Способ анализа формы импульсного сигнала и устройство для его осуществления

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 250479 (21) 2753165/18-21 (31 М. КЛ. 6 01 В 19/04 с присоединением заявки Мо 2752423/18-21 Государственный комитет СССР. по делам изобретений и открытий(72 Авторы изобретения Л.Г.Пахомов и. В.Г.Эенов 1" 4/Научно-исследовательский и экспеФтвнентадьцЫй инсти утавтомобильного электрооборудования и автопри ор в(54) СПОСОБАНАЛИЗА ФОРМЫ ИМПУЛЬСНОГО СИГНАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к импульсной технике, в частности к способам и .устройствам для анализа формы импульсных напряжений.5Известен способ анализа Формы импульсного сигнала и устройство для его реализации, содержащее электрическую цепь с распределенными параметрами, имеющую один вход и несколько выходов, Анализатор служит для распознавания специальных. распредели талей импульсов, представленных Формой входной волны. Импульсное напряжение, поступающее на вход распределенной электрической цепи, создает на вы ходах этой цепи напряжения, которые усиливаются соответствующими каскадами и поступают на вход сумматора. Характеристики усилителей строго соответствуют заданной известной форме волны. Входное напряжение сумматора является количестванной мерой правдоподобия тога, что входное импульсноенапряжение соответствует заданной Форме. Так, при использовании в ка честве цепи с распределенными параметрами однородного ВС-фильтра и логарифмических усилителей анализатор определяет, в какой степени входная волна соответствует известной иэ тео" 30 рии вероятностей Функции распределе" ния Пуассона 11.Недостатком указанного технического решения является то, что оно не позволяет регистрировать произвольную форму волны при непериодическом, в частности однократном входном сигнале.Цель изобретения - расширение фун-кциональных возможностей за счет анализа импульсного сигнала произвольной полярности и Формы, в том числе и однократного.Эта цель достигается тем, что согласно способу анализа Форьы импульсного сигнала, основанному на измерении напряжения в различных точках цепи с распределенными параметрами,спо,собной рассеивать, отражать или поглощать энергию электрической волны, измеряют максимальные значения напряжения и регистрируют их распределение в зависимости от удаления точек измерения от входа цепи. (форма распределения максимумов напряжения вдоль цепи является источником информации о распределении уровней входного импульсного напряжения по их длительности, чем и обеспечивается анализ формы импулъсного сигнала) .911348 Указанная цель достигается тем,что в устройство, содержащее цепь сраспределенными параметрами, способную рассеивать, отражать или поглощатьэнергию электрической волны, имеющуюодин вход и несколько выходов, и сумматор, введены дополнительная цепь сраспределенными параметрами, имеющаяодин вход и несколько выходов, фильтрпостоянной Составляющей, пиковые детекторы и многопозиционный переключаОтель, причем выход импульсного сигнала фильтра постоянной составляющейсоединен с входами цепей с распределенными параметрами, входы пиковыхдетекторов соединены с соответствующи ми выходами цепей с распределеннымипараметрами, выходы пиковых детекторов - с соответствующими входамимногопозиционного переключателя,выход которого соединен с одним из 2 Овходов сумматора, а выход постояннойсоставляющей фильтра соединен с вторым входом сумматора.Анализ редко повторяющихся, слабо периодических и, в частности, од"нократных сигналов сложной формы,содержащих постоянную составляющуюи импульсы обеих полярностей, становится возможным после выделения Фильтром импульсной составляющей и еепреобразования с помощью распределен"ЗОных цепей и пиковых детекторов с последующим синтезом отдельных точекискомых распределений положительных иотрицательных импульсов с учетом постоянной составляющей,35На Фиг. 1 изобретен предлагаемыйспособ анализами на Фиг. 2 приведен.