Устройство для измерения среднеквадратического значения шума

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных информационно-измерительных системах, где шумы с достаточной степенью точности могут быть аппроксимированы нормальным или близким к нормальному распределением . Цель изобретения повышение точности и надежности измерений достигается путем снижения погрешности статического оценивания и снятия ограничения на объем выборки при исследовании нестационарных случайных процессов. Для этого в устройство дополнительно введены: блоки 1 и 11 задержки, блок 2 вычитания, детекторы 3 и 4, блок 6 сложения, селекторы 7 и 8 импульсов по длительности, элемент ИЛИ 12 и индикатор 14. Устройство также содержит инвертор 5, формирователи 9 и 10, интегратор 13. В основу функционирования устройства положена связь между среднеквадратичным отклонением нормального распределения шума и таким параметром первых разностей, как, например, среднее значение их модулей. Работа устройства поясняется по временным диаграммам приведенным в описании изобретения. 2 ил. S (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

511 q G 01 К 29/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4165282/24-21 (22) 22.12.86 (46) 23.09.88. Бюл. № 35 (72) Г. П. Баев, А. М. Гейдельман и А. И. Петров (53) 621.3! 7.75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 930135, кл. G 01 R 19/02, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1118925, кл. G 01 R 19/02, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ ШУМА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных информационно-измерительных системах, где шумы с достаточной степенью точности могут быть аппроксимированы нормальным или близким к нормальному рас„,SU„„1425477 А1 пределением. Цель изобретения — повышение точности и надежности измерений достигается путем снижения погрешности статического оценивания и снятия ограничения на объем выборки при исследовании нестационарных случайных процессов. Для этого в устройство дополнительно введены: блоки 1 и 11 задержки, блэк 2 вычитания, детекторы 3 и 4, блок 6 сложения, селекторы 7 и 8 импульсов по длительности, элемент

ИЛИ 12 и индикатор 14. Устройство также содержит инвертор5, формирователи 9 и 10, интегратор 13. В основу функционирования устройства положена связь между среднеквадратичным отклонением нормального распределения шума и таким параметром первых разностей, как, например, среднее значение их модулей. Работа устройства поясняется по временным диаграммам приведенным в описании изобретения. 2 ил.

1425477

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в различных информационно-измерительных системах, где шумы с достаточной степенью точности могут быть аппроксимированы нормальным или близким к нормальному распределением.

Цель изобретения — повышение точности и надежности измерений путем снижения погрешности статистического оценивания за счет снятия ограничения на объ- Î ем выборки при исследовании нестационарных случайных процессов.

На фиг. представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устрой- 15 ства.

Устройство содержит первый блок 1 задержки, блок 2 вычитания (например, дифференциальный усилитель), первый 3 и второй 4 детекторы, инвертор 5, блок 6 сложения, первый 7 и второй 8 селекторы импуль- 20 сов по длительности, первый 9 и второй 10 ф ормирователи, второй блок 11 задержки, элемент ИЛИ 12, интегратор 13 и индикатор 14. Вход устройства соединен с первым входом блока 2 вычитания и через первый блок 1 задержки с вторым его входом. Вы ход блока 2 вычитания соединен через nep,âûé детектор 3 с одним из входов блока 6

:сложения и через первый селектор 7 и пер,вый формирователь 9 с одним из входов эле, мента ИЛИ 12, а через последовательно соединенные инвертор 5 и второй детектор 4— с другим его входом и через второй селек-

Irop 8 и второй формирователь 10 с другим ходом элемента ИЛИ 12. Выход блока 6 ложения через второй блок 11 задержки и нтегратор 13 соединен с входом индикатоа 14, а выход элемента ИЛИ 12 соединен о сбросовым входом интегратора !3.

Устройство работает следующим образом.

В основу функционирования устройства положена связь между среднеквадратическим отклонением нормально распределенно- 40 го шума o(U ) и таким параметром первых разностей, как среднее значение их модулей /у I заЪ

2 з ) 45 где (4„(/ — соответственно входной ь задержанный входной шум.

