Устройство для цифрового определения средних значений сигналов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНИХ ЗНАЧЕНИЙ СИГНАЛОВ , содержащее преобразоват ель напряжения в код, первый счетчик, вход которого подключен к выходу счетно-импульсного модулятора,вход которого является входом устройства, делитель частоты, первый элемент И, генератор импульсов, выход которого соединен с первь1М входом первого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу преобразователя напряжения в код и к входу установки в нуль делителя частоты, блок элементов И, блок регистрации, вход которого соединен с выходом блока элементов И, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены элемент задержки, преобразователь код - число и 1пульсов, второй и третий счетчики, триггер, блок определения минимальньк значений, блок определения максимальных значений, входы блоков определения максимальных значений и блока определения минимальных значений соединены с входом устройства, выход блока минимальных значений подключен, к первому входу триггера, входу установки в нуль первого счетчика и входу установки в нуль второго счетчика, выход которого соединен с первым входом делителя частоты, выход блока определения максимальных значений подключен к второму входу триггера и управляющему входу блока элементов И, входы KOToporcS подключены к инфор (Л мационным выходам третьего счетчика, вход которого соединен с выходом делителя частоты, выход триггера подкл1рчен к второму входу первого элемента И, выход которого соединен с входами установки в нуль делителя частоты, и третьего счетчика , а также б входом установки в ноль 00 второго счетчика и входом элемента задержки, выход которого подключен со к управляющему входу преобразоваел теля код-число импульсов, и уформаэо ционный вход которого соединен с 4ik ВЫХОДОМ первого счетчика, выход преобразователя код-число импульсов подключен к второму входу делителя частоты.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (б1) G 06 F 15/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Р, К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛВСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3556315/18-24 (22) 21.02.83 (46) 30.04.84, Бюл. у. (72) А.М. Науменко и Г.А. Черепащук (71) Харьковский ордена Ленина авиационный институт им. Н.Е. Жуковского (53) 681.32 (088. 8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Ф 307409, кл. С 06 G 7/52, 1970.

2. Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. "Энергия", 1972, с. 63-65 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО

ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНИХ ЗНАЧЕНИЙ СИГНАЛОВ, содержащее преобразователь напряжения в код, первый счетчик, вход которого подключен к выходу счетно-импульсного модулятора, вход которого является входом устройства, делитель частоты, первый элемент И, генератор импульсов, выход которого соединен с первьм входом первого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу преобразователя напряжения в код и к входу установки в нуль делителя частоты, блок элементов И, блок регистрации, вход которого соединен с выходом блока элементов И, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены элемент задержки, преобразователь код — число н пульсов, второй и тре/

„„SU„„1089584 Д тий счетчики, триггер, блок определения минимальных значений, блок определения максимальных значений, входы блоков определения максимальных значений и блока определения минимальных значений соединены с входом устройства, выход блока минимальных значений подключен, к первому входу триггера, входу установки в нуль первого счетчика и входу установки в нуль второго счетчика, выход которого соединен с первым входом делителя частоты, выход блока определения максимальных значений подключен к второму входу триггера и управляющему входу блока элементов а

-И, входы которогб подключены к инфорЩ мационным выходам третьего счетчика, вход которого соединен с выходом делителя частоты, выход триггера подключен к второму входу первого элемента И, выход которого соединен с входами установки в нуль делителя частоты, и третьего счетчи- ва ка, а также с входом установки в ноль второго счетчика и входом элемента задержки, выход которого подключен к управляющему входу преобразователя код-число импульсов, и формационный вход которого соединен с выходом первого счетчика, выход преобразователя код-число импульсов подключен к второму входу делителя частоты. . В

1 108

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано для измерения и оперативного контроля текущих средних зна чений сигналов.

Известно устройство для измерения средних значений сигналов, содержащее усилитель, соединенный с одним из входов первой схемы сравнения, второй вход которой связан с генератором вспомогательньи случайных импульсов, а выход подключен к логической схеме ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИЛИ, связанной с входами реверсивного счетчика, генератор стробирующих импульсов, подключенный к управляющему входу первой схемы сравнения, вторую схему сравнения, связанный с реверсивным счетчиком цифро-аналоговый преобразователь, соединенный с Bto рой схемой сравнения, второй вход которой подключен к генератору вспомогательньи случайных импульсов, а выход связан с логической схемой

ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИЛИ Г13.

