Цифровой измеритель суммы размахов разнополярных выбросов случайного процесса

 

IQ П И С=А "Н" Й--1 ,ИЗОБРЕТЕНИЯ п11659969

0о:оз Совете..ни

p"- гол-

АВЬЗР КОМУ СВИ ЦЕТвйЬСЛВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.04.77 (21) 2474153/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.04.79. Бюллетень ¹ 16 (45) Дата )публикования описания 28.02.79 (51) М. Кл.

G 01 R 19/04

Гоеударственный комитет пе делам изобретений и открытий (53) УДК 621.317.32. .015.2 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. Д. Толчинский и В. В. Шкарпеткин

Ижевский механический институт (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СУММЫ РАЗМАХОВ

РАЗНОПОЛЯРНЫХ ВЫБРОСОВ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА

Цифровой измеритель суммы размахов разнополярных выбросов случайного процесса предназначен для использования в информационно-измерительной технике, в частности при построении анализаторов параметров случайного процесса.

Известно аналоговое устройство для измерения экстремальных значений функций, содержащее суммирующие цепи II интеграторы (1).

Однако аналоговые устройства для измерения экстремальных значений функций обладает низкой точностью измерения.

Известно также цифровое следящее устройство, содержащее преобразователь входного сигнала в частотно-импульсный сигнал, IBcTOTHbIH HvIb-орган, счетчик импульсов, преобразователь кода во время- IMпульсный сигнал (2).

Однако указанное устройство не обеспечивает достаточной точности при измерении экстремальных значений функций.

Целью предлагаемого цифрового измерителя суммы размахов разнополярных выбросов является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель суммы размахов разнополярных выбросов случайного процесса, содержaùèé последовательно соеди- З0 ненные преобразователь аналогового случайного процесса во время-импульсный сигнал, частотный нуль-орган, счетчик импульсов, преобразователь кода во времяимпульсный сигнал, введены дополнительные счетчик импульсов, преобразователь кода во время-импульсный сигнал и блок вычитания частот, первый и второй входы которого соединены с выходами основного и дополнительного преобразователей кода во время-импульсный сигнал, а выход бло«а вычитания частот подключен ко второму входу частотного нуль-органа, причем выход дополнительного счетчика импульсов соединен со входом дополнительного преобразователя кода во время-импульсный сигнал, а вход дополнительного счетчика импульсов соединен со вторым выходом частотного нуль-органа.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового измерителя размаха разнополярных выбросов случайного процесса; на фпг. 2 — временные диаграммы сигналов.

Цифровой измеритель суммы размахов разнополярных выбросов случайного процесса содержит преобразователь 1 аналогового случайного процесса во время-импульсный сигнал, частотный нуль-орган 2, счетчик импульсов 3, преобразователь 4

659969 кода во время-имгульсный сигнал, счетчик импульсов 5, преобразователь 6 кода во время-импульсный сигнал, блок 7 вычитания частот.

Работа цифрового измерителя суммы размахов разнополярных выбросов случайного процесса заключается 13 слсдукнцем.

Математическое ожидание стациснарного случайного процесса определяется по следующей формуле 10 где х; — дискретные выборки случайного 15 процесса x(t), à n — ч 1и1cс2л о o 1в31ы1tб3оo1р3оo3к,з3 а время наблюдения. Выражение (1) можно распространить на случай определс1шя математического ожидания размахов выбросов

М(хр) случайного стационарного процесса 20

x(t), где хр — размах выбросов, представляющих собой расстояние в един11цах измерения величины x(t) между двумя соседними экстремумами функции x(t), причем хр+, — размах между i-ым и (1+1)-ым 25 эстремумами при положительной производной функции x(t) 8 промежутке времени между этими экстремумами, х„— прп отрицательной производной х(/). Тогда

Л !(х +)= „ хр.r, (2)

Л (хр (3) п..п

Л1 (х,) Ъ (x,, /хр 1 ), (4) 40

1 где и3, и- — число размахов хр и х„ соответственно за время наблюдения случайного процесса x(t). Для определения 45 математических ожиданий согласно выражениям (2, 3, 4) необходимо производить измерение всех размахов хр, и просуммировать их за время наблюдения x(t).

Входной аналоговый сигнал а (фиг. 2) х(/) поступает на преобразователь 1 (фиг. 1), с выхода которого снимается время-импульсный сигнал, например частотноимпульсный сигнал F (t) с частотой им- 55 пульсов, пропорциональной входному сигналу а x(t) (фиг. 2). Тогда преобразователи 4 и 6 преобразуют коды в частотноимпульсные сигналы F1 и F2 соответственно.

На выходе блока 7 вычитания частот по- 60 является разностный сигнал Fp —— F> — F>, Частотный нуль-орган 2 имеет два выхода: на первом выходе получается разносный сигнал ЛР1 — — F„— Fp (фиг. 2), на втором выходе +АР— — F p — F,. 65

Пусть в начальный момент времени оба счетчика обнулены, тогда Р1 — — О и F2 — — -О.

При подаче входного сигнала Р„разностный сигнал появляется на первом выходе частотного нуль-органа 2. Путем преобразования выражения для ЛЕ1 можно показать, что часть устройства, содержащая счетчик импульсов 3, преобразователь 4 и блок 7 и частотный нуль-орган 2 представляют собой следящий преобразователь

ЬР, =Р— F,=(Å +Р,) — Р„(5) Так как согласно условию, вначале работы Г2 —— О, то

Ь1, Š— F,, Импульсы ЛУ1 поступают на счетньш вход счетчика импульсов 3, заполняя е.о объем. Код, снимаемый с выхода счетчика импульсов 3, преобразуется лпнсйно преобразователем 4 в частотно-импульсный сигнал F1.

