Устройство для логарифмической обработки двух сигналов

(19) (11) 3250 А З(51) С 06 С 7/24 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ мак. е1 наЙМо 1 рйтиА(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОГАРИФМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДВУХ СИГНАЛОВ, содержащее первый и второй ключи, информационные входы которых являются входамиустройства, а выходы соединены с входами соответствующих зарядно-разрядных ЙС-цепейр третий и четвертый ключи, информационный вход каждого изкоторых соединен с выходом соответствующей зарядно-разрядной КС-цепирдве схемы сравнения, первые входы которых соединены с выходом источникаопорного напряжения, с диненные последовательно элемент И, счетчик иблок цифровой индикации, генераторсчетных импульсов, выход которогосоединен с первым входом элемента Ии с входом генератора тактовых импульсов, прямой выход которого подключенк управляющим входам первого и второго ключей, а его инверсный выход подключен к управляющим входам третьегои четвертого ключей, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, помехоустойчивости ирасширения функциональных возможностей путем формирования как логарифмов отношения двух сигналов, так и логарифмов самих сигналов, а также логарифмов их степеней, в него введены два интегратора, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, регулируемый источник напряжения, два запоминающих блока, два элемента ИЛИ-НЕ, дополнительный элемент И и суммирующий усилитель, причем входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходами схем сравнения, а его выход подключен к второму входу элемента И, вторые входы схем сравнения соединены соответственно с выходами третьего и четвертого ключей, вход источника регулируемого напряжения подключен к выходу источника опорного напряжения, соединенному с вхо- Фе дами задания начальных условий интеграторов, информадионные входы которьисоединены с выходом регулируемого источника напряжения, прямой выход Св генератора тактовых импульсов подключен к входам управления заданием начальных условий интеграторов и к )рай первым входам элементов ИЛИ-НЕ, вто- вра рой вход каждого из которых соединен с выходом соответствующей схемы сравнения, а их выходы подключены к входам дополнительного элемента И, выход р которого соединен с управляющими входами запоминающйх блоков, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего интегратора, выход первого запоминающего блока является аналоговым выходом логарифма первого входного сигнала устройства и соеди- Дф нен с неинвертирующим входом суммирующего усилителя, выход второго запоминающего блока является аналоговым выходом логарифма второго входного сигнала устройства и соединен с инвертирующим входом суммирующего уси1103250 лителя, выход которого является аналоговым выходом логарифма отношениявходных сигналов устройства, выход 1Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и можетбыть использовано, например, в цветовой пирометрии,Известны аналоговые устройства,содержащйе в цепи отрицательной обратной связи нелинейный активный логарифмирующий элемент, выполненный набиполярном транзисторе 7 3Недостатками данных устройств яв- Оляются низкая точность, неустойчивость, самовозбуждение.Наиболее близким по техническомурешению к предлагаемому являетсяустройство, содержащее первый и второй ключи, информационные входы которых являются входами устройства, авыходы соединены с входами соответствующих зарядно-разрядных ЙС-цепей,третий и четвертый ключи, информационный вход каждого из которых соединен с выходом соответствующей зарядно-разрядной ЙС-цепи, две схемысравнения, первые входы которых соединены с выходом источника опорногонапряжения, соединенные последовательно элемент И, счетчик и блок цифровой индикации, генератор счетныхимпульсов, выход которого соединен спервым входом элемента И и с входомгенератора тактовых импульсов, прямойвыход которого подключен к управляющим входам первого и второго ключей,а его инверсный выход подключен куправляющим входам третьего и четвер 35того ключей 21. Недостатком такого устройства является низкая точность перекрестного режима работы схем сравнения первого и второго каналов, что приводит так же к ухудшению помехоустойчивости устройства и возможности ложных срабатываний. Выходная информация имеет только цифровой вид и не отражает логарифмов собственно входных сигналов, 45 что необходимо при применении устройства в пирометрии. каждой схемы сравнения соединен свходом управления режимом работы соответствующего интегратора. 2Целью изобретения является повышение точности, помехоустойчивости и расширение функциональных возможностей устройства путем формирования как логарифмов отношения двух сигналов, так и логарифмов самих сигналов, а также логарифмов их степеней.