16.4. Примеры применения

Операции над аналоговыми сигналами.

Цифровое кодирование (рис. 16.4). Исследуемая функция дискретизируется с частотой, определяемой таймером. Числовой код, отвечающий

амплитуде каждого измеренного значения, запоминается последовательно, адрес за адресом, в порядке поступления измеренных начений.

Замечание. 1, 4 или 10 измерений длительностью могут быть произведены в выбранном коде, и эти коды арифметически складываются в ячейке с одним и тем же адресом.

Рис. 16.4. Принцип цифрового кодирования.

Таким образом получается среднее значение сигнала, что особенно важно, когда частота сигнала существенно меньше частоты шума. Так реализуется цифровая фильтрация.

На рис. 16.5 приведены фотографии осциллограмм трех вариантов реакций человека-оператора на ступенчатую функцию. Оператор видел на осциллографе пятно, перемещающееся по ступенчатой траектории, и должен был совместить с этим пятном второе пятно, положение которого можно менять с помощью рукоятки [1].

Выделение повторяющегося сигнала, маскируемого шумом. Такая обработка применяется в случае, когда повторяющаяся

Рис. 16.5. (см. скан)

Рис. 16.6. (см. скан)

Рис. 16.7. (см. скан)

информация маскируется шумом (разд. 12.3). Набор операций такой же, как в описанном выше случае, но выполняется многократно. Цифровые копии сигнала, получающиеся в каждом цикле, суммируются поканально. После циклов искомая информация будет умножена на а шум — на Другими словами, отношение сигнал/шум растет как где — число циклов. Отношение сигнал/шум определяется как отношение мощности сигнала к мощности шума.

На рис. 16.6 представлена гистограмма (цифровая копия) смеси синусоиды и шума. Самое верхнее изображение — содержимое

памяти после одного цикла, среднее — после 100 и нижнее — после 5000 циклов.

Гистограмма амплитуд (рис. 16.7). Для ее получения осуществляют дискретизацию сигнала и выборки затем оцифровывают.

Рис. 16.8. (см. скан) Гистограмма амплитуд (статистическое распределение). Выборки сигнала, взятые через равные промежутки времени, закодированы. Код амплитуды выборок совпадает с номером канала, в котором хранится выборка. Таки» образом, получается функция распределения амплитуд.

Код ординаты совпадает с номером канала, где хранится ордината. По адресу, определяемому кодом величины ординаты, добавляется единица. Получается кривая распределения, амплитуд кодов (рис. 16.8). На рис. 16.7 внизу показана цифровая копия синусоиды, а вверху — гистограмма амплитуд, этого сигнала.

Замечание. Анализ аналоговых сигналов может производиться по 1, 2 или 4 каналам одновременно. Каждый из каналов

содержит аттенюатор, фазовращатель и цепь регулировки уровня постоянной составляющей. Четыре канала вводятся в режим измерения последовательно по сигналам переключения, вырабатываемым блоком Н 26 по команде таймера Н 23. Порядок переключения следующий:

при двух каналах: канал 1, канал 2, канал 1, канал 2 и т. д; при четырех каналах: канал 1, канал 2, канал 3, канал 4, канал 1 и т. д.

Рис. 16.9. (см. скан) Анализ временных интервалов между сигналом начала отсчета и исследуемым сигналом (последовательный режим).

Гистограммы амплитуд находят применение при исследованиях распределения некоторых характеристик популяций, при измерении диаметра капелек в карбюраторе двигателя с инжекцией горючего, диаметра красных кровяных телец в гематологии, амплитуд потенциалов (в нейрофизиологии) и т. д. (разд. 21.11).

Анализ временных интервалов.

В этом случае аналого-цифровой преобразователь не используется. Анализ может осуществляться в последовательном или статистическом режиме.

Последовательный режим. Результат анализа представляется в виде последовательности импульсов, которые записываются

в арифметическом регистре блока памяти. Период следования этих импульсов определяется блоком Н 23.

Статистический режим. Результат анализа представляется в форме последовательности импульсов, поступающих на адресный регистр блока памяти. Содержимое адресного регистра соответствует каналу памяти, в котором добавляется единица Период следования импульсов, поступающих в адресный регистр, также определяется блоком Н 23.

Рис. 16.10.

Анализ интервалов времени, измеряемых от заданного начала отсчета.

Последовательный режим (рис. 16.9). В цифровом коде кодируются интервалы времени между независимыми моментами и моментами, связанными соотношением возбуждение — реакция. Результаты кодирования записываются в память последовательно (канал за каналом) в соответствии с их появлением во времени. Номеру канала соответствует номер интервала времени, которым он занумерован во временной последовательности интервалов. Число импульсов, записанных в канале, пропорционально длительности временного интервала.

