Устройство для измерения уровня, превышаемого случайным процессом с заданной вероятностью

 

(!i) 595676

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21.06.76 (21) 2376429, 18-21 (51) Ч. 1хл G 01k 19, 16 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делан изобретений н открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 28.02.78. Бюллетень № 8 (45) Дата опубликования опис.ния 20.03.78 (53) УДК 621.317.7 (088.8) (72) Автор изобретения

M. А. Быховский (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ, ПРЕВЫШАЕМОГО СЛУЧАЙНЫМ ПРОЦЕССОМ С

ЗАДАННОЙ ВЕРОЯТНОСТЬЮ

Изооретение касается измерительной техники и может быть использовано при измерении закона распределения вероятностей случайного процесса.

Известны устройства измерения плотности распр.", еления вероятностей случайных процессов, основанные на измерении времени, в течение которой случайный процесс превышает заданный уровень (1).

1-тсдостатком этих устройств является низкая точность измерения.

Из известных устройств наиболее близким к описываемому по технической сущности является устройство, содержащее N основных блоков сравнения поступающего на вход устройства случайного процесса с N заданными порогами, выходы которых подключены к формирователям напряжений, пропорциональных проценту времени превышения этих напряжений случайным процессом (21.

Этому устройству присущ ряд недостатков, связанных со сложностью согласования диапазона измерений напряжений и «шага» между соседними порогами этого устройства с неизвестным заранее размахом напряжений измеряемого случайного процесса.

Вследствие нестабильности коэффициента усиления тракта, предшествующего входу измерительного устройства, а также нестабильности величин порогов, измерение плотностей распределения вероятностей известного устройства оказывается низкой, особенно на

«хвостах» этих распределений, соответствующих большим отклонениям случайного про5 цесса от среднего значения.

При использовании известного устройства для измерения уровня, превышаемого случайным процессом с заданной вероятностью, должен фиксироваться тот из общего числа N

10 порогов, длительность превышения которого случайным процессом соответствует заданному проценту времени.

Таким образом, для решения задачи измерения уровня, превышаемого случайным про15 цессом в заданном проценте времени, известное устройство должно содержать N блоков сравнения, поступающего на вход устройства случайного процесса с фиксированными порогами, причем должна быть предусмотрена

20 процедура согласования «шага» между соседними порогами с размахом напряжений измеряемого случайного процесса.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

25 Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее два канала из последовательно соедпненны. релейных элементов, фильтров нижних частот и аттснюаторов, введен усилитель и два вычитателя, при этом вход одного

30 вычитателя подключен к выходу усилителя и

595676

Выходной клемме E стройстВа, ВтОрой ВхОд— к Входной клемме. устройства, а выход — к

Входам рслсйных элементов, входы другого вычитателя подключены к выходам аттенюаторов, а выход подключен к входу усилителя.

Ни чертеже представлена блок-схема устройс гва.

Устройство содержит первьш вычита1ель 1, соединенный по одному из входов с входом устройства, а по выходу — — с релейным блоком 2. 11оследний содержит два релейных элемента 3 и 4, входы которых соединены с входом блока 2, а выходы соответственно с входами фильтров 5 и 6 нижних частот, выходы которых через атICEIroaторы 7 и 8 связаны с входами вгорого вычитателя 9, связанного по выходу через усилитель 10, выход которого является выходом устройства, со

Вторым входом вычитателя 1.

Работает устройство следующим образом.

Измеряемый случайный процесс х(/) поступает на вход вычитателя 1, где г1з него вычитается постоянное напряжение у, сформированное на выходе усилителя 10, обладающего коэффициентом усиления К. Разностный сигнал c(i) =x(t) — у поступает на Вход релейного блока 2, где в релейных элементах

3 и 4 формируются дискретные сигналы 2{/) и z21i), соответственно принимающие зпа !сния 0 или 1 В зависимости От условий, если =-(i)) 0, Io z,(t) = 1, z,(t) == 0 если:- (t) (О, то z, (t) =- О, z, (t) == 1.

Сигналы z.„(t) и z2(t) поступают на вход фильтров 5 и б нижних частот, которые выделяют из пих постоянные составляюшие zz и гз соответственно. Эти составляющие через аттспюаторы 7 и 8, вносящие затухание Л2 и

Лз, определяемое исходя из заданного процента Рза11 ВРЕМЕНИ ПРЕВЫШЕНИЯ ПРОЦЕССОМ Х(1) измеряемой уровня g, поступают на вход второго вычитателя 9, формирующего разностный сигнал z=52z2 — Лзг„. Этот сигнал усилиьается усилителем 10 и сформированный сигнал У=Кг, действующий на выходе этого усилителя, поступает на второй вход вычитателя 1.

Сигнал у и является измеряемым уровнем, который превышается случайным процессом

Ia входе в заданном проценте времени.

Работу устройства можно рассмотреть, составив несколько уравнений.

Если ввести функцию

f{u) =

О о(0, где v — величина сигнала, ro имеем следующие уравнения, связывающие напряхкения в различных точках устройства.

О г, С f (X — у) р(х) dx i p(x) dx;,!

z3 — j 1 {у — x) p {x) dx 2= p (x) clx =

=- 1 — ) р (х) а х;

10 а — 2za з азз У: 7 а! здесь р(х) — неизвестная заранее плотность распределения вероятностей значений измеря15 емого процесса x(t), Собирая уравнения (1) гместе можно записать следующее уравнение, связывающее у и 1 p(x) dx

К Л, ) p{x)dx — Ь, 1 — С p(x)dk ==у, (2) !.! !! на выходе предлагаемого устройства согласно формуле (4) будет сформирован измеряемый уровень у. Точность измерений уровня у в предлагаемом устройстве определяется точностью установки затуханий Л и Лз аттенюаторов, которую легко сделать весьма высокой.

1 роме того, предлагаемое устройство существенно проще известного, которое для решения той же технической задачи должно содержать большое число блоков сравнения значений случайного процесса с фиксированными уровнями.

Форму Ià пзооретения

Устройство для измерения уровня, превышаемого случайным процессом с заданной

00 вероятностью, содержащее два канала из последовательно соединенных релейных эле. ментов, фильтров нижних частот и аттенюаторов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабже65 по усилителем и двумя выч* тателями, при из которого следует, что при К)) 1 имеет место следующее приближенное равенство

СО 2 з ь, 1p(h) а х=. 4, 1 — j p(х) dx . (3)

i! !/

Откуда видно, что

jp (x) dx — = Є,. (4)

Таким образом, после установки соотношений затуханий аттенюаторов 7 и 8, исходя из заданной вероятности P»II превышения процессом x(t) неизвестного уровня

40 з " зад

Составитель Ф. Цареградский

Редактор Н. Суханова

Техред И. Михайлова

Корректоры: О. Данишева и T. Добровольская

Заказ 700/22 Изд. № 301 Тираж 1154

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2 этом вход одного вычитателя подключен к выходу усилителя и выходной клемме устройства, второй вход — к входной клемме устройства, а выход — к входам релейных элементов, входы другого вычитателя подключены к выходам аттенюаторов, а выход подключен к входу усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Нечаев Ю. А. Применение метода Монте-Карло в измерительной технике. Труды

5 ВНИИЭП, Л., 1969, вып. 1/5.

2. Сборник трудов ГОС НИИ Министерства связи, вып. 2, 1962, стр. 107, рис. 2.