примерный вид входного напряжения,его вольтсекундная характеристика ираспределение максимумов напряжения 4 Ов цепи; на фиг. 3 показан конкретныйвариант электрической цепи с распределенными параметрами; на фиг. 4примерный вид распределения максимумов напряжения, получаемого в этой 45цепи при входных прямоугольных импульсах различной длительности; нафиг.5 приведена блок-схема устройстба-анализатора, реализующего предлагаемый способ; на Фиг, б - графи- . 5 Оки, поясняющие принцип его действия. Способ анализа состоит в следующем,Импульсное напряжение подается на вход распределенной электрической цепи 1. Так как элементы этой цепи рассеивают, отражают или поглощают энергию входного импульса, то импульс испытывает искажение, которое в данном случае является полезным и служит источником инФормации о Форме импульсного напряжения.Чем длительнее импульс, тем дальше от входа цепи распространяется его влияние. При соответствукицем распределении элементов цепи, распределение макси мумов напряжения в ней оказывается подобным вольтсекундной характеристике входного импульсного напряжения. Это распределение обнаруживается с помощью пиковых детекторов 2, измеряющих максимумы напряжения в произвольных точках цепи. При этом необходимо также знать расстояния Х от входа 3 цепи до точек 4 и 5 (выходы положительной полярности цепи 1), в которых измеряются максимумы. Под расстоянием следуетпонимать электрическую длину линии, измеряемую временем распространения сигнала от входа цепи до точки измерения, которая только в частном случае может соответствовать геометрической длине.Диапазон длительностей реальных импульсов, как правило, бывает очень широким. Поэтому вольтсекундную характеристику целесообразно строить в полулогарифмических координатах, чтобы с достаточной подробностью отразить структуру импульсного напряжения (фиг.2).Конкретный вариант выполнения распределенной электрической цепи(фиг.3) представляет собой в общем виде нелинейный неоднороцный распределенный электрический фильтр, обладающий, по крайней мере, одним из указанных свойств. Возможны и упрощенные варианты выполнения Фильтра, например, в виде обычного ВС-фильтра, обладающеготолько одним свойством рассеяния. Другой упрощенный вариант представляет собой неоднородный ЬС-Фильтр. Неоднородность , точнее прогрессивное изменение величины параметров фильтра в этом случае принципиально необходимо, поскольку единственно возможным является только эффект отражения электрической волны. Однородный ЬС-фильтр представлял бы собой обычную линию задержки и не смог бы обеспечить требуемое преобразование импульсного напряжения. Наконец, возможен и упрощенный вариант нелинейного фильтра - ЬС-фильтр, хотя бы и однородный, но с диодами, включенными последовательно с емкостными элементами Фильтра. В этом случае действует только механизм поглощения энергии электрической волны в емкостных элементах, блокируемых обратно смещенными диодами. Распределение напряжения, получаемое в реальном фильтре при прямоугольных входных импульсах различной длительности .(Фиг.4), дает представление о точности преобразования.Глубина проникновения в линию прямоугольного импульса с амплитудой Е и длительностью Т может быть оценена изусловия баланса энергии. Энергия, переданная в линиюЮж, = 1) 1 Т = Е а- ТЕ Т/СЛС. Е.Ъар х Имеем 2 фр Формула изобретения равна энергии емкостных элементов линии, заряженной на глубину Х т.е. глубина проникновения прямоугольногоимпульса в линию пропорциональна его длительностиТочность преобразования в реальных фильтрах тем выше, чем ближе они к распределенным идеальным линиям,т.е. чем больше ячеек приходится на одно звено.Устройство, реализующее изложенный способ - анализатор импульсного напряжения, содержит входной фильтр б, распределенную электоическую цепь 1, пиковые детекторы положительной 20 2 и отрицательной 7 полярности, пе; реключатель 8, сумматор 9 и индикатор напряжения 10, соединенный с выходом сумматора. Входной Фильтр б имеет выход постоянной составляющей 25 11 соединенный непосредственно с одним входом 12 сумматора 9, .