатор флуктуаций сложныхсигналов

О П И С А Н И Е (834570ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскиаСоциалистическикРеспублик(23) Приоритет по делам иаобретеиий и открытийДата опубликования описания 03,06,81 Ю, В, Буланов, Н, В, Киселев, В, Ф, СоломатинМ. К. Томиловский, Р. С, Ханукаев, М. В. Шесааков(71) Заявитель Северо-западный заочный политехнический институт(54) АНАЛИЗАТОР ФЛУКТУАЦИЙ СЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ Изобретение относится к технике обработки сигналов и может быть исполь-зовано для анализа шумов механизмов, гидроакустических шумов, речевых сигналов, биопотенциалов головного мозга и других сложных сигналов естественно 5 го происхождения. Известно устройство, которое содержит последовательно включенные диффето ренцирующий блок, усилитель-ограничитель и стробируемый интегратор, При использовании совместно с анализатором импульсов оно позволяет регистрировать одномерные функции плотности распределения разностей высот соседних экстремумов ( текущих амплитуд сложного сигнала) 1.Недостатком известного устройства является то, что в нем определяются параметры (текшие амплитуды) лишь наиболее быстрых флуктуаций сигнала и теряется информация, содержащаяся в мед ленных флуктуациях. Помимо этого в из 2вестном устройстве не определяются временные параметры флуктуаций.Бель изобретения - повышение точности измерений устройства и увеличение информативности результатов анализа.Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные дифференцируюший блок, усилитель- ограничитель, формирователь и интегратор, осциллограф оптически связанный с фоторегистратором, дополнительно введены три блока запоминания, два сумматора и инвентор, причем другие выходы формирователя связаны с управляющими входами всех блоков запоминения и со входом 2 осциллографа, выход интегратора подключен ко входу Х осциллографа, ко входу "У" которого подключен выход второго блока запоминания; вход инвертора и первый вход первого сумматора соединены со входом дярференцируюшего блока, выход инвертора подключен к первому входу второго сумматора и одновременно через3 834570 первый блок запоминания соединен с объединенными вторыми входами обоих сумма- р торов, выходы которых подключены соответственно ко входам второго и третьегои блоков запоминания, 5 вКроме того, анализатор содержит ив последовательно соединенных анализа- с торов, в каждом из которых выход тре- ф тьего блока запоминания одного из ана- У лизаторов соединен со входом дифференци О с рующего блока другого анализатора.хНа чертеже представлена блок-схемап соединения ступеней. лУстройство содержит несколько после- р довательно соединенных однотипных ступеней. Вход первой ступени являетсявходом устройства. Отдельная ступеньтсодержит дифференцирующий блок 1, входд которого соединен со .входом ступени, а н выход - с усилителем-ограничителем 2, выход которого в свою очередь подключен к входу формирователя 3 коммутирующих импульсов. Выходы формирователя 3 ф подключены к управляющему входу ин- б тегратора 4, первым входам блоков за- н поминания памяти 5-7, а также ко вхо- э ду Е осциллографа 8.Вход инвертора 9 подключен ко входу э устройства, выход его соединен со вто- с рым входом блока 5 запоминания, выход которого соединен с первыми входами э сумматоров 10 и 11. Второй вход сум- к матора 10 соединен со входом устрой- п ства, а второй вход сумматора 11 соединен х с выходом интвентора 9, Выходы сумматоров 10 и 11 соединены со вторыми З 5 н входами блоков 6 и 7 запоминания. Выход интегратора 4 соединен со входомс "Х осциллогрфа 8; выход блока 6 опеэ ративной памяти соединен со входом з ю еУ осициллографа 8, оптически связан 40Р ного с фоторегистрирующим устройством 12. Выход блока 7 запоминания со входом следующей ступени. Число ступеней определяется сложностью сигнала и приближенно может быть определе но в случае шумоподобного сигнала по формуле: оь где 11 -число ступеней;Фп,; максимальна частота в спектре сигнала; 4 та;, -минимальная частота.В случае когда сигнал содержит несколько компонент, длительности флуктуа ции которых различаются более чем в два раза, число ступеней должно быть равно числу компонент,4Устройство работает следующим обазом.