Входным сигналом устройства (фиг. 2а) может быть либо шум с изменяющимся во времени математическим ожиданием M (t), либо некоторый сигнальный параметр U,(t), на который наложен центрированный или нецентрированный шум U (t). В обоих случаях предполагается, что на входе устройства действует нецентрированный случайный процесс U< (t), и в таком виде смесь сигнал + шум поступает на первый вход блока 2 вы- 55 читания. На второй (вычитающий) вход блока 2 поступает этот же сигнал, но задержанный первым блоком 1 задержки на некоторый временной интервал tan, превышающий интервал корреляции шума (фиг. 2б).

В результате вычитания сигналов в блоке 2 вычитания на его выходе формируется сигнал разности ЛУ = Uq — с значений шума в двух сечениях процесса, разделенных временным интервалом t> ä (фиг. 2в).

Сигнал разности между задержанным и незадержанным входными сигналамн поступает с выхода блока 2 вычитания одновременно на вход первого детектора 3 и через инвертор 5 уже в инвертированном виде — AU на вход второго детектора 4. В результате детектирования на один из входов блока 6 сложения поступает сигнал, соответствующий положительным значениям разностей

AU+ (фиг. 2г), на другой — сигнал, соответствующий отрицательным значениям разностей AU — (фиг. 2д). На выходе блока 6 сложения получают уже сигнал, соответствующий модулю разности /ЛУ/ шума и задержанного шума (фиг. 2е). После задержки во втором блоке! 1 задержки на вход интегратора 13 поступает сигнал модуля разностей (фиг. 2и), задержанный на некоторый интервал т".

Специфичность алгоритма, положенного в основу работы устройства, проявляется на входах блока 6 сложения. Здесь скачки сигнальной функции оказываются трансформированными в импульсы длительности, равной интервалу задержки t»n в первом блоке 1 задержки. Именно эти импульсы и выделяются двумя селекторами 7 и 8 импульсов по длительности. Селектор 7 выделяет положительные скачки (фиг. 2ж), а селектор 8 — отрицательные (фиг. 2з). В процессе селекции может быть некоторая задержка импульсов т*" . Вне зависимости от амплитуды выделенных импульсов формирователи 9 и 10 обеспечивают формирование управляющих импульсов (фиг. 2 к, л), которые после логического сложения на элементе ИЛИ 12 поступают на сбросовый вход (фиг. 2 м) интегратора 13 и тем самым обеспечивают устранение ошибок измерений.

Интегратор 13 производит интегрирование с постоянной времени Т-., на величину которой наложены следующие ограничения.

С одной стороны, величина Т... не должна превышать значения, в пределах которого интенсивность шумов (их среднеквадратическое отклонение) можно считать постоянной (период стационарности Т. шумового процесса). Это требование обусловлено требованием постоянства измеряемого параметра на временном интервале измерения. Таким образом, первое ограничение на интервал интегрирования: Т-.(Т.

С другой стороны, величина Т-. должна обеспечить набор заданной статистики, т. е. быть. значительно больше интервала корреляции разностей т;- на выходе блока 6 сложения. Величина т -. в два раза превышает величину интервала корреляции шумов .

1425477

Формула изобретения

Составитель Н. Михалев

Редактор В. Петраш Текред И. Верес Корректор М. Васильева

3a к аз 4758/37 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 з

Таким образом, общее требование к величине интервала интегрирования можно сформулировать следующим образом:

egg а(Т-. <«Tc..

Если интенсивность шумов можно считать постоянной, то достаточно в одном цикле измерения оценить величину среднеквадратического отклонения шума по какомулибо зашумленному сигналу, даже если этот сигнал меняется на интервале Т- (например, сигнал калибровки измерительной системы) .

Устройство для измерения среднеквадратического значения шума, содержащее последовательно соединенные интегратор и индикатор, а также два формирователя, отличаюи4ееся тем, что, с целью повышения точности и надеж:ости измерений, в него введены два блока задержки, блок вычитания, два детектора, индикатор, блок сложения, два селектора импульсов по длитель5 ности и элемент ИЛИ, причем вход устройства соединен с первым и через первый блок задержки с вторым входами блока вычитания, выход которого соединен с входом первого и через инвертор с входом второго детектора, выходы которых соединены с вхо1О дами блока сложения и соответственно с входами первого и второго селекторов импульсов по длительности, выходы которых соответственно через первый и второй формирователи подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к сбросовому входу интегратора, информационный вход которого через второй блок задержки соединен с выходом блока сложения.