Устройство для определения параметров экстремумов сигналов

Изобретение относится к импульс-ной технике и может использоватьсяз устройствах обработки и оценкипараметров сигналов для регистрациив реальном масштабе времени моментовглавных экстремумов сигналов и выделения текущих значений сигналов врегистрируемые моменты времени.По основному авт.св. Р 922 б 45известно устройство для определенияпараметров экстремумов сигналов, содержащее последовательно включенныепервый элемент задержки, вычитатель,Формирователь модуля напряжения,цторой элемент задержки и первый делитель напряжения, другой вход которого 15соединен с выходом второго элементазадержки, а выход подключен к входампервого, второго и третьего пороговыхэлементов, выходы которых через соответствующие Формирователи импульсовподключены к входам соответственнопервого, второго и третьего электронных клОчей, другие входы которых соединены с входом первого элемента задержки, другим входом вычитателя ишиной входных сигналов, а выходы соединены соответственно с первой, второй и третьей выходными шинами 1 .Недостатком такого устройства является отсутствие возможности выделения моментов времени и величинглавных (максимальных и минимальных)экстремумов входных сигналов в реальном масштабе времени,Целью изобретения является расширение функциональных возможностей35путем дополнительной регистрации мо -ментоввремени и величин главных экстремумов сигнала в реальнОм масштабевремени.40Поставленная цель достигается тем,что в устройство для определения параметров экстремумов сигнала, содержащее последовательно включенные пер-вый элемент задержки, вычитатель, 45Формирователь модуля напряжения,второй элемент задержки и первый делитель напряжения, другой вход которогосоединен с выходом второго элементазадержки, а выход подключен к входампервого, второго и третьего пороговыхэлементов, выходы которых через соответствующие формирователи импульсовподключены к входам соответственнопервого, второго и третьего электронных ключей, другие входы которых сое динены с входом первого элемента задержки, другим входом вычитателя ишиной входных сигналов, а выходы соединены соответственно с первой, второй и третьей, выходными шинами, введены подключенная к шине входных сигналов цепь, состоящая из последовательно соединенных первого и второгоэлементов памяти, второго вычитателя,второго формирователя модуля, третьего элемента памяти, второго делителя напряжения, четвертого порогового элемента и четвертого Формирователя импульсов, а также пятый пороговый элемент, первый и второй элементы И, четвертый и пятый электронные ключи, первые входы которых соединены с шиной входных сигналов, а вторые подключены к выходам соответственно первогО и второго элементов И, первые входы которых соединены с выходом второго Формирователя импульсов и вторым входом первого элемента памяти, причем выход четвертого формирователя импульсов соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, третьи входы которых подключень соответственно к первому и второму выходам пятого порогового элемента, вход которого соединен с выходом второго вычитателя, второй вход которого соединен с выходом первого элемента памяти, при этом выходы первого и третьего Формирователей Импульсов соединены Соответственно с вторыми входами второго и третьего элементов памяти, первый вход которого, кроме того, соединен с вторым входом второго делителя напряжения, а выходы четвертого и пятого электрон. ных ключей подключены соответственно к четвертой и пятой выходным шинам.На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; нафиг. 2 и 3 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства. Шина 1 входных сигналов устройства соединена с входом первого элемента 2 задержки, осуществля тцеголзадержку сигнала на время ь, и с первым входом первого вычитателя 3.Выход элемента 2 задержки подключен к второму входу первого вычитателя 3, выход которого подключен к входу первого формирователя 4 модуля напряжения, выход которого соединен с входом второго элемента 5 задержки, на выходе которого Формируется напряжение, задержанное на времяотносительно его входного напряжения.Выход элемента 5 задержки подклюключен к входу первого делителя б напряжения, в.качестве которого используется, например, управляемый аттенюатор, коэффициент передачи которого изменяется пропорционально напряжению на его втором входе. Выход первого делителя б напряжения подключен к входам первого, второго и третьего пороговых элементов 7-9, выполненных идентичными, например, по схеме триггера Шмидта, на выходе которого формируется положительный потенциал при превышении входным сигналом его порогового уровня.