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для логарифмической обработки двух сигналов, содержащее первый и второй ключи, информационные входы которых являются входами устрой" ства, а выходы соединены с входами соответствующих зарядно-разрядных ЯС- цепей, третий и четвертый ключи, информационный вход каждого из которых соединенс выходом соответствующей зарядно-разрядной РС-цепи, две схемы сравнения, первые входы которых соединены с выходом источника опорного напряжения, соединенные последовательно элемент И, счетчик и блок цифровой индикации, генератор счетных импульсов,выход которого соединен с первым входом элемента И и с входом генератора тактовых импульсв, прямой выход которого подключен к управляющим входам первого и второго ключей, а его инверсный выход подключен к управляющим входам третьего и четвертого ключей, введены два интегратора, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, регулируемый источник напряжения, два запоминающих блока, два элемента .ИЛИ-НЕ, дополнительный элемент И и суммирующий усилитель, причем входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходами схем сравнения, а его выход подключен к второму входу элемента И, вторые входы схем сравнения соединены соответственно с выходами третьего и четвертого ключей, вход источника регулируемого напряжения подключен к выходу источника опорного напряжения, соединенному с входами задания начальных условий интеграторов, информационные входы которых соединены с выходом ре11033гулируемого источника напряжения, прямой выход генератора тактовых им.пульсов подключен к входам управления заданием начальных условий интеграторов и к первым входам элеменБ тов ИЛИ-НЕ, второй вход каждого из которых соединен с выходом соответствующей схемы сравнения, а их выходы подключены к входам дополнительного элемента И, выход которого соединен с управляющими входами запоминающих .блоков, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего интегратора, выход первого запоминающего блока является аналоговым выходом логарифма первого входного сигнала устройства и соединен с неинвертирующим входом суммирующего усилителя, выход второго запоминающего блока является аналоговым выходом логарифма второго входного сигнала устройства и соединен с инвертирующим входом суммирующего усилителя, выход которого является аналоговым выходомлогарифма отношения входных сигналов устройства,выход каждой схемы сравнения соединен с входом управления режимом работы соответствующего интегратора.На фиг.1 представлена блок-схемаЗО устройства для логарифмической обработки двух сигналов; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие работу устройства.Предлагаемое устройство содержит четыре ключа 1-4, две зарядно-разрядные ВС-цепи 5 и 6, две схемы сравнения 7 и 8, источник 9 опорного напряжения, элемент И 10, счетчик 11, блок 12 цифровой индикации, генератор 13 счетных импульсов, генератор 14 тактовых импульсов, два интегратора 15 и 16, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17, регулируемый источник напряжения 18, два запоминающих блока 19 и 20, два элемента ИЛИ-НЕ 2.1 и 22, дополнительный элемент И 23, суммирующий усили- ф 5 тель 24.Предлагаемое устройство работает следующим образом.В первом полуцикле замыкаются 50 ключи 1 и 2, при этом зарядно-разрядные ЯС-цепи 5 и 6 заряжаются до входных напряжений О О (фиг.2 а,в) .Во втором полуцикле ключи 1 и 2 размыкаются, а ключи 3 и 4 замыкаются, 55 подключая зарядно-разрядные РС-цепи 5 и 6 к входам схем сравнения 7 и 8 (фиг.2 б). Начинается разряд зарядно 250 4разрядных ЙС-цепей, напряжения наних имеют вид:(2 где С - время с начала второго полуцикла;Р,С,РС - параметры соответствующихзарядно-разрядных РС-цепей.В момент времени 1 срабатывает схе 2ма сравнения 8 второго канала (рассмотрен случай, когдаО )Ог ,фиг;2 д) . В момент времени 1 срабатывает схема сравнения 7 первого канала (фиг,2 г) .Длительности временных интервалов на выходах соответственно первой и второй схем сравнения:,1=ь 0 ь О(О, ( ) 1 =ТОл О /О где О 0 - опорное напряжение на выходеисточника 9 опорного напряжения.На выходе элемента 17 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ длительность интервала Д 1 равна (фиг.2 е).д 1:-1:.Ь О/О- ЬО/О . 5)г 10 г г 0 Если Г: ь, то с+=СоО/О (6) В счетчике 11 записывается число М=ЕД 1=1 ЬО 1 Огде- частота импульсов генераторао13 счетных импульсов.Это число Н отображается в блоке12 цифровой индикации, причем прит:1 Н:ЬО (О, (а 10 1 2Вьщеление аналоговых напряжений,пропорциональных логарифмам напряжений входных сигналов, производится спомощью интеграторов 15 и 16, запоминающих блоков 19 и 20, элементов 21,22 и 23 управления запоминающимиблоками и суммирующего усилителя 24следующим образом. Интеграторы 15 и16, являясь идентичными, могут бытьреализованы по-разному,В предлагаемом устройстве входызадания начальных условий интеграторов 15 и 16 подключены к выходу источника 9 опорного напряжения, напряжение которого равно 00, а входы управления заданием начальных условий интеграторов подключены к прямому выходу генератора 14 тактовых импульсов. Следовательно, в первом полутакте происходит задание начальных усло вий интеграторов, и напряжение на выходе интеграторов принимает видйц 2 ин (МВыхин ор1 ин . 