Устройство для оценки достоверности результатов измерений

 

Изобретение относится к автоматике , вычислительной и измерительной технике и может быть использовано для верификации и предварительной обработки измерительной информации. Цель изобретения - повышение точности работы устройства. Устройство содержит блок 1 ввода и хранения мае

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

PECflYSJlHH (51)4 G 08 С 25 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО;ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4278020/24-24 (22) 02.06.87. (46} 30.!1.88. Бюл. Ф 44 (72} С.С.Кукушкин, В.Л.Лукин и В.И.Колесников (53) 62!.398(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 739618, кл. С 08 С 25/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Ф 773681, кл, 0 08 С 25/00, 1979.

ÄÄSUÄÄ 3441441 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ДОСТОВЕРг1ОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ (57) Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике и может быть использовано для верификации и предварительной обработки измерительной информации.

Цель изобретения — повышение точности работы устройства. Устройство содержит блок 1 ввода и хранения мас1441441, сива данных, блок 2 хранения и распределения массива данных, блок 3 определения максимального числа, блок

4 записи и хранения ранжированных значений, буферный регистр 5, делитель частоты 6, блоки 7, -74„,определения разности, блоки 8, -8+„ умножения, блоки 9, -9«peI Hc Tpoa, блок 10 элементов ИЛИ, накапливающий сумматор

Il генератор импульсов 12. Устройство производит оценку среднеквадратического отклонения (СКО) и дисперсии входных измерительных значений массива по следующим алгоритмам оценива - т ния: йу= - -„ -- ".Е (Y -У,!,)(11-i)i, 1

Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике и может быть использовано для верификации и предварительной обработки измерительной информации.

Цель изобретения — повышение точности устройства за счет того, что в устройстве оценки среднеквадратического отклонения и дисперсии определяются по следующим алгоритмам оценивания:

i= I у

1 ь)- »

15 где Y — i-й элемент вариационного (11 ряда У(,!.У<„6... «У<ц19 построенного по выборке данных

У«9 1т-1 9 т т т 9|9

N — объем статистической выбор- 20

Квт

На фиг, 1-4, 6 приведены структурные схемы устройства и его блоков; на фиг. 5 — диаграмма работы узла определения .максимального значения. 25

Устройство содержит блок 1 ввода и хранения массива данных, блок 2 хранения и распределения массива данных, блок 3 определения максимального значения, блок 4 записи и хранения ЗО ранжированных значений массива, буферный регистр 5, делитель 6 частоты, блоки 7...7,...,7+„,определения раз 11„ — 6,, где У (; — i-й элемент вариационвОго ряда Y (9! Y (

=)...,,N; N — объем статистической выборки. Особенностью устройства является то, что при совместной работе блоков 2 и 4 иэ последующих вычислений исключаются повторяющиеся значения У массива данных,,что повышает быстродействие устройства. Устройство позволяет осуществлять корректировку объема выборки, ранжированных значений, что позволяет исключить влияние на оценку СКО аномальных измерений за счет отбрасывания крайних членов вариационного ряда, 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

2 ности, блоки 8,,8 9... 98„„„8,!, умножения, регистры 9,, 9 т 9 ... 9 !, „9,, блок

10 элементов ИЛИ, накапливающий сумматор 11, генератор 12 импульсов и связи 13-23.

Блок 1 ввода и хранения массива данных (фиг. 2) содержит элементы И

24, регистры 25, элементы ИЛИ 26, элементы ЗАПРЕТ 27, триггеры 28 и ячейки

29 памяти. На фиг. 3 приведена функциональная схема последующей части устройства, включающая блок 2 хранения и распределения массива данных, блок 3 определения максимального значения, блок 4 записи и хранения ранжированных значений массива, буферный регистр 5, регистры 30 и 31, элементы 32 и 33 сравнения, формирователи 34 и 35 импульсов, элементы 36 и

37 задержки, элементы 38 и 39 ЗАПРЕТ элементы 40 и 41 задержки, элементы

ИЛИ 42 и 43, счетчик 44, ячейки 45 записи и узлы 46 определения максимального значения.

Узел 46 определения максимального значения (фиг. 4 ) состоит из элементов 47 и 48 задержки, триггеров 49 и

50 элементов И 51 и 52, элементов НЕ

53 и 54, элементов ИЛИ 55 и 56, элементов ЗАПРЕТ 57 и 58, элементов ИЛИ

59, 60, 61, элементов И 62,,3, элемента ИЛИ 64, связи 6>, 66, 67, 68.

