Статистический анализатор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

„,>842833 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 180579. (21) 2772410/18-24 с присоединением заявки М(23) ПриоритетОпубликовано 3006.81. Бюллетень N9 24 (5t}pA Kmç

G 06 F 15/36

Государственный комитет

СССР во делам изобретений и открытий (53} УДК 681. 3 (088. 8) Дата опубликования описания 3006.81 (72) Авторы изобретения

В.И. Жулев, Г.А. Садовский и Н.М. Пасько с !

I

f ( (t !

Рязанский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЭАТОР

Изобретение относится к устройствам амплитудного статистического анализа случайных процессов и,может быть использовано при ресурсных

5 испытаниях механических объектов, в системах экстремального регулирования и управления, а также в ряде областей информационно-измерительной и контрольной техники., 10

При испытаниях машин и механизмов. на прочность, надежность и долговечность одним из основных методов систематизации, случайных нагрузок является метод экстремумов, предусматривающий подсчет макисмумов H+ (минимумов Н) иа различных уровнях.

В результате анализа строят ступенчатую кривую (гистограмму) или кривую распределения экстремумов

W (Н) (1), В

Однако для процессов с широким частотным спектром такой подход дает завышенные оценки прочности и долговечности при случайном режиме нагружения.Разновидностью метода является подсчет экстремумов, наибольших между пересечениями процессом, х (t) среднего уровня х.В этом случае на участке между двумя пересечениями берется только одно эначе- 30 ние: максиМУм-максимоРУм Н „т + или минимум-миноморум Н„., При систематизации таким способом выпадает часть колебаний малой амплитуды. ,но это приводит к меньшей погрешности в оценке усталостной прочности, чем при классификации по всем экстремумам.

Известен статистический анализатор, содержащий преобразователь напряжение-читало импульсов, двоичный счетчик, ключи, регистр, преобразователь код-аналог, дифференциатор, триггер, дешифратор, схемы И, регистратор (2).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является статистический анализатор, содержащий аналого-цифровой преобразователь, буферный регистр, синхронизатор, схему сравнения кодов, триггер, переключатель, регистратор (33 .

Недостатками известных анализаторов является то, что анализ проводится путем сортировки и подсчета всех экстремумов, которые в общем случае могут быть коррелированы между собой, что приводкт к загрузке запоминающий устройств ввиду завыI шенного объема обрабатываемых дан842833 ных, кроме того, в результате анализа по полному объему весх экстремумов получаются завышенные оценки усталостной прочности испытываемых : объектов.

Цель изобретения — повышение точности анализатора путем сокращения объема обрабатываемой информации, Поставленная цель достигается тем, что в статистический анализатор, »О содержащий аналого-цифровой пресбразователь, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения кодов и к первому информационному входу буферного регистра, выход которого соединен со вторым входом схемы ,сравнения кодов и с информационным входом регистратора, синхронизирующий вход буферного регистра подключен к первому выходу синхронизатора, второй и третий выходы которого сое- 20 динены с синхронизирующими входами соответственно схемы сравнения кодов и аналого-цифрового преобразователя, в него введены элемент И, формирователь импульсов, элемент задержки, 25 усилитель-ограничитель, центрирующий фильтр в пороговый блок, первый вход которого объединен с информационными входами аналого-цифрового преобразователя, центрирующего филь- 3() тра и является входом анализатора, второй вход порогового блока соединен с выходом центрирующего фильтра, а выход подключен к входу усилителяограничителя, выход которого соединен с первым входом элемента И непонепосредственно, а через формирователь импульсов подключен к входу фиксации регистратора И входу элемента задержки, выход которого соединен со вторым информационным вхо- 40 дом буферного регистра, третий информационный вход которого подключен к выходу элемента И, второй вход которого соединен с выходом схемы сравнения кодов. 45

На фиг. 1 показан анализатор, структурная схема; на фиг. 2 представлена диаграмма работы анализатора.

Статистический анализатоР состоит из аналого-цифрового преобразователя

1, центрирующего фильтра 2 и порогового блока 3, выход которого через усилитель-ограничитель 4 подсоединен к формирователю 5 импульсов.

Выходы аналого-цифрового преобразователя соединены со входами схемы 6 сравнения кодов и буферного регистра

7. Выход схемы сравнения кодов через элемент И 8, другой вход которого подключен к выходу усилителя- 6Р ограничителя 4, соединен со входом буферного регистра 7. Выходы последнего подсоединены к входам схемы сравнения кодов и регистратора 9 (многоканального). Выход формирова- g5 теля 5 импульсов подключен непосредственно к регистратору 9 и через элемент 10 задержки(— к буферному регистру 7. Выходы синхронизатора

11 соединены со входами аналогоцифрового преобразователя 1, схемы б сравнения кодов и буферного регистра 7.

Сущность изобретения заключается в аппаратурной реализации укаэанного выше способа анализа экстремумов, наибольших между. пересечениями процессом среднего уровня. Покажем эф-, фективность этого способа с точки зрения сокращения числа анализируемых экстремумов на примере нормального стационарного широкополосного случайного процесса с плотностью распределения

-х .W(x)= е2Ъ (1)

Г2 и 6 и корреляционной функцией др=ъ р„(ь) =ъ р„(р)= ъ e ", (n) где y„() — нормированная корреляционная функция; постоянный коэффициент.

Определим среднее число экстремумов на интервале между соседними нулями процесса. Задача сводится к определению числа, (Ъ)

MtNgj м(й,) где К» — число нулей процесса на интервале реализации Т;

Ng — число экстремумов на той же реализации.