1 ОВходы управления режимом работы интеграторов подключены к выходам соответствующих схем сравнения 7 и 8. Следовательно, режим интегрирования производится за время 1 или пропорциональное логарифму соответствующего входного сигнала (фиг.2 г,д) . В момент прекращения интегрирования и перехода интегратора в режим хранения напряжение на выходе первого интегра тора с учетом выражений (5) и (6) равно О -2 ин (2)Рвых ин о оф1 иН ИН ИН ИН2 ин (2) Т(2 251 ин "н ин ин"К С Оо (1 оин инСоответственно, напряжение на выходе второго интегратора равноР2 ин (2)О =-О О х С оО+иН 1 ИН ИН Ий ИН(11ВХин ДНСин35Из анализа выражений (10) и (11) следует, что при выполнении условий где- постоянная времени зарядноразрядных ЙС-цепей 5-6; О - напряжение на информационных(2)ВХиНвходах интеграторов (на вы"ходе регулируемого источника напряжения 18) .50 Напряжение на выходе первого интегратора принимает вид"вых =-О ЬО (14)инд о 1и, соотве гственно, для второго интег- ратора Условие ( 12) выполняется при подборе номиналов соответствующих элементов интеграторов и при настройке предлагаемого устройства, а условие (13) - в процессе настройки всего устройства регулированием коэффициента передачи регулируемого источника напряжения 18, который представляет собой, например, неинвертирующий усилитель, к входу которого приложено напряжение Оо, а коэффициент передачи определяется из выражения (13).Временные диаграммы, поясняющие работу первого и второго интеграторов, приведены на фиг.2 ж и з соответственно. Причем на фут.2 отображены два случая: в первом такте входное напряжение первого канала больше, а во втором такте меньше входного напряжения второго канала, Запоминающие блоки 19 и 20 являются идентичными.В предлагаемом устройстве (фиг.1) информационный вход запоминающих блоков 19 и 20 подключен к выходу соответствующего интегратора 15 или 16, а входы управления подключены к выходу элемента И 23.Элемент ИЛИ-НЕ 21 первого канала вырабатывает на своем выходе импульс (фиг.2 и), длительность и фаза которого соответствуют режиму хранения первым интегратором 15 напряжения, величина которого определяется из выражения (14) .Аналогично выходной импульс второ-го элемента ИЛИ-НЕ 22 (фиг2 к) соответствует режиму хранения вторым ин" тегратором 16 напряжения (15). Элемент И 23 представляет собой схему совпадения, которая выделяет импульс, соответствующий наименьшему времени хранения интеграторами 15 и 16 (фиг.2 л), поступающий на входы управления запоминающих блоков 19 и 20. Это обеспечивает синхронную работу запоминающих блоков, что являет,ся необходимым в случае изменения по амплитуде входных напряжений 0Напряжение на выходе первого. запоминающего блока 19 имеет видВЫХ зн = п),(161 а на выходе второго запоминающего блока 20 соответственно1103250 10 5 5 Временные диаграммы выходных напряжений запоминающих блоков 19 и 20 представлены на фиг.2 м.Напряжение на выходе суммирующего усилителя 24 имеет вид 5"вьх = КпО-Епог =Ь 0110 гПричем полярность выходного напряжения суммирующего усилителя 24 фиг.2 н) указывает на соотношение входных напряжений О и О и может служить индикатором знака логарифма отношения входных сигналов. При О )О2 это напряжение положительно, а при О( О 2 - отрицательно.5Таким образом, повышение помехозащищенности и точности обусловлено тем, что в предлагаемом устройстве реализуется независимый, неперекрестный параллельный режим преобраэования 20 входных сигналов во временной логарифмический, при котором первый сигнал подвергается логарифмическому преобразованию только в первом канале,а второй - только во втором канале.25Расширение функциональных возможностей устройства достигается в результате того, что помимо 0 п О 1 О в1( цифровом виде получают: в аналоговом вид; ЮГО на выходе первого запоминающего блока 1 в аналоговом виде ЬО на выходе второго запоминающего блока, в аналоговом виде Ь О /О на выходе сумматора. Изменяя коэффициенты передачи сум" мирующего усилителя в п и п раз, получают в аналоговом виде ЬО 1 О .1 уКроме того, аналоговый выходной сигнал как собственно логарифмов,так и логарифма отношения реализуется цифровым способом. Наличие н а выходах запоминающих блоков аналоговых логарифмов входных сигналов существенно расширяет функциональные воэможности предлагаемого устройства, при этом также легко выделяются логарифмы степеней входных сигналов и логарифмы отношения степеней входных сигналов, что очень важно при создании спектральных пирометров, работающих по принципу объективной пирометрни./38 Тираж 699. ВНИИПИ Государствецног по делам изобретений 13035, Москва, Ж, РаПодп комитета СССР открытий