Анализируемый сигнал подают на входервой ступени, который соединен соходами дифференцируюшего блока 1, инертора 9, а также со вторым входомумматора 10. Сигнал с выхода диференцируюшего Блока 1 поступает насилитель-ограничитель 2. Нули этогоигнала соответствуют экстремумам исодного сигнала. Прямоугольные имульсы с выхода усилителя-ограничитея 2 поступают на формирователь 3 упавляюших импульсов. С первого выходаормирователя 3 короткие управляющиеимпульсы поступают на управляемый инегратор 4, который в промежутках межу импульсами формирует пилообразноеапряжение, пропорциональное длительноти интервала между соседними экстремуами. Это напряжение поступает на входХ" осциллографа 8. Блок 9 выполняетункции инвертора исходного сигнала иуферного каскада для блока 5 оперативой памяти, в котором запоминаютсякстремальные значения сигнала на время, равное интервалу между соседнимикстремумами. Запоминание обеспечиваетя открыванием блока.5 на короткое время в момент прохождения сигнала черезкстремальное значение, Управление блоом 5 запоминания осуществляется имульсами, поступающими со второго выода блока 3В сумматоре 10 осуществляется сложеие инвертированного значения предыдущего экстремума с текущим значениемигнала и в момент достижения сигналомкстремального значения осуществляетсяапоминание в блоке 6 запоминанияазности значении текущего и предыдущего экстремумов. Запомненная величинаподается на вход "У" осциллографа 8.Управление блоком 6 запоминания осуществляется импульсами, поступающимис третьего выхода блока 3, В сумматоре1 формируется полусумма предыдущегоэкстремума и текущего значения сигналаи величина этой полусуммы запоминаетсяблоком 7 запоминания в момент достиже ния сигналом экстремального значения,Управление блоком 7 запоминания осуществляется сигналами с третьего выхода блока 3. На выходе блока 7 запоминания формируется ступенчатый сгла женный сигнал, в котором исключены,наиболее быстрые флуктуации сигнала. Этотсигнал подается на следующую ступень.В момент прохождения сигнала через5 8 экстремальное значение на вход "2. осциллографа 8 поступает с четвертого выхода блокаЗ импульс подсветки. В результате одновременного действия трех сигналов, поступающих на входы Х", " ис осциллографа 8 на его экране высвечивается точка, координаты которой представляют собой интервал между соседними экстремумами и перепад между значениями соседних экстремумов наиболее быстрых флуктуаций входного сигнала; получаемое на экране осциллографа 8 изображение регистрируется на фотопленке или Фотобумаге с помощью фоторегистрирующего устройства 12. В результате фотографической обработки получают двумерные картины, число которых равно числу ступеней. Каждая картина представляет собой отображение двумерной функции плотности распределения параметров, характеризующей отдельные флуктуации сигнала, т.е. его отклонения по отношению к сигналу, формируемому из исходного посредством интерполяции между средними точками между соседними экстремумами. П,и таком подходе сигнал в целом представляется как состоящий из наложенных друг на друга флуктуаций различной деятельности и амплитуды. Целесообразность оценки параметров флуктуаций определяется тем, что в сложных сигналах естественного происхождения ( акустические шумы, речевые сигналы, биолотенциалы и др). флуктуации разной длительности порождаются разными физическими механизмами и анализ флуктуаций является в этом случае адекватным методом анализа. 34570 6Формула изобретения1, Анализатор флуктуаций сложныхсигналов, содержащий последовательносоединенные дифференцирующий блок,усилитель-ограничитель, формировательи интегратор, осциллограф, оптическисвязанный с фоторегистратором, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерений, в него1 О дополнительно введены три блока запоминания, два сумматора и инвертор, причемдругие выходы формирователя связаны суправляющими входами всех блоков запоминания и со входом 2 осциллографа,выход интегратора подключен ко входу"Х" осциллографа, ко входу У" которогоподключен выход второго блока запоминания, вход инвертора и первый вход первого сумматора соединены со входомдифференцирующего блока, выход инвертора подключен к первому входу второгосумматора и одновременно через первыйблок запоминания соединен с объединенными вторыми входами обоих сумматоров,выходы которых подключены соответственно ко входам второго и третьего блоковзапомининия.2. Анализатор по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, содержит Н последовательно соединенных анализаторов, вкаждом из которых выход третьего блоказапоминания одного из анализаторов соединен со входом дифференцирующего блока другого анализатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Блохин А. В. Аппаратурный анализхарактеристик случайных процессов. М.,Энергия", 1976, с. 42-.44.НИИПИ Филиал ППП аказ 4096/69 Тираж 732 ПодписноеПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4