Таким образом, исходя из выражения (5), видно, что F1 является сигналом обратной связи в этом следящем преобразователе. Следовательно, код счетчика импульсов 3 следит за изменением входного сигнала,- (а, следовательно, н х (11 ), В точке А (фиг. 2), имеется экстремум, за которым производная от x(t) меняет свой знак на противоположный (на минус). В точке А F„=F1 — — FA, за точкой А ЛР1 —— -О, так как разность, выражение (5), становится отрицательной, счет импульсов счетчиком импульсов 3 прекращается, и в нем хранится значение кода, соответствующего точке А, преобразователь 4 вырабатывает сигнал Р1 — — Р,. С точки А начинают появляться импульсы на втором выходе частотного нуль-органа 2

ЬР, =Р, — F„=(F, — F ) — F,. (6) счет импульсов счетчиком 5 прекращается, Вторая часть устройства, состоящая из счетчика импульсов 5, преобразователя 6 и блока 7 вычитания частот и частотного нуль-органа 2 также представляет собой следящий преобразователь, у которсго входной сигнал равен разности (Е1 — F,,), и сигнал обратной связи Е2. Таким образом, на участке за точкой А входной сигнал равен (F1 — F„)-сигнал t3Fq на фнг. 2.

Код, снимаемый с выхода счетчика импульсов 5, следит за изменениями входного сш.нала, т. е. повторяет форму сигнала в, до точки Б, где существует следующий экстремум. В точке Б Fp — — Рв, следовательно, I — — FA — Гв, т. е. в счетчике импульсов 5 накапливается код, пропорциональный разности FA — гв, следовательно, пропорциональный размаху между соседними экстремумами х„1 (фиг. 2, стрелка д). За точкой Б AF2 — — О, так как (F F.) = (,,— ",,) (Г,, 659969 и в нем хранится значение размаха х„-i, одновременно появляются импульсы по первому выходу частотного нуль-органа 2

h F < t согласно выражения (5)

ЬГ =-(Г ye) — F =(F — FÄ) — F, (7)

Открывается первый блок следящего преобразования, и код счетчика импульсов 3, имея vie значение точки А, за точкой Б начинает следить за изменениями входного 10 сигнала F„îò точки Б до точки В, этому соответствует подъем графика б за точкой

Б. В точке в наступает следующий экстремум, при этом Е„=Е„следовательно, на этом участке F — — Ä— Рв =Рр, а код в 15 счетчике импульсов 3 пропорционален сумме F, =F +Гр+,, т. е. пропорционален размаху хр >.

За точкой в, AF =O; ЛЕ )0, открывается второй блок следящего преобразования, 20 в которой накапливается код, равный в точке Г сумме размахов (хр-1+хр ). За точкой Г снова открывается первый следящий блок, работающий до следуюшего экстремума, при наступлении которого в 25 счетчике импульсов 3 накапливается код, равный сумме (хp+J+xp+9).

Таким образом, в конце времени наблюдения в счетчике импульсов 3 накапливается код 30 л, N,,хр .t

1 а в счетчике 5 — код

N,—. хр i, 1 согласно выражений (3, 4) . Для получения суммы всех размахов необходимо, чтобы разностный сигнал F<, снимаемый с выхода блока 7 вычитания частот, следил за всеми изменениями входного сигнала F„, что достигается выбором постоянной времени

Т обоих следящих схем предлагаемого устройства, передаточные функции которых в процессе слежения описываются также выражением (5).

Аналогично протекает работа измерителя суммы размахов в случае фазоимпульсного входного сигнала, т. е. когда преобразователь 1 преобразует входной аналоговый сигнал x(f) в последовательность импульсов с переменным периодом следования, тогда преобразователи 4 и б также должны формировать фазо-импульсные сигналы.

Формула изобретения

Цифровой измеритель суммы размахов разнополярных выбросов случайного процесса, содержащий последовательно соединенные преобразователь аналогового случайного процесса во время-импульсный сигнал, частотный нуль-орган, счетчик импульсов и преобразователь кода во времяимпульсный сигнал, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены счетчик импульсов, преобразователь — код во время-импульсный сигнал и блок вычитания частот, первый и второй входы которого соединены с выходами преобразователей кода во время-импульсный сигнал, а выход блока вычитания частот подключен ко второму входу частотного нуль-органа, причем выход дополнительного счетчика импульсов соединен со входом дополнительного преобразователя — код во времяимпульсный сигнал, а вход дополнительного счетчика импульсов соединен со вторым выходом частотного нуль-органа.

Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе

1. А. В. Блохин. Аппаратурный анализ характеристик случайных сигналов. М., Энергия, 1976, с. 29 — 44.

2. Новицкий П. В. Цифровые приборы с частотными датчиками, Л., «Энергия», 1970, с. 398, рис, 14 — 10.

659969

Х

1 1 (г (! йир1

DF> "х() 1

1

M L х

Редактор М. Афанасьева Составитель А. Филиппов Корректоры: Л. Орлова и А. Галахова

Заказ 570/5 Изд. ¹ 283 Тираж 1089 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2