Устройство для определения распределения вероятностей максимальных амплитуд разрядов молний

Союз СоветскиеСоциапистическиеРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ 942063(23) Прыорнтет ио алаи изебретеккй н втерцткк.(72) Авторы изобретения В.И. Потапкин и В,А, Раков Научно-исследовательский институт:высоких напряженийпри Томском ордена Октябрьской Революции и ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническом институте им. С.М,Кирова(51) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ МАКСИМАЛЬНЫХ АИПЛИТУД РАЗРЯДОВ МОЛНИЙИзобретение относится к специали- зированным средствам вычислительной техники, предназначенных для измерения статистических характеристик случайных процессов.Известно устройство для измерения распределения амплитуд импульсных сигналов, содержащее последователь" но соединенные датчик сигналов дифференциатор, Формирователь импульсов, амплитудно-импульсный модулятор и многоканальный амплитудный анализатор, вход амплитудно-импульсного модулятора соединен с выходом датчика сигналов 1 .Это устройство не позволяет определить распределения только максимальных амплитуд импульсных сигналов,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому являетсяустройство для определения распределения вероятностей максимальныхамплитудных импульсных сигналов, которое может быть использовано приисследовании возмущений.злектромаг"нитного поля Земли, обусловленныхразрядами молний (сигналов, генерируемых молниями). Устройство содержит последовательно соединенныедатчик сигналов, блок запуска, блокзадержки, формирователь импульсов,амплитудно-импульснцй модулятоо имногоканальный амплитудный анализатор, а также основной пиковый детектор, включенный между датчикомсигналов и инФормационным входомамплитудно-импульсного модулятораи схему разряда пикового детектора,включенную между выходом блока запуска и входом основного пиковогодетектора 1Такое устройство позволяет из 2 о мерять распределение амплитуд первых компонентов сигналов, генерируемых молниями, причем каждый компонент состоит из импульсов предразряда и импульса главного оазояда.942063 5 0 15 30 35 ао 45 50 55 3Импульсы предразряда представляютсобой биполярные импульсы с маломеняющейся амплитудой, величина которой примерно на порядок меньше амплитуды соответствующего импульсаглавного разряда 2 1,Импульсы главного разряда в непосредственной близости от молнии,как правило, однополярные, а в случае биполярных импульсов амплитудыквазиполупериодов значительно отличаются, Длительность одного компонента, как правило, не превышаетмс, Однако встречаются разрядымолний, в которых импульсы предразряда значительно упреждают импульсглавного разряда. В этом случае дли;тельность компонента может превысить 5 мс, что, в свою очередь, может привести к потере максимальнойамплитуды импульса главного разряда,которая является наибольшей в ком"поненте . При этом, интервал времени, в течение которого происходитвыбор максимальной амплитуды 1, длительность импульса на выходе блоказадержки ) не может быть увеличен,так как это может привести к включению в процесс, выбора максимальнойамплитуды последующих компонентов,Таким образом, при использованииизвестного устройства распределениевероятностей максимальных амплитудгенерируемых молниями, может бытьискажено,Цель изобретения - повышение точности измерения.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство, содержащеепервый одновибраторвход которогосоединен со входом устройства, а выход подключен к входам второго одновибратора и узла разряда пиковогодетектора, выход которого соединенс управляющим входом пикового детек"тора, выход которого подключен кинформационному входу амплитудноимпулЬсного модулятора, управляющийвход которого соединен с выходомпервого формирователя импульсов, авыход подключен к входу амплитудного анализатора, введены элемент И,элемент Запрет, второй формирователь импульсов, дополнительный пиковый детектор, сумматор и два ограничителя, причем входы первого ивторого ограничителей подключены квходу устройства, а выходы соединеныс информационными входами основного и дополнительного пиковых детекторовсоответственно, выходы которых подключены к соответствующим входамсумматора, выход сумматора соединенс управляющим входом элемента "Запрет" и первым входом элемента И,второй вход которого и информационный вход элемента Запрет" подключены к выходу второго одновибратора,выход элемента И соединен с входомпервого формирователя импульсов, авыход элемента нЗапрет подключенк входу второго формирователя импульсов, выход которого соединен суправляющим входом первого одновибратора, управляющий вход дополнительного пикового детектора подключенк выходу схемы разряда пикового детектора,На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.