Устройство для усреднения импульсной последовательности

(9) (11) РЕТЕНИЯ инс титу тво СССР 6,1985,о СССР8, 1985НЕНИЯ И 1ТИ к авто и тельно льэовано азведочв час ной а ости аэроэлектр а также в дования скваппарадн мето паратур ля иссл званн дом в изобр поляризации, ляется повыш ел ение точного инте ния я 4 ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРо 1 ТИЯМРИ ГКНТ СССРОПИСАНИЕ ИЗОБК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСРЕДПУЛЬСНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОС(57) Изобретение относитсматике и информационно-изтехнике и может быть испо ности за счет предварит рирования входного сигнала в заданном числе измерительных стробов. Устройство содержит распределитель импульсов 1, ключ 2, масштабирующий резистор 3, ключ 4, двунаправленныйкоммутатор 5, блок 6 интегрирующихконденсаторов, мультиплексоры 7-9демультиплексоры 10, 11, дифференциальные операционные усилители12, 13, блок 14 накопительных конденсаторов, разрядный дозирующий конденсатор 15, Устройство производитинтегрирование в заданном числе измерительных строб-импульсов биполярных информационных импульсов напряжения, осложненных случайной помехойс последующим весовым усреднениемрезультата интегрирования, т,еосуществляет оптимальную обработку импульсных стохастических сигналов, засчет чего увеличивается отношение гнал/помеха на выходе устроистваИзобретение относится к автоматике и информационно-измерительной технике и может быть использовано в частности, в аэрозлектроразведочной аппаратуре, а также в аппаратуре для исследования скважин методом вызванной поляризации,Целью изобретения является повышение точности за счет предваритель ного интегрирования входного сигнала в заданном числе измерительных стробов.На фиг, представлена функциональная схема устройвтва; на фиг,2 - эпю ры импульсов напряжения, поясняющиеработу устройства: на фиг.3 - распределитель импульсов; на фиг,4 - эпюры импульсов, поясняющие принцип функционирования распределителя, 20Устройство для усреднения импульсной последовательности состоит из ра- пределителя 1 импульсов, первого ключа 2, масштабирующего резистора 3, второго ключа 4, двунаправленного коммутатора 5, блока 6 интегрирующих конденсаторов, первого 7, второго 8 и третьего 9 мультиплексоров, первого 1 О и второго 11 демультиплексоров, первого 12 и второго 13 операционных усилителей, блока 14 накопительных конденсаторов и разрядного дозирующего конденсатора 15, синхронизирующего 16 и информационного 17 входов, выхода 18,первой 19 и второй 20 груп пы выходов распределителя, первого 21, 21, второго 22, третьего 23, четвертого 24 и пятого 25 отдельных выходов,Устройство обеспечивает интегрирование в заданном числе измерительных стробов биполярных входных импульсов напряжения, осложненных случайнойвысокочастотной помехой, с последующим усреднением результатов интегрирования и работает следующим образом,На входы 17 и 16 устройства подаются сигналы, представленные на диаграммах а и б (фиг,2) соответственно, причем положительному информационномуимпульсу соответствует положительныйсинхроимпульс, ь наоборот, отрицательному информационному импульсу - отрицательный синхроимпульс, Под действием синхроимпульсов на первой груп 55пе выходов 19 распределителя 1 импульсов образуются импульсные потоки(фиг,2 в-ж), на второй группе выходов20 - сигналы, показанные на диаграммах (Фиг,2 з-м), а на первом 21, второй 22, третьем 23, четвертом 24 ипятом 25 отдельных выходах распределителя 1 формируются сигналы, пред -ставленные на диаграммах н-с (фиг,2),соответственно,Ключ 2 и коммутатор 5 переводятся в противоположное исходному (фиг,1)состояние потенциалом логического0". Этим же потенциалом открываютсяканалы мультиплексора 3 и демультиплексора 11, Ключ 4 закрывается потенциалом логической "1" и этим жепотенциалом открываются каналы мультиплексоров 7 и 8 и демультиплексора 10,При появлении на входе 17 поло - жительного импульса ключ 4 закрывается, открывается ключ 2 и первые каналы мультиплексора 9 и демультиплексора 11, В итоге вход блока конденсаторов 6 через открытый первый канал мультиплексора 9 подключается к ин - вертирующему входу усилителя 13, к выходу которого через открытый первый канал демультиплексора 11 подключается вьдод мультиплексора 7. Под действием имульсов (фиг,2 в-ж) после - довательно открываются и каналов мультиплексора 7 и конденсаторы блока 6, поочередно подключаясь в цепь отрицательной обратной связи усилителя 13 на время Т , получают зарядычф1 1 цЧ =-А(С) й =-"-АК 1с+э1 СиЧ = -А й - АэК фВоЧ = - ) А(С) ДС = - А1лК ен.