с другим входом 13 которого чеоез переключатель 8 соединены выходы .14,15, пиковых детекторов 2 положительной полярности и выходы 16,17, пиковых детекторов 7 отрицательной полярности. Распределенная электрическая цепь 1 состоит из двух подобных частей 18 и 19, реагирующих на положительные и отрицательные импульсы напряжения соответственно и имеющих общий вход 3 и по несколько отдельных выходов положительной (4,5,) и отрицательной (20,21,) полярности. Электрическая длина линий от 40 их общего входа до указанных выходов, измеряемая временем распространения сигнала, поогрессивно возвоастает, что необходимо для анализа по предлагаемому способу, а сами линии 45 обладают свойством рассеяния, отражения или поглощения энергии электрической волны. Если на входе анализатоРа дейст р вует постоянное входное напряжение, то импульсная составляющая отсутствует, выходное напряжение пиковых детекторов также отсутствует. Напряжение постоянной составляющей с,выхода 11 фильтра поступает на вход 12 сумматооа 9 и регистрируется индикатором 10, как в обычном вольтметре среднего значения. При возникновении переходного процесса импульс напряжения, например, положительной по лярности, поступает с выхода фильтра на вход 3 электрической цепи 18 соответствующей полярности и создает на ее выходах 4,5,.напряжения, зависящие от формы импульса и от уда ления выходов от входа 3. Максимумыэтих напряжений регистрируются пиковыми детектооами 2, постоянное напряжение на выходах 14,15, которыхнесет инФормацию о оаспределении величины напряжения в импульсе в зависимости от его длительности. При поступлении на вход анализатора сеоииимпульсных напояжений разной полярности, формы и длительности, анализатор регистрирует максимальные значения параметров распределения всей серии импульсов.На фиг.б поиведен примерный вид входного импульсного напряжения, а также показано, каким образом в анализаторе синтезируются отдельные точки исследуемого распределения входного импульсного напряжения.Результаты анализа редких и даже одиночных переходных процессов получаются в виде постоянных напряжений, удобных для преобразования и хранения в запоминающих устройствах. В анализаторе использованы такие относительно простые устройства,как электрические фильтры, а сам процесс анализа не требует сложных трудоемких операций и в то же время является достаточно объективным и оперативным. 1. Способ анализа Формы импульсного сигнала, основанный на измерении напояжения в различных точках цепи с распределенными параметрами, способной оассеивать,отражать или поглощать энергию электрическойволны, о т л и ч а ю щ и й с я. тем,что, с целью расширения функциональных возможностей за счет анализа импульсного сигнала произвольной полярности и формы, в том числе и однократного, измеряют максимальныезначения напряжения и регистрируют их распределение в зависимости от удаления точек измерения от входа цепи. 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее цепь сраспределенными параметрами, способную рассеивать, отражать или поглощать энергию электрической волны,имеющую один вход и несколько выходов, и сумматор, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что в него введены дополнительная цепь с распределенными параметрами, имеющая один вход и несколько выходов, фильтр постояннойсоставляющей, пиковые детекторы и многопозиционный переключатель,причем выход импульсного сигнала фильтра постоянной составляющей соединенс входами цепей с распределеннымипараметрами, входы пиковых детекторов соединены с соответствующими выходами цепей с распределенными параметрами, выходы пиковых детекторов соединены с соответствующимивходами многопозиционного переключателя, выход которого соединен с одним из входов сумматора, а выход постоянной составляацей: филътра сое"динен с вторым входом сумматора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СЮА Ю 3165926,З 24-77 241165 прототип,Данкулич Техред А. Бабинец Корректор М.Демч да каз 11 писное 5 1130 лиал ППП ффПатентф г,ужгород, ул,Проектная,4 ЗгИИПИ Госуо делам и5, Москва Тираж 7 рственио бретеиий Ж, Ра 9о комитета СССи открытийушская наб., д.