Устройство для определения распределения вероятностей максимальных амплитуд импульсных сигналов содержит вход 1 устройства, первый 2 и второй 3 одновибраторы, элемент И4, первый формирователь 9 импульсов,амплитудно-импульсный модулятор 6,амплитудный анализатор 7, второй формирователь 8 импульсов, элемент 9запрета, сумматор 10, первый ограничитель 11, пиковый детектор 12, второй ограничитель 13, дополнительныйпиковый детектор 14, схему 15 разряда пикового детектора, К одномуиз входов первого одновибратора 2подключен выход схемы 8 разряда первого одновибратора, вход которойсоединен с выходом элемента 9 запрета, один из входов которого соединенс выходом второго одновибратора 3,а второй обьединен с одним из входовэлемента И 4 и соединен с выходомсумматора 10. Между входом 1 устройства и одним из входов сумматора 10 включены последовательно соединенные первый ограничитель 11 ипиковый детектор 12, выход которогосоединен также с информационнымвходом амплитудно-импульсного модулятора 6, Между входом 1 устройстваи другим входом сумматора 10 включены последовательно соедийенныевторой ограничитель 13 и дополнительный пиковый детектор 14. Кроме того,устройство содержит схему 15 разряда пикового детектора, вход которойсоединен с выходом первого одновиб912063 5ратора 2, а выход - с управляющими входами пиковых детекторов 12 и 1 ч.Повышение точности измерения распределения вероятностей максимальных амплитуд первых компонентов сигналов, генерируемых молниями, обеспечивается за счет исключения регистрации максимальной амплитуды импульсов предразряда, которые представляют собой биполярные импульсы с малоизменяющейся амплитудой вместо максимальной амплитуды импульса главного разряда. Для этого на пиковый детектор 12 подается часть сигнала, которая соответствует положительной полярности,а на дополнительный пиксвый детектор 1 ч - отрицательной полярности. Если к моменту окончания времени существования первого компонента (окончания импульса на выходе второго одновибратора 2) величины положительного и отрицательного напряжений на выходах пиковых детекторов 12 и 14 по модулю мало отличаются друг от друга, что соответствует импульсам предразряда, то такой сигнал не регистрируется и устройство возвращается в исходное состояние, не дожидаясь окончания максимального времени существования сигнала (окончания импульса на выходе первого одновибратора 2 В случае включения к процесс выбора максимальной амплитуды импульса главного разряда, величины напряжений на выходах пиковых. детекторов 12 и 1 ч по модулю значительно отличаются, что приводит к регистрации такого сигнала.Импульсный сигнал, состоящий из нескольких компонентов, каждый из которых включает в себя импульсы предразряда и импульс главного разряда, с входа 1 устройства поступает одновременно на входы первого одновибратора 2 первого ограничителя 11 и второго ограничителя 13. На выход первого ограничителя 11 проходят только импульсы положительной полярности, а также положительные квазиполупериоды биполярных импульсов, которые подаются на вход пикового детектора 12, На выход второго ограничителя 13 проходят только импульсы отрицательной полярности, а также отрицательные квазиполупериоды биполярных импульсов, которые подаются на вход дополнительного пикового детектора 14. 25 ЗО 35 40 45 50 55 6Когда величина сигнала превысит выбранный заранее пороговый уровень, на выходе одновибратора 2 появляется прямоугольный импульс, длительность которого устанавливается равной максимальной длительности существования многокомпонентного сигналаВ частности, при исследовании сигналов, генерируемых молниями, эта длительность может быть принята равной 1,5 с, Передним фронтом импуль" са с выхода первого одновибратора 2 запускается второй одновибратор 3, На его выходе появляется прямоугольный импульс, длительность которого устанавливается равной длительности первого компонента исследуемого многокомпонентного сигнала, При исследовании сигналов, генерируемых молниями, эта длительность выбирается равной 5 мсЕсли к моменту окончания этого импульса величина напряжения на выходе сумматора 10 (равная разности модулей максимальных амплитуд положительной и отрицательной полярности исследуемого сигнала) превышает выбранную заранее пороговую величину, что свидетельствует о включении