где К - сопротивление резистора 3;А(й) - входной сигнал;с=с,-, =сз- г. =.. щ 1-1 , - длительность строб-импульсов на входах мультиплексоров 7 и 8;А А А- средние значения входного импульса за время действия первого, второго.и-го измерительных строб-импульсов Со СщОнаПосле окончания действия и строб- импульсов с первой группы выходов 19 распределителя 1 ключи 2 и 4, муль1=1,п,30 тановившеся,режиме типлексор 9 и демультиплексор 11 возвращаются в исходное состояние, вкотором находятся до поступления навход 17 отрицательного сигнального5импульса. При появлении отрицательногосигнального импульса опять закрывается ключ 4, открывается ключ 2. Открываются также вторые каналы мультиплексора 9 й демультиплексора 11, В резуль итате вход блока 6 конденсатора подсоединяется к выходу усилителя 13, авыход мультиплексора 7 - к его ин -вертирующему входу,Под действием втордй серии импульсов с первой группы выходов распределителя 1 вновь последовательно открывается п каналов мультиплексора 7 иконденсаторы блока 6, подключаясь поочередно противоположными обкладками в цепь отрицательной обратной связи усилителя 13 на время с, опятьполучают заряды (1 ц Ч, т,е,суммарный заряд, сообщаемый и конденсаторов блока 6, определяется иэ выра жения Накоплейные и конденсаторами блока 6 заряды поочередно переписываются с помощью мультиплексора 8 и демультиплексора 10 на накопительные конденсаторы блока 14, Для этого мультиплек сор 8 и демультиплексор 10 управляют 35 ся импульсами, представленными на диа - граммах э-м (фиг,2), смещенными на один один такт относительно импульсов на диаграммах з-ж.Одновременно с подключением на вход вход усилителя 12 очередного конденсатора блока 6 параллельно к каждому накопительному конденсатору блока 14 подключается на время, равное/2и ф 45 дозирующий конденсатор 15 и часть зарядов ЧЧцпереписываются на этот конденсатор, который во второй полонине каждого измерительного строб- импульса отключается от цепи отрицательной обратной связи и закорачивается через нормально замкнутые первый и второй сигнальные выводы коммутатора5. Минимальная длительность й/2 должна быть такой, чтобы обеспечить пол 55 ный разряд каждого из конденсаторов блока 6 и конденсатора 15. На этом один (1-й) цикл работы устройства за-канчивается,Таким образом, за один цикл работы устройства заряды на каждом 1-м накопительном конденсаторе изменяются на величины К" -ц -С-1-; -1. , е ф фгде С - емкость дозирующего конденсатора 15,т,е, напряжения на накопительных конденсаторах изменяется в соответствии с последними формулами на ве- личины 1 ц, = - ф- = 2 А, - - У (1),ЬОСц СС, КС; Й С фгде С, - емкости накопительных конф 1денс а торов,Решения уравнения для среднихзначений А ,А Анаходятся ме 1 ф пфффф Ьтодом математической индукции и приначальных условиях Ь 1(0)=1 О 1, Б(0)="1(1)=КоАД"ф,+"о "(1) е 5=1 фпэо где К =(21 /КС ) - масштабный коэфйио цциент измерения) Ы-+ -С)При С, =С = =С И, (1) =Ь (1) =И(1), В этом случае переходные процессы на всех накопительных конденсаторах заканчиваются эа одинаковое число циклов работы устройства, В ус 11(о) КоАф 1(оо ) КоАф1 (д) КоАпф т,е, напряжения на накопительных конденсаторах линейно зависят от средних значений проинтегрированных в измерительных строб-импульсах входных сигналов А 1,А,.1 АяПоскольку ондоры СфСф,Сф под действием на управляющие входы демультиплексоров 10 импульсов с второй группы выходов распределителя 1 поочередно подключаются в цепь отрицательной обратной связи усилителя 12, то на выходе последнего поочереднопоявляются напряжения Г 1,0,..,1, т,е, на выходе 18 устройства образуется ступенчато затухающий импульс с постоянной времени затухания входного сигнала и значениями Б 111.