144

Блок 4 записи и хранения ранжированных значений содержит (фиг. 6) ячейки памяти 69, элементы И 70, реги с тры 7 1, элементы ИЛИ 7 2, элементы

ЗАПРЕТ 73, триггеры 74, дешифраторы

75, элементы ИЛИ 76, регистры 77, элемент ЗАПРЕТ 78 и элемент ИЛИ 79.

Устройство работает следующим образом.

Значения Уз случайного процесса

y(t), представленные и-разрядным па" раллельным двоичным кодом, поступают по связям 14 на вход первого блока 1 ввода и хранения массива данных (фиг ° 1 и 2) и заносятся последовательно в регистры 25 до тех пор, пока не будет записан весь массив данных, равный установленному объему

N=4k статистической выборки. Производится это следующим образом. При поступлении первого числа устанавливается через элемент ИЛИ 26 „„и открытий элемент ЗАПРЕТ 274„„триггер

28 „„в состояние с высоким потенциалом на выходе, вследствие чего открывается элемент И 24, и первое значение процесса У, заносится в регистр 25,, Поскольку в, кодовой комбинации, представляющей число, отличное от нуля, содержится. хотя бы один символ то при занесении значения случайного процесса У, в регистр 25 появится импульс на выходе элемента

ИЛИ 26,, Этим импульсом будет возвращен в исходное состояние с низким потенциалом на выходе триггер 28 и установлен в состояние с высоким .. потенциалом на выходе следующий триггер 28 1. При этом второе поступившее значение У будет занесено во второй регистр 25 . Процессы последующего занесения в регистры 25 з, 254,...,25дзначений Yз,У„,,Y4„ аналогичны рассмотренным. После того как в блоке 1 ввода и хранения массива данных будет накоплен необходимый объем статистической выборки

N задним фронтом первого поступившего импульса синхронизации по.связи

23 занесенные в регистры 25 числа будут переписаны в регистры 30 и 33 блока 2 хранения и распределения массива данных (фиг. 3), а регистры 25 будут освобождены для записи новой статистической выборки. При этом запись в буферном регистре 5 (фиг. 1 и 3) стерта, поэтому на выходах элеI 441 4 ментов 32 и 33 сравнения и на выходах формирователей 34 и 35 импульсов не будут сформированы- сигналы совпа5 дения значений, записанных в регистрах 30 и 31 и буферном регистре 5 °

Элементы ЗАПРЕТ 38 и 49 будут открыты и записанные в регистрах 30, 31 значения статистической выборки, представленные параллельным и-разрядным потенциальным двоичньм кодом, где символу "1" соответствует высокий потенциал, а символу "0" - низкий (фиг. 5, 17, 18), будут поданы на соответствующие входы узлов 46 определения максимального значения блока

3, выполненных аналогично друг другу.

Узел 46 определения максимального числа работает следующим образом.

Поступающие на его входы по связям 17 и 18 двоичные числа запоминаются поразрядно при помощи триггеров

49 и 50 н подвергаются сравнению.йрн этом символу "1" соответствует высо25 кий потенциал на выходе триггера, а символу "0" - низкий. Такое состояние триггеров сохраняется до прихода с выхода делителя 6 частоты на сбрасывающие входы триггеров 49 и 50

З0 очередного синхронизируюшего импульса по связи 13 управления.

Формируемые таким образом импульсные комбинации сравниваемых чисел (фиг. 5, 17, 18) инвертируются элементами НЕ 53 и 54 и поступают на соответствующие элементы И 51 и 52.

Реализуется принятое в данном устройстве логическое правило сравнения чисел: из сравниваемых двоичных чисел

40 то максимальное, у которого символ

"1" в более старшем разряде, т.е. на выходе элемента И 511 (фиг. 5, 65) появится импульс, если в старшем разряде первого числа символ "1", и в

45 аналогичном старшем разряде второго числа (фиг. 5, 66) символ "0". На фиг. 5 кодовые комбинации первых чисел изображены сплошными линиями, а комбинации двоичных сигналов вторых

50 чисел — пунктирными. По аналогии, если в первом старшем разряде первого числа "0", а в соответствующем разряде второго числа "1, как это имеет место в третьей паре сравниваемых чисел (фиг ° 5) тО импульс пОЯВитсЯ на выходе элемента И 52„ (фиг. 5, 66 ). Если большее число определяется по результатам сравнения старших разрядов, то возникает необходимость ис50