Это устройство не позволяет достичь высокой точности измерения вследствие приближенности алгоритма сглаживания, так как в нем измерение средних сигналов производится как измерение вероятности непревышения заданного случайного сигнала с равномерным распределением напряжения входного сигнала. где6, „ х пщх

/М

"Мах

/ н(еу

30 ш©" максимальное среднеквадратическое отклонение случай.ной функции х(с) в интервале Т гл,. максимальный интервал корреляцйи на участке сглаживания Т максимальное значение модуля второй производной от математического ожидания случайной функции x(t) на участке Т сгл

9584 2

por< подключен к выходу "лока элементов И (2 .

Ф

В данном измерителе реализуется цифровой аналог интегрального оператора текущего сглаживания без его упрощения или аппроксимации .

Недостатком этого измерителя является ограниченная точность измерения текущих средних значений сигна-

10 лов. Погрешность измерения текущих средних значений сигналов зависит от длительности интервала сглаживания Т д . Например, при определении среднего значения нестационарного случайного процесса x(t) выражение для погрешности измерения имеет вид:

Известен также измеритель, средних значений нестационарных случайньи процессов, содержащий счетноимпульсный модулятор, первый счетчик, блок элементов И, первый элемент И, одновибратор, генератор импульсов, делитель частоты, причем вход счетно-импульсного модулятора, является входом устройства, выход генератора импульсов подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом счетно-импульсного модулятора и входу делителя частоты, выход которого подключен к входу одновибратора, вьиод которого соединен с вторым входом первого элемента И, входом установки в нуль первого счетчика и управляющими входами блока элементов И, вход которого подключен-,к выходу первого 55 счетчика, вход которого соединен с вьиодом счетно-импульсного модулятора, блок регистрации, вход котоВ известном измерителе длительность интервала сглаживания Т .дпостоянна, так как зависит только от постоянной частоты генератора импульсов и постоянного коэффициента деления делителя частоты. Следовательно, эта длительность Т „ не связана с текущими характеристиками сигнала и не может в процессе измерения изменяться в соответствии с ними.

Недостатком известного измерителя является также невозможность непрерывного получения текущих средних сигналов в люфае произвольные моменты интервала сглаживания для оперативного контроля исследуемого процесса.

Цель изобретения — повышение точности измерения текущих средних значений сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее

3 1089584 " 4 счетно-импульсный модулятор, первый счетчик, вход которого подключен к выходу счетно-импульсного модулято" ра, вход которого является входом устройства, делитель частоты, первый элемент И, генератор импульсов, вы5 ход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу счетно-импульсного модулятора и к входу установки в нуль делителя частоты, блок элементов И, блок регистрации, вход которого соединен с выходом блока элементов И, введены элемент задержки,, преобразователь

15 код — число импульсов, второй счетчик., третий счетчик, триггер, блок определения минимальных импульсных значений, блок определения максиЭ мальных значений, входы блока апре" деления максимальных значений и блока определения минимальных значений соединены с входом устройства, .выход блока мйнимальных значений подключен со ответственно к первому входу. триггера э j входу установки в нуль первого счетчика и входу установки в нуль второго счетчика, вход которого соединен с входом делителя частоты, выход блока определения максимальных значений подключен к второму входу триггера е и управляющим входам блока элементов

И, входы которого подключены к инфор-. мационным входам третьего счетчика

Ф вход которого соединен с выходом делителя частоты, выход триггера подключен к второму входу первого эле-, мента И,выход которого соединен соответственно с входами установки в нуль делителя частоты и третьего счетчи ка, а также с входом второго счетчика и входом элемента задержки, выход которого подключен к управляющему .входу преобразователя код - число импульсов, вход которого соединен с выходом первого счетчика.

На чертеже представлена блок-схема предлаг аемог о уст р ой ств а .

Устройство содержит счетно-импуль- 50 ныл модулятор 1, первый счетчик 2, генератор 3 импульсов, первый элемент 4, элемент 5 задержки, преобразователь 6 код — число импульсов, второй счетчик 7, делитель 8 частоты,ы третий счетчик 9, блок 10 элементов

И, блок 11 регистрации. Схема 8 определения времени сглаживания содержит, например, блок 12 определения минимальных значений, блок 13 определения максимальных значений и трут- . гер 14.

Устройство работает следующим образом.