Выходы пороговых элементов 7-9 сое 1075178динены соответственно с входами пер- вого, второго и третьего формиронателей 10-12 импульсов, выполненных идентичными, например, по схеме ждущего мультивибратора, на входе кото" . рого н момент положительного перепада входного напряжения формируется импульс длительностью 38,Шина 1 входных сигналов устройства подключена к первым входам первого, второго и третьего электронных 0 ключей 13-15, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего формирователей 10-12 импульсов, Выходы первого, второго и третьего электронных 15 ключей 13-15 подключены соответствен.но к первой, .нторой и третьей выходным шинам 16-18 устройства. Электрон. ные ключи 13 15 выполнены идентичными, входной сигнал проходит на выход20электронного ключа только при наличииположительного, потенциала на его втором входе.Шина 1 входных сигналов устройства соединена с первым входом первогоэлемента 19 памяти, представляющегособой известную схему "выборка-запоминани", на выходе которой устанавливается и хранится напряжение, равное ее входному напряжению в момент З 0наличия положительного импульса наее втором входе. Выход. первого элемента 19 памяти соединен с первымвходом нторого элемента 20 памяти ис пеРвым входом втооого вычитателя21, второй вход которого соединен свыходом второго элемента 20 памяти. . Выход второго вычитателя 21 подключен к входу второго формирователя 22модуля напРяжения, выход котоРого 40соединен с первым входом третьегоэлемента 23 памяти, выход которогоподключен к первому входу второгоделителя 24 напряжения, второй входкоторого соединен с выходом второгоформирователя 22 модуля напряжения.Вторые входы первого, второго итретьего элементов 19, 20 и 23 памяти соединены соответственно с выходами второго, первого и третьего формирователей 11, 10 и 12 импульсов, 50Выход второго делителя 24 напряженияподключен к первому входу четвертогопорогового элемента 25, выход которого соединен с нходом четвертогоформирователя 26 импульсов, аналогич ного первому, второму и третьему.Выход второго ннчитателя 21 подключен квходу пятого порогового элемента 27 (дорог которого Е =О), на 60 первом и втором выходах которого формируются соотнетстненно положительный и нулевой потенциалы при ЦЪ О, а при Ц,с 0 - соответственно нуле.вой и положительный, - 65 Выход первого формирователя 11 импульсов подключен к первым входам первого и второго элементов И 28 и 29, вторые входы которых соединены с выходом четвертого формирователя 26 импульсов. Шина 1 подключена к первым входам четвертого и пятого электронных ключей 30 и 31, выходы которых соединены соответственно с четвертой и пятой выходными шинами 32 и 33 устройства, а вторые входы подключены к выходам первого и второго элемента и 28 и 29, третьи входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами пятого порогового элемента 27,Устройство работает следующим образом.Способ заключается в том, что для определения моментов времени и величин экстремумов сигнала используется свойство непрерывных сигналов: их первая производная в точке экстремума равна нулю, а отношение задержанного и текущего значений производной нходного сигнала в областях его экстремумов не зависит от. параметров входного сигнала, н т.ч. и многочастотного. Для этого с помощью первого элемента 2 задержки, первого вычитателя 3 и первого формирователя 4 ,модуля формируется модуль первой прог ,изводной входного сигнала, а с помощью второго элемента 5 задержки - его задержанное значениеС помощью первого делителя 6 напряжения формируется сигнал отношения задержанных значений производной к текущим. Полученный сигнал сраннивается с пороговыми значениями первого, второго и третьего пороговых элементов 7-9 для регистрации предшествующих экстремальным экстремальных и следующих за экстремальными моментов времени. С помощью первого, второго и третьего электронных ключей осуществляется выделение значений сигнала, соответствующих укаэанным моментам времениОпределение моментов времени и величин максимальных и минимальных экстремумов сигнала основано на том, что указанные моменты близки к моментам экстремумов огибающей входного сигнала, представляющей собой в общем случае многочастотный сигнал (следует из разложения огибающей сигнала в степенной ряд), производная которого в моменты экстремумов равна нулю. С помощью первого и второго элементов 19 и 20 памяти и второго вычитателя 21 осуществляется формирование ступенчатого напряжения приращений сигнала в смежные моменты -, времени его экстремумов (эквивалентного первой производной огибающей сигнала).40 С помощью третьего элемента 23г,амяти осуществляется задержка этого напряжения приращений на времяТ (интервал между смежными экстремумами сигнала), после чего с помощьювторого делителя 24 напряжения формируют напряжение, равное отношению задержанных значений напряжения приращений к текущим. Полученное напряжение сравнивается с пороговым уровнем четвертого пороговогоэлемента 25 и при пересечении этимнапряжением снизу вверх установленного порога с помощью четвертогоФормирователя 26 импульсов формируется импульс, регистрирующий моменты времени максимальных или минимальных экстремумов сигнала.