5 144144 ключать результаты сравнения в младших разрядах. С этой целью импульс результата сравнения старших разрядов, сформированный на одном из выходов 65 или 66 через соответствующие . 5 элементы ИЛИ 55 и 56 запрещает, воздействуя на запрещающий вход элементов ЗАПРЕТ 57 и 58 последующих блоков сравнения, прохождение импульсов ре- 1п эультатов сравнения в более младших разрядах на соответствующие выходы 65 или 66 . Для повышения надежности запрета импульсов результата сравнения запись символов сравниваемых значений 15 в триггеры 49 и 50 более младших разрядов производится с линейно возрастающей задержкой в элементах 47 и 48 задержки, определяемой переходными процессами в элементах И 51 и 52 и 20 элементах НЕ 53 и 54 . В результате этого запрещающий импульс по результатам сравнения в более старшем разрядое будет сформирован несколько раньше, чем аналогичный импульс для 25 более младших разрядов, что будет спо-: собствовать повышению надежности работы схемы в целом..

Сформированный импульс результата сравнения (фиг. 5, 65, 66) проходит д0 через соответствующий элемент ИЛИ

60, 61 и открывает один из элементов

И 62, 63 для прохождения числа, призванного по результатам сравнения наибольшим, через элемент ИЛИ 64 на выход узла 46, Если сравниваемые двоичные числа различаются только символами в младшем разряде, то управляющий импульс будет сформирован на выходах элемен- 4р тов ИЛИ 59 или 59,. Сформированный импульс разрешит через элемент ИЛИ

61 считывание одного из совпавших чисел через элемент И 63 и элемент

ИЛИ 64 на выход узла 46.

Таким образом, на выходах 19 узлов

46 определения максимального значения первой очереди сравнения будут выделены иэ общего массива статистической выборки, равной N--4k "2k" наибольших значений, которые поступят в последующие узлы 46 определения максимального значения с "2k"-й по "3k"-ю, В результате последующего сравнения будут выделены из "2k значений статистической выборки "k" ее наибольших значений. Сравнение будет производиться до тех пор, пока не будет выделено одно наибольшее

l 6 число статистической выборки, Вьщеленное число запоминается в буферном регистре 5 и заносится в первый регистр блока 4 записи и хранения ранжированных значений массива. Заканчивается первый цикл работы блоков

2, 3 и 4.

Записанное буферным регистром 5 наибольшее число сравнивается со значениями, записанными в регистры

30 и 31. Если результат сравнения на выходах элементов 32 и 33 сравнения равен нулю, что имеет место при равенстве сравниваемых значений, то на выходе соответствующего формирователя импульсов 34 и 35 будет сформирован импульс. Сформированный импульсный сигнал, воздействуя на запрещающий вход соответствующего элемента

ЗАПРЕТ 38, 39, исключает участие в последующем сравнении в узлах 46 самого наибольшего числа, вьщеленного в первом цикле устройства. Этим импульсом, но задержанным соответствующим элементом 36, 37 задержки, выделенное в первом цикле работы устройства число стирается в соответствующем регистре 30, 31. Исключение числа при последующем сравнении в узлах 46 эквивалентно его замене числом 00000000 и, следовательно, работа устройства в последующих циклах попарного сравнения чисел не будет иметь отличий от рассмотренной. Одновременно счетчиком 44 будет подсчитано количество m; совпадений ранжированного значения Х ;1, которое по корректирующим связям 1-п заносится в блок 4 записи и хранения ранжированных значений массива (фиг. 6) и используется в нем для соответствующего изменения в соответствии с количеством повторений порядкового номера регистра записи следующего ранжированного значения. Порядковый номер регистра записи следующего ранжированного значения увеличивается при этом на количество повторений предыдущего ранжированного значения.

Работа блока 4 записи и хранения ранжированных значений массива (фиг.б) отличается от работы блока 1 ввода и хранения массива данных тем, что записываемое по связи 19 „„в регистре

71 ранжированное значение сопровождается занесением в регистр 77 через открытый элемент ЗАПРЕТ 78 соответствующего числа его повторений.