Число экстремумов N,1 реализации процесса х (t) можно представить как число нулей реализации х (t) на том же интервале (нормальный стационарный процесс дифференцируем) . Тогда, как показано в работе. и(и)-. р"„ о) т, а» где „(0) — значение второй производной от нормированной корреляционной функции процесса при (=О, и аналогично

M(m 1 @ .р „ po),. (ь)

Значение второй производной от коэффициента корреляции Р„(Д =Г при » =0 равно р„" (О)= -2г . Коэффициент корреляции производной процес-. са определим из следукй»егo соотношения р„(ц= — "„=е ((-2o t ), (e)

9х (т ) у" (o) тогда значение. второй производной от (б) при v ==0 будет н.»еть вид

842833 я" (0) =-бо . Подставляя найденные

Г)1коэффициенты в (3), получим

Г " 8>)

Я (o) 50

Следовательно, при реализации метода подсчета экстремумов с пересечением среднего уровня необходимо анализировать в ГЗ раз меньше значений, чем при подсчете всех экстремумов.

Устройство функционирует следующим образом. 15

Исследуемый. процесс х (t) преобразуется аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 1 в параллельный код с периодом выборки, задаваемым синхронизатором 11. Одновременно исследуе- 20 мый процесс поступает на центрирую(ций фильтр 2, который выделяет его среднее значение х, и на пороговый блок 3, где осуществляется вычитание среднего значения из входного сигнала, 5 т. е. U = x(t) -х. Следовательно, . пороговый блок 3 пропускает участки исследуемого процесса х (t), превышающие уровень среднего значения х (фи)г. 2, а). С помощью усилителяограничителя 4 сигналы превышения, снимаемые с порогового блЬка 3, преобразуются в прямоугольные импульсы (П вЂ” импульсы), длительности которых равны интервалам между

35 пересечениями процессом среднего уровня (фиг. 2,б).

Взаимное временное согласование работы блоков анализатора осуществляет синхронизатор 11. В первый такт производится измерение зне- 40 чения входного процесса с помощью

АЦП. Во второй — сравнение кода АЦП и содержимого буферного регистра 7, с помощью схемы б сравнения кодов, в третий — перепись кода АЦП в ре- 45 гистр 7, после чего цикл повторяется. Перепись кода,из АЦП в регистр 7 осуществляется по сигналам, снимаемым с шины !) (больше) схемы б сравнения кодов, которые выраба тываются только в том случае, если текущее значение кода АЦП превышает предыдущее значение кода, хранящееся в регистре 7, т.е.

N > N . Импульсы записи co 6 55 сравнения кодов поступают на бу1 7 ферный регистр 7 через элемент И 8, который открывается на время действия каждого П - импульса, снимаемого с усилителя-ограничителя 4.

Таким образом, к моменту окончания 60 очередного П-импульса в буферном регистре накапливается значение Н„-,+, наибольшее между пересечениями процессом .среднего уровня (значения 2 и б, фиг. 2, а). Задним б5 фронтом П-импульса запускается формирователь 5, который вырабатывает импульс (фиг. 2,в), фиксирующий накопленное значение Н,), в мнОгоканальном регистраторе 9. Тот же импульс, прошедший через элемент 10 эадержкй (фиг . 2, г), осуществляет установку буферного регистра 7 в нулевое состояние, подготавливая тем самым схему. к следующему измерению.

Если использовать в схеме б сравнения кодов выходную шину (меньше). и производить установку буферного регистра 7 в единичное состояние (на схеме не показано), а также осуществлять запись в ре.— гистр по правилу N, (N„, то в последнем будут накапливаться значения Н наименьшие на интервалах !

Il-! ! ! пересечения (значение 5 фиг. 2, a) .

Таким образом, за время анализа в многоканальном регистраторе, использующем предварительную дешифрацию поступающих кодов, накапливается информация о плотности распределения наибольших W(H +). или наименьших

W (Н„„ ) значений случайного процесса на интервалах между пересечениями им среднего уровня. Это позволяет сократить объем обрабатываемых данных, что обеспечивает снижение погрешности в определении оценок усталостной прочности и долговечности мехаНИЗМОВ

Формула изобретения

Статистический анализатор, содержащий аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения кодов и к первому информационному входу буферного регистра, выход которого соединен со вторым входом схемы сравнения кодов и с информационным входом регистратора, синхронизирующий вход буферного регистра подключен к первому выходу синхронизатора, второй и третий выходы которого соединены с синхрониэирующими входами соответственно схемы сравнения кодов и аналогоцифрового преобразователя, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности анализатора, он содержит элемент И, формирователь импульсов, элемент задержки, усилитель-ограничитель, цеитрирующий фильтр и пороговый блок, первый вход которого объединен r. информационными входами аналого-цифрового . преобразователя, центрируюшего фильтра и является входом анализатора, второй вход порогового блока соеди-. нен с выходом центрирующего фильтра, 842833

6Üå. ю а выход подключен к входу усилителяограничителя, выход которого соединен с первым входом элемента И непосредственно, а через формирбватель импульсов подключен к входу фиксации регистратора и входу элемента задержки,:выход которого соединен со вторым информационным входом буферного регистра третий информационный вход которого подключен к выходу элемента И, второй вход которого соединен с выходом схемы сравнения кодов.

ВНИИПИ Заказ 5104/62

Тираж 745 Подписное

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Слобин Б.З., Трофимов О.Ф., Статистический анализ измерений случайной нагруженности для оценки накопления усталостного повреждения. Вестник машиностроения, 1966, 9 10.

2. Авторское свидетельство СССР .

В 399868-, кл. G 06 F 15/36, .1972.

3. Авторское свидетельство СССР

9 506869, кл. G 06 F .15/36, 1974 (прототип) .