С помощью пятого порогового элемента 27, первого и второго элементов И 28 и 29 осуществляется разделение моментов времени максималь,ных и минимальных экстремумов сигнала, а значения входного сигнала,соответствующие упомянутым .моментамвремени, выделяются с помощью четвергого и пятого электронных ключей30 и .31.При поступлении на шину 1 входных сигналов устройства гармонического сигнала 01 =Аэо ы (фиг. 2.1), З 0где А и Сд - соответственно амплитуда и круговая частота, на выходахпервого элемента 2 задержки, первого вычитателя 2 (Фиг,2.2) и первого Формирователя 4 (Фиг.2,3), второго элемента 5 задержки (фиг.2.4)и первого делителя 6 напряжения. Текущие значения ы близки к /2в окрестностях экстремумов входного сигнала, при этом для моментов 50времени, предшествующих экстремальным, соответствующих экстремальными следующих за экстремальными, справедливо соответственно Г =1 - Й,=1+ й, где 1 - текущее 55время,г 1 - момент ) -го экстремумасигнала, дг. - временной интервал между моментом-го экстремума сигналаи текущим временем.В этом случае в моменты времени,предшествующие экстремальным1 я 1 соь и д- А " г)ьл(ЬЛ,ооья(,С 1- дг,)1так как соьи 1 ь +ь 1 1,соьд й -1,Вил; 65дг, + 21 аьз(д + ь 2),5 сдд и д 1 1-)ималых значениях д ьг, п 03(д+ ),В моменты времени, соответствующие экстремальнг 06 в - со(при конкретной реализации ограничивается напряжением источника питания).В моменты впечену, следующие заэкстремальными т , Текущее зна. д 1чение напряжения 0 сравнивается спороовми знаен Е Е 111, Есоответственно первого, второго итретьего пороговых элементов 7-9.Значения ЕП, Е П,и Еп выбираютсясоответствующими значениям напряжения О 6 в моменты времени 11 - 61,и 1 +61, При пересечении снизувверх напряжением О 6 пороговогоуровня Е 1 первого порогового элемента 7 на выходе последнего Формируегся положительный перепад напряжения, при этом на выходе первогоформирователя 10 импульсов вырабатывается импульс (фиг.2.6) длительностью ь, открывающйй первый элеклтронный ключ 13 на время 3, в течение которого входной сигнал проходит на первую выходную шину 16 устройства.Аналогично в моменты пересеченияснизу вверх напряжением пороговыхуровней Еп и Е д соответственновторого и тоетьего Формирователей11 и 12 импульсов вырабатываютсяимпульсы (Фиг.2.7 и 2.8), открываю/1щие на времясоответственно вто 5рой и третий электронные ключи 14и 15, при этом сигнал с шины 1 входных сигналов устройства проходит всоответствующие моменты времени навторой и третьей его выходных шинах17 и 18,Следовательно, на первой, второйи третьей выходных шинах 16-18 устройства выделяются соответственномгновенные значения входного сигнала, предшествующие экстремальным, экстремальные и следующие за экстремальными. Моменты выборок сигнала на первой и третьей выходных шинах 16 и 18устройства определяются выбором порогов Еп и ЕВ моменты времени-го экстремума сигнала (момент времени , ) положительный импульс с выхода второгоформирователя 11 импульсов поступает на второй вход первого элемента 19памяти, на выходе которого устанавливается напряжение , равное входному напряжению в момент его-гоэкстремума. (На выходе второго элемента 20 памяти к моменту времениустановлено напряжение 08, соответствующее -1)-му экстремуму входного сигнала), На выходе второго вычитателя 21 устанавливается напряжение , равное разности значенийвходного сигнала в моменты его 4 -го и (1-1)-го экстремумов. (На выходе третьего элемента 23 памяти установ лено напряжение О), равное модулю разности значений входного сигнала в моменты его (-1)-го и (р -2)-го экстремумов). На выходе второго делителя 24 напряжения Формируется на- . пряжение О, равное отношению Оц/О 4, которое сравнивается с пороговым значением Еп четвертого порогового элемента 25. В момент превышения напряжением О значения Е)4 на выходе четвертого формирователя 26 импульсов формируется положительный импульс. При О 0 (соответствует по ложительному знаку первой произвольной огибающей сигнала при приближении к моменту ее максимального экстремума) на первом выходе пятого порогового элемента 27 формируется поло жительный потенциал, а при О0 положительный потенциал Формируется на втором его выходе. В первом случае при положительном потенциале на выходе четвертого формирователя 26 им пульсов (Формируется в моменты максимальных или минимальных экстрему мов сигнала) импульс с первого входа первого элемента И 28 проходит на второй вход четвертого электронно- ЗО го ключа 30, на выход которого проходит напряжение входного сигнала в моменты его максимального экстремума.