7 14414

Соответствие индексов регистров записи ранжированных значений и числа их повторений обеспечивается в данном устройстве за счет того что открыва9

5 ется для занесения числа в регистр

77; только тот элемент ЗАПРЕТ 78,, на разрешающем входе которого будет высокий потенциал от собтветствующего триггера 74;. А последнее возможно только при занесении в соответствующий регистр 71; очередного ранжированного значения. Записанное в регистр

77; число, воздействуя через элемент

ИЛИ 76 ; на запрещающий вход элемента

ЗАПРЕТ 78;, запрещает повторную за время анализируемой статистической выборки запись числа. Дешифратор 75 . обеспечивает коммутацию высокого по1 тенциала триггера 74. на один из его 2р выходов 1,2,3,..., порядковый номер которого соответствует числу повторений, записанному в регистре 77 . Если записанное ранжированное значение одно единственное в статистической вы- 25 борке (число повторений равно 1), то

Ф высокий потенциал с выхода триггера

74 будет подан на первый выход дешифратора 75 и откроет очередной элемент И 70;„для записи следующего 30 ранжированного значения. Если число повторений m,=2 то выход триггера

74. будет скоммутирован на второй выход дешифратора 75 . При этом дпя записи очередного райжированного зна- 35 чения будет подготовлен регистр 71;,z.

Аналогично, если m.=cl то очередное ранжированное значение будет записано в регистр 71;,„. Одновременно с записью очередного ранжированного зна- 40 чения будут установлены через элементы И 79 в состояние с низким потенциалом на выходе все предшествующие триггеры 74, что будет способствовать обеспечению защиты записанных 45 данных от стирания до накопления в счетчике 44 числа N равного объему статистической выборки, Работа блока

4 записи и хранения ранжированных значений массива при записи последу- 5п ющих ранжированных значений и данных о их повторении аналогична рассмотренной. После накопления установленного объема статистической выборки на выходе 23 „, счетчика 44 будет . сформирован импульс, которым будут считаны данные, записанные в регистрах 71 и 77, Блок 4 будет готов для записи новых значений. Таким образом, 41 8 особенность используемого в устройстве ранжирования такова, что иэ повторяющихся значений в вариационный ряд заносится только первое, Благодаря этому повышается быстродействие устройства, поскольку уже на этапе ранжирования исключаются слагаемые, заведомо равные нулю (У.„;Ум))=0 для повторяющихся значений.

Операции сравнения также продолжаются до тех пор, пока в счетчике

44 не будет записано число, равное объему статистической выборки N. При этом счетчик переполняется, обнуляется и на его выходе 23„„ будет сформирован синхронизирующий импульс, которым будет переписаны из блока I ввода и хранения массива данных в блок 2.. хранения и распределения массива данных значения следующей статистической выборки. Одновременно этим же импульсом будут считаны из блока 4 записи и хранения ранжированных значений массива ранжироварные значения У<,, i=1,...,N-т; m= m;, i=-! где m; — число повторений i-ro числа, m — общее число повторений в выборке.

Далее в блоках 7 определения разности будут определень(разности У . -У() которые в блоках умножения будут умножены на весовые коэффициенты (N-i)i хранящиеся,в регистрах 9. Полученные в результате перечисленных операций значения сводятся в единую последовательность блоком 10 элементов KIN u суммируются в накапливающем сумматоре 11. Результаты суммирования считываются следующим импульсом, сформированным на выходе счетчика 44, и умножается в блоке 8,),умножения на коэффициент ) !/N(N-1), хранящийся в регистре 9„. Полученный результат: представляет собой оценку среднеквадратического отклонения (СКО) значений случайного процесса.

Учет априорной информации о величине Е где Š— математическое ожидание числа резко отличающихся значений, например, недостоверных измерений в статистической выборке объема N, округленное до ближайшего целого, может осуществляться корректировкой объема выборки ранжированных значений по правилу M=N-(m-E„), что позволяет полностью исключить влияние на оценку СКО аномальных измерений за счет отбрасывания крайних членов вариационного ряда. Последние как раз

9 14414 являются экстремальными значениями элементов статистической выборки.

Тем самым оценки СКО и дисперсии, вычисляемые в предлагаемом устройстве, приобретают свойство повышенной ус5 тойчывости к аномальным данным.

Предлагаемое устройство отличается от известных возможностью редактирования выборки данных, основу которого составляет усечение экстремальных значений анализируемого случайного процесса, а также использованием особенностей алгоритма вычислений для повыщения быстродействия ранжирования при наличии в статистической выборке повторяющихся значений.