Таким образом, устройство производит интегрирование входного сигналан заданном числе измерительных стробов с последуюшим весовым усреднением результатов интегрирования, За5счет этого увеличивается соотношениесигнал/шум ца выходе устройства,т,е, повышается точность статистической обраоотки случайных импульсныхсигналов и расширяются Функциональныевозможности устройства,Распределитепь импульсон (Фиг,3),состоит из Формирователя 26 синхроцизирующих ц сцнфазирующих импульсов, 15счетных триггеров 28-29, задающегогенератора 30, делителя 31 частоты,элемецтон 32-35 совпадений, инверторон 36 и 37 и позиционных счетчиков38 ц 39,20На диаграммах (Фиг,4) обозначеныэьцора сигнала ца синхронизирующем входе 16 устройства (а), эпюра синхроцмпульсов.ца первом выходе формирователя 26, поступаюшцх ца счетные 25входы триггеров 27 и 28 (б), эпюраимпульсов напряжения на синфазирующем ныхсде формирователя 26, поступающих на вход установки н 0 триг 1 11гера 27 (в), эпюра импульсной последовательцости ца выходе задающего генератора 30 (г), эпюра сигнала навыходе делителя 31 частоты (д), зпюры импульсов управления на первом,втором и-м выводах первой груп 35пы выходов 22 распределителя 1 (е-л),эпюры импульсов напряжения на инверсном и прямом выходах триггера 28(м, н), эцюры импульсон напряженияна прямом и инверсном выходах триггера 27 (о, п), эпюры импульсов нагряженця на инверсном и прямом выходахтриггера 29 (р,с), эпюра импульсов напряжений на выходе элемента 32 совпадений (т), эпюра импульсов напряжения навыходе инвертора 36 (у), эпюра импульсов напряжения на выходе элемента 35совпадений (Ф), эпюры импульсов напряжения на выходах элементов 32 и 34совпадений (х, ц), эпюры импульсовнапряжения на втором, третьем,о(и+1)-м выходах позиционного счетчика 39, являющихся второй группой выходов распределителя (ч-ю),Формул а и з обре тения55Устройство для усреднения импульсной последовательности, содержащее первый ключ, подключенный сигнальным входом к информационному входуустройства, а управляющим входом - кпервому выходу распределения импульсон, соединенного первой группой вьгходов с группой управляющих входов первого мультиплексора, а второй группой выходов - с группами уп 1 оагляющих нходон второго мультиплексора и перного демультиплексора, подключенного выходами к входам блока накопительных конденсаторов, выход которого соединен с выходом усоройства и выходом первого операционного усилителя, подключенного неинцертирующим входомк шине нулевого потенциала, а цннертирующим входом - к выходу второгомультиплексора, причем сигнальныевходы первого мультиплексора соедцне -ны с выходами. блока интегрирующихконденсаторов, о т л ц ч а ю щ е ес я тем что, с целью повышения точности за счет препнарительного цн - тегриронания входного сигнала н заданном числе измерительных страбон, н него введены разрядный дозцрующий конденсатор, масштабируюший резистор, второй операционный усилитель, третий мультиплексор, второй демультиплексор, двунаправленный коммута гор и второй ключ, управляющий вход которого подключен к второму выходу распределения импульсов соединенного треть)им выходом с первымц управляющими вховходами третьего мультиплексора и втовторого демультиплексора, четвертым выходом - с вторыми управляющими входами третьего мультиплексора и второго демультиплексора, а пятым выходом - с управляющим вхсдом двунаправленного коммутатора, подключенного первым сигнальным выводом к первой обкладке разрядного дозирующего конденсатора, нторым сигнальным выводом - к выходу первого операционного усилителя и второй обкладке разрядного дозирующего конденсатора, а третьим сигнальным выводом - к сигнальному входу первого демультцплексора и выходу второго мультиплексора, соединенного сигнальными входами с. в выходом блока интегрирующих конденсаторов, вход которого подключен к ныходу третьего мультиплексора, соединенного первым сигнальным входом с первым выводом масштабирующего резистора, вторым выходом второго демультиплексора, инвертирующим входом9 152407 операционного усилителя н сигнальным входом второго ключа, а вторым сигнальным входом - с первым выходом второго демультиплексора выходом вто рого ключа и выходом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, причем сигнальный вход второго демультиплексора соединен с вы -ходом первого мультиплексора, а второй вывод масштабирующего резистора подключен к выходу первого ключаи тельский комбинат Патент", г, Уж Производственно ул. Гагарина, 101 Заказ 7045/51 ВНИИПИ Государ венног 1 13035 омитета по изо осква, Ж, Р Подписное етениям и оушская наб рытиям при ГКНТ СССР 4/5