Во тором случае в момент минимального экстремума сигнала импульс с первого выхода второго элемента И 29 проходит на второй вход пятого электронного ключа 31, на выход которого проходит напряжение входного сигнала в момент его минимального экстремума.Процесс определения моментов времени и величин максимальных и минимальных экстремумов сигнала поясня- ется на примере двухтонального сигналаЯ - 632, Ы 4 И 2 ЬБюы 11 Ь 29 пы 2= 2 Ьсс)В, Ьэв (фиг.3.1), где д .=Аамплитуды, а и ) с 32 - частоты перво го и второго тональных сигналов. Экстремальные значения этого сигнала равны 11 со Р".(. где- мо,)1менты экстремумов сигнала,- поряд- э ковый номер экстремума, причем моменты минимального (3-го) и максимального (9-го) экстремумов этого сигнала предшествуют соответственно моментам времени , и 2 (фиг.3.2) экстремумов его огибающей. На выходах первого элемента 19 памяти, второго элемента 20 памяти, второго вычитателя 21 и второго формирователя 22 модуля напряжения форз 65 мируются соответственно напряженияфф (фиг.3.3), О 8 (Фиг.3.4), О 9-.Д,сов . т),лгде Т =- период сигнала за 2 полнения.)С)-И 2 И-Й2Ят-Ы1 О (А 1)Ы 1 Ы 21 ТБП)причем значенияО,(,1 представляют собой отсчетыв моменты времени 1, напряжения,пропорционального первой производной огибающей входного сигнала,На выходе третьего элемента 23памяти путем задержки напряжения0 о на время Т формируется напряжение О (фиг.3.7), равное .нн:)Ми,)тян"т)На выходе второго делителя 24напряжения Формируется напряжение02 (Фиг,3.8), равное отношению значений первой производной огибающейсигнала в момент ( -1)-го.отсчета) А,и, и,)т о-)ы,-ы,)Я; -т)(10 К 1),Ы С,)2)Т 5(т) 2 Ьд )1) т;С;)-42 С-С 2- - ТйБ Я 1В областях экстремумов огибающей сигнала в моменты времени 1,тт=1 О- Ь, где 10 - моменты экстремумовогйбающей,т, - момент максимального (или мнимального) экстремумасигналаО,2т.е. Не зависит от параметров огибающей сигнала. Напряжение О 2 сравнивается с пороговым знатением Е,; )етвертого порогового элемента 25, на выходе которого в момент пересечения снизу вверх порогового уровня Е) (момент 1 и 19 ) Формируются)4положительные отенци,.лы, при этом в укаЗанные моменты времени на выхо.де четвертого формирователя 2 б импульсов формируются положительные импульсы (фиг.3.9).В момент времени 1 импульс с первого входа второго элемента И 29 (фиг.3.10) ввиду наличия положительных потенциалов на его втором (фиг.3.9) и третьем входах (фиг,3,11) проходит на второй вход пятого элек,тронного ключа 31 (фиг.3.13), на выход которого, проходит напряжение входного сигнала в момент его минимального экстремума.В момент времени (9 импульс с дервого входа первого элемента И 28 (фиг.3;10) ввиду наличия положитель ных потенциалов на его втором (фиг.3.9) и третьем (фиг.3.12) входах проходит на второй вход четвертого электронного ключа 30 (фиг.3.14), на выход которого проходит напряже ние входного сигнала в момент его максимального экстремума.Следовательно, предлагаемое устройство позволяет регистрировать в, реальном масштабе времени отдельно 25 моменты максимальных и минимальных 1 экстремумов входного сигнала (по вре мени появления импульсов на вторых входах соответственного четвертого и пятого электронных ключей 30 и 31), а также выделять значения входного сигнала в упомянутые моменты времени соответственно на четвертой и пятой выходных шинах 32 и 33 устройства.Таким образом, предлагаемое устройство расширяет функциональные воэможности основного устройства за счет дополнительного выделения моментов времени и величин максимальных и минимальных экстремумов сигнала в реальном масштабе времени.Ло сравнению с известным устройством повышается точность выделения моментов времени и величин экстремумов, в т,ч, и при малых значениях крутизны сигналов в областях экстремумов, появляется возможность выделения для анализа в реальном масштабе времени значений сигнала, предшествующих экстремальным, экстремальных и следующих за экстремальными.1075178 8 10 Составитель Н.Маркинедактор Т.Кугрышева Техред М.Гергель Корректор О.Тигор ПодписиСССР 492/38 Тираж 711 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Р Зака комите ткрыти ушская аб.,38 3.9 ЫО 3 П мг 56 илиал ППП "Патент",. г. Ужгород, ул. Проектная,