Формула изо брет ения

1 . Устройство для оценки до с товерности результатов измерений, содержащее блоки определения разности, блок элементов ИЛИ, последовательно соединенные накапливающий сумматор и 25 блок умножения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьппения точности устройства, в него введены блок ввода и хранения массива данных, блок хранения и распределения массива З0 данных, блок определения максимального значения, буферный регистр, блок записи и хранения ранжированных значений массива, 4k-1 блоков умножения, 4К регистров, (где 4k=M — объем статистической выборки), генератор импульсов и делитель частоты, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, и входов блока ввода и хранения информаций являются информационными входами устройства, выходы "первых и вторых 2k групп блока ввода и хранения информации соединены с одноименными входами соответственно первых 2k групп и вторых 2k групп блока хранения и распределения масси- " ва данных, выходы первых и вторых 2k групп которого соединены соответственно с одноименными входами первых и вторых 2k групп блока определения максимального значения, п выходов группы которого соединены с одноименными информационными п входами группы буферного регистра и п входами блока записи и хранения ранжированных значений массива, первая группа выходов которого соединена с первыми входами первого блока определения разности, последующие 4k-2 групп

41 10 выходов, кроме последней, соединены с первыми входами одноименных блоков определения разности и вторыми входами предыдущих блоков определения разности, а последняя группа выходов соединена с второй группой входов предыдущего блока определения разности, выходы 4k-) блока разности соединены с первыми входами одноименных блоков умножения, вторые входы которых соединены с выходами одноименных регистров, выходы блоков умножения через блок элементов ИЛИ соединены с первым входом накапливающего сумматора, второй вход блока умножения 4k соединен с выходом регистра

4k, выход 4k-го блока умножения является выходом устройства, (n+1)-й выход блока хранения и распределения массива данных соединен с (n+1)-м входом блока ввода и хранения массива данных, (и+1)-м входом блока записи и хранения ранжированных значений массива и вторым входом накапливающего сумматора, корректирующие выходы группы блока хранения и распределения массива данных соединены с одноименными корректирующими входами блока записи и хранения ранжированных значений массива, объединенные управляющие входы блока хранения и распределения массива данных, блока определения максимального значения и буферного регистра соединены с выходом делителя частоты, выходы группы буферного регистра соединены с запрещающими входами блока хранения и распределения массива данных.

2, Устройство по п. 1, о т л ичающее с я тем, что, с целью повьппения быстродействия устройства, блок хранения и распределения массива данных содержит элемент ИЛИ, счетчик, 2k ячеек записи, каждая из которых содержит два регистра, два элемента сравнения, два формирователя импульса, два элемента ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ, три элемента задержки в первой ячейке записи и по четыре элемента задержки в каждой последующей ячейке записи, входы первого регистра каждой ячейки записи являются входами соответствующих первых 2k групп входов блока, а входы второго регистра каждой ячейки записи являются входами соответствующих вторых

2k групп входов блока, выходы группы каждого регистра соединены с пер11 144144 выми входами одноименных элементов сравнения и входами одноименных элементов ЗАПРЕТ, выходы которых являются соответственно выходами первых и вторых 2k групп блока, объединенные соответствующие вторые входы каждого элемента сравнения всех ячеек записи являются запрещающими входами блока, выход каждого элемента сравнения 10 через одноименные формирователи импульса соединен с входом одноименного элемента задержки, запрещающим входом одноименного элемента ЗАПРЕТ, и, кроме первой ячейки записи, выход первого формирователя импульса соединен с входом третьего элемента задержки, выход третьего формирователя импульса соединен с входом четвертого элемента задержки, выход первого 20 формирователя импульса в первой ячейке записи и выход третьего элемента

12 задержки последующих ячеек записи соединены с первым входом элемента

ИЛИ каждой ячейки записи, выход четвертого элемента задержки каждой ячейки записи, кроме первой, и выход третьего элемента задержки первой ячейки записи соединены с вторым входом элемента ИПИ каждой ячейки записи, соединенным с одноименньм входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом счетчика, (n+1)-й выход и корректирующие выходы которого являются соответственно (и+1)-м выходом и корректирующими выходами блока,выходы первого и второго элементов задержки каждой ячейки записи соединены с исключающим входом одноименного регистра, управляющие входы всех регистров объединены и являются управляющим входом блока.

Фив.8

1441441

14414ч !

1 441 44!

I Ч

1441441

Составитель Струков

Редактор А.Лежнина Техред М.Ходанич

Корректор М.Васильева

Тираж 558 Подписное В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6293/55

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,