Текущее среднее значение сигнала

x(t) определяется методом сглаживания с помощью цифрового аналога интегрального оператора текущего сглаживания. Интервал сглаживания ТС „ . разбивается на. о интервалов опроса

С

Д Ж -" и алгоритм вычисления средО (! У него значения, соответствующий интегральному оператору текущего сглаживания, имеет вид:

1 х (t)= .Е х(й + iT+) сР 1+1

Длительность интервала сглаживания Тсгл определяется текущи характеристиками сигнала и выбирается равной, например, промежуткам

I времени между моментами достижения минимума и моментами достижения максимума сигнала. Среднее значение сиг" нала на этом интервале сглаживания измеряется методом дискретных выборок, число которых переменно и равно

К = о+1, где К вЂ” содержимое второго счетчика 7.

При достижении сигналом x(t) минимального значения блок 12 выдает импульс начала сглаживания, который поступает на входы установки нуля первого счетчика 2 и второго счетчика 7 и сбрасывает их в нулевое состояние. Одновременно импульс начала сглаживания подается на вход триггера 14 и устанавливает его в инакое состояние, когда первый элемент И открывается. При этом импульсы с генератора импульсов 3 начинают поступать на счетно-импульсный модулятор 1, элемент 5 задержки, второй счетчик 7 импульсов, делитель 8 частоты и третий счетчик 9.

В момент появления каждого импульса-выборки на управляющем входе модулятора 1 напряжение исследуемого сигнала x(t) преобразуется. в пропорциональное число импульсов, которые проходят в первый счетчик 2, накапливающий их. Одновременно каждый импульс-выборка, попав на входы установки нуля делителя 8 частоты и счетчика 9, сбрасывает их в нулевое сосо

Б: -x(t + То) Ф

О+1

x(t) 1

25 после прохождения второго импульсавыборки пропорционально

x(t)+x(t+To) 1

1=0 а после прохождения (ц+1)-ro импульса-выборки пропорционально

35 х (t) +х(t+T ) + ° ° ° +х (t+qTo)

q+1

1.

q+1 ьО

Следовательно, содержимое счетчика 9 в любой момент интервала сглаживания пропорционально среднему зна" чению исследуемого сигнала x(t) за прошедшую часть этого интервала.

При достижении сигналом x(t),максимального значения блок 13 определе-. ния моментов максимума выдает импульс конца сглаживания, который через

$ 1089 5 тояние, а, попав на вход счетчика 7, подсчйтывается им. 8 результате этого в счетчике 7 накапливается число импульсов-выборок К и на его выходе образуется код, определяющий коэффициент деления делителя 8 частоты с управляемым коэффициентом деления .

Импульсы-выборки, задержанные элементом 5 задержки на время преоб- 1п разования сигнала x(t) в модуляторе

1, запускают преобразователь 6 код— число импульсов. Преобразователь 6 преобразует код числа, накопленного в счетчике 2, в пропорциональное число импульсов, которое делится делителем частоты в К раз и фиксируется счетчиком 9.

Таким образом, после прохождения первого импульса-выборки, когда 20

К = 1 и коэффициент деления делителя 8 частоты равен единице, содержимое счетчика 9 пропорционально триггер 14 запрещает прохождение импульсов-выборок через элемент 4 и тем самым завершает цикл усреднения сигнала x(t) . Одновременно импульС конца сглаживания запускает блок 10 и среднее за время сглаживания значение сигнала х(t) фиксируется в бло- ке 11.

Использование схемы определения времени сглаживания, элемента задержки, преобразователя код — число импульсов., второго счетчика, делителя частоты с управляемым коэффициентом деления и третьего счетчика выгодно отличает предлагаемое устройство от указанного прототипа, являющегося базовым объектом. Предлагаемое устройство позволяет усреднить сигналеи на интервале сглаживания с переменной длительностью, определяемой по текущим характеристикам счетчика, и, следовательно, повышает точность измерения текущих средних значений.

Так, например, при измерении смещенного синусоидального сигнала x(t)

= х + х sinw t устройство обеспечиО И вает определение среднего значения х без методической погрешности при мйнимальном времени сглаживания

Т = f (N . Методическая погрешность базового объекта с постоянным временем сглаживания, не. связанным с текущими характеристиками сигнала, в этом случае может достигать величины

3 "-х (если границы интервала

1п сглаживания совпадают. с фазой сигнала Ои 180).

Кроме того, предлагаемое устрой" ство обеспечивает возможность получения текущих средних значений сигнала в любые произвольные моменты интервала сглаживания. Это увеличи- . вает сферу применения устройства и устраняет необходимость разработки ряда точных цифровых измерителей средних значений сигнала для измерительных систем, систем автоматического контроля и систем технической диагностики..

1089584

Составитель И. Мухин

Техред C.Ìèãóíoâà Корректор М. Шароши

Редактор М. Янович

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 2936/46 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5