в процесс анализа импульса главного разряда первого компонента, элемент 9 запрета оказывается закрытым, а элемент И 1 открытым. В этом случае задним фронтом импульса с выхода второго одновибратора 3 запускается формирователь 5 импульсов, который вырабатывает нормализующий импульс, поступающий на управляющий вход амплитудно-импульсного модулятора 6, При этом на информационный вход модулятора 6 с выхода пикового детек" тора 12 подается квазипостоянное напряжение, величина которого равна максимальной амплитуде сигнала на входе основного пикового детектора, Таким образом, на выходе модулятора 6 появляется импульс с нормализованными параметрами, амплитуда которого равна максимальной амплитуде первого компонента исследуемого многокомпонентного сигнала, Этот импульс регистрируется в соответствующем канале многоканального амплитудного анализатора 7 в зависимости от амплитуды, Задним фронтом импульса с выхода первого одновибратора 2 запускается узел разряда пикового детектора 15, возвращающий1, Авторское свидетельство СССР8 356657, кл. 0 06 С 7/32, 1972.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2901563/10-24,кл, С 06 0 7/52, 1979 1 прототип) . 7 942063пиковые детекторы 12 и 14 в исходное состояние.Гсли к моменту окончания импульса на выходе второго одновибратора 3 величина напряжения на выходе 5сумматора 10 не превышает выбраннойпороговой величины, что свидительствует о включении в процесс анализа только импульсов предразряда,элемент И 4 оказывается закрытым, а эле Омент 9 запрета -открытым, В этом случае сигнал на выходе элемента Иотсутствует, формирователь импульсов 5 не запускается и, следовательно, такой сигнал регистрироваться 5анализатором 7 не будет.Кроме того, задним Фронтом импульса с выхода второго одновибратора 3, который проходит через элемент 9 запрета, запускается формиро Ователь 8 импульсов, возвращающийпервый одновибратор в исходное состояние 1, импульс на выходе этогоблока заканчивается). Это, в своюочередь, приводит к запуску узла 15 25разряда пикового детектора, которыйвозвращает в исходное состояние пиковые детекторы 12 и 14. Таким обрезом, все устройство приводится висходное состояние. ЗОУстройство позволяет повыситьточность измерения распределения максимальных амплитуд первых компонентов сигналов, генерируемых молниями, за счет исключения регистрациимаксимальной амплитуды импульсовпредразряда вместо максимальной амплитуды импульса главного разряда.Сигналы, генерируемые молниями, внеявном виде содержат сведения о 4 Ораспределении зарядов и их пространственно-временном изменении при раз"витии молнии. Вследствие этого распределение вероятностей максимальных амплитуд первых компонентов 45этих сигналов отражает соответствующее распределение для токов молнии,которое представляет значительныйинтерес с точки зрения молниезащиты,Формула изобретенияУстройство для определения распределения вероятностей максимальных амплитуд разрядов молний, содержащее первый одновибратор, входкоторого соединен с входом устройства; а выход подключен к входамвторого одновибратора и узла разряда пикового детектора, выход которо"го соединен с управляющим входом пикового детектора, выход которогоподключен к информационному входуамплитудно-импульсного модулятора,правляющий вход которого соединенвыходом первого формирователя импульсов, а выход подключен к входуамплитудного анализатора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности, оно содержитэлемент И, элемент Запрет, второйФормирователь импульсов, дополнительный пиковый детектор, сумматори два ограничителя, причем входыпервого и второго ограничителейподключены к входу устройства, а выходы соединены с информационнымивходами основного и дополнительногопиковых детекторов соответственно,выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора, выходсумматор соединен с управляющимвходом элемента "Запрет" и первымвходом элемента И, второй вход которого и информационный вход элемента "Запрет подключены к выходу второго одновибратора, выход элемента Исоединен с входом первого формирователя импульсов, а выход элемента"Запрет" подключен к входу второгоФормирователя имгульсов, выход которого соединен с управляющим входомпервого одновибратора, управляющийвход дополнительного пикового детектора подключен к выходу схемы разряда пикового детектора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе42063 43/41 Тираж 731 Подписно ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна ли Составитель 8. Фукаловедактор Н. Гришанова Техред Е.Харитончик Корректор Е.Рошко