На рис. 16.10, а и б приведены изображения на экране дисплея записи данных, выполненной по описанному алгоритму. Измеренные интервалы представляют собой времена запаздывания, т. е. интервалы между моментом возбуждения системы к соответствующим откликом [1].

Из рис. 16.10, а видно, что время запаздывания обладает в этом случае большой дисперсией. В примере, представленном на рис. 16.10, б время запаздывания флюктуирует значительно меньше. В пределе (если бы не было дисперсии) мы имели бы. просто горизонтальную прямую.

Статистический режим (рис. 16.11). Интервалы времени, между сигналом-возмущением и ответом на него классифицируются в соответствии с их величиной по каналам памяти. Содержимое каждого канала представляет собой число временных.

Рис. 16.11. Анализ временных интервалов между сигналом начала отсчета и исследуемым сигналом (статистический режим). (см. скан)

Рис. 16.12. (см. скан)

интервалов, имевших определенное значение. Такой анализ применяется для исследования времени задержки реакции в нейрофизиологии [1, 2], для оптимизации времени реакции электрохимической системы для исследования процесса обучения в психофизиологии и т. д.

На рис. 16.12 приведена временная гистограмма времен отклика, соответствующая рис. 16.10, б.

Рис. 16.13. (см. скан) Анализ интервалов времени между последовательными импульсами (последовательный режим) при изучении «плавания» магнитного регистратора.

Анализ интервалов времени между последовательными импульсами.

Последовательный режим (рис. 16.13). Каждый импульс определяет начало интервала до следующего импульса и конец после предыдущего. Результат измерения каждого интервала записывается последовательно в очередной канал памяти.

Рис. 16.14. (см. скан) Анализ интервалов времени между последовательными импульсами (статистический режим) для радиоактивного источника.

Смена канала осуществляется после каждого обращения к памяти (записи результата измерения).

Статистический режим (рис. 16.14). Временной интервал измеряется так же, как описано выше. По коду каждого интервала выбирается канал памяти, адрес которого пропорционален длительности интервала. В выбранный канал записывается 1.

Этот метод применяется для изучения сдвигов во времени, измерения ритмов в кардиологии, интервалов между пиками в

(кликните для просмотра скана)

Рис. 16.17. (см. скан) Анализ скорости счета (статистический режим).

нейрофизиологии, флюктуаций скорости магнитного регистратора.

На рис. 16.15 показано статистическое распределение интервалов времени между случайными импульсами. Верхняя кривая соответствует распределению интервалов между случайными импульсами (экспонента), средняя кривая — распределению интервалов

Рис. 16.18. (см. скан) Пример обработки сигналов.

между теми же случайными импульсами после пересчета на 2 (на выход проходит лишь каждый второй входной сигнал), а нижняя кривая — после пересчета на 4.

Анализ скорости счета. Последовательный режим (рис. 16.16). За время (равное периоду таймера блока Н 23) подсчитываются импульсы, поступившие в арифметический регистр. Результаты счета заносятся в последовательные каналы памяти. Таким образом, каждый канал открыт в течение определенного времени.

Статистический режим (рис. 16.17). Импульсы, поступившие за время добавляются в адресный регистр. В канал соответствующий числу импульсов, пришедших за время добавляется 1. Содержимое каждого канала представляет собой число интервалов, в которых счет имеет некоторое заданное значение.

Этот анализ применяется для исследования развития процесса во времени, измерения распада радиоактивного источника и измерения стабильности частоты.

Рис. 16.19. (см. скан)

Подготовка сигналов к анализу.

Для подготовки сигналов к анализу можно использовать следующие электронные схемы:

• фильтр с частотой отсечки, регулируемой потенциометром в интервале 150—1500 Гц;

• пороговый дискриминатор (триггер) с порогом коммутации, регулируемым потенциометром;

• логическую систему, позволяющую выдавать в управляющие цепи сигнал о пересечении порога на фронте или спаде импульса;

• детектор максимальных значений (положительных или отрицательных);

• селектор полосы;

• триггер, позволяющий реализовать только один цикл.

Переключатель типа А позволяет обеспечить функционирование в требуемом режиме.

Существует целый ряд стандартных разъемов. Они могут быть соединены кабелем самыми разными способами в зависимости от решаемой задачи.

На рис. 16.18 приведено несколько примеров обработки сигналов, а на рис. 16.19 показан комплекс IN 90 фирмы Intertechnique.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)