Устройство для определения плотностивероятности

 

Союз Советских

Соцналнстнческих

Реслублнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 25. 05. 79 (21) 2768573/18-24

< «845164 (зцм. к,. с присоединением заявки М

G G 7/52

Государственный комитет

СССР яо делам изобретений н открытий (23) Приоритет (53) УДК 681. 3 (088.8) Опубликовано 070781 Бюллетень Мо 25

Дата опубликования описания 07. 07. 81 (72) Автор изобретения

П.И. Кныш (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ

ВЕРОЯТНОСТИ

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, предназначено для измерения, плотности вероятности экстремальных значений случайного сигнала и плотности вероятности случайного сигнала и может быть использовано в системах аппаратурного анализа случайных вибраций, где требуется одновременное определение плотности вероятности случайного сигнала и плотности вероятности экстремальных значений.

Известно устройство для определения плотности вероятности,1J, г содержащее сумматор, источник регулируемого постоянного напряжения, усилитель-ограничитель, источник . вспомогательного прямоугольного напряжения, синхронный детектор и интегратор.

Однако устройство не измеряет одновременно плотность распределения экстремальных значений случайного сигнала и плотность распределения случайного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения плотности вероятности (2), содержащее блок накопления и регистрации, первый и второй сумматоры,.первые входы которых объединены и являются входом устройства, вторые и третьи

5 входы су аторов подключены соответственно к первому и второму входам источника регулируемого постоянного напряжения, к первому и второму входам вспомогательного прямоугольного напряжения, выходы сумматоров соответственно через первый и второй двусторонние ограничители подключены к первому и второму блоку вычитания, выход которого

15 соединен с первым входом синхронного детектора, второй вход которого подключен к первому выходу источнику вспомогательного прямоугольного напряжения, генератор пилообразно20 ro напряжения, генератор импульсов опроса и соответственно для положительного и отрицательного напряжении исследуемого сигнала две цепочки, каждая из которых состоит из последовательно соединенных элемента И, модулятора и аналого-цифрового преобразователя (АЦП).Первые входы элемента И объединены и являются входом устройства, вторые вхо30 ды объединены и подключены к выходу

84 164 синхронного детектора, входу генератора импульса опроса, первому входу блока .накопления регистраций и первому входу генератора пилообразного напряжения, второй и третий входы которого подключены к выходам элементов И, соответственно первой и второй цепочек, а выход генератора пилообразного напряжения соединен с входом источника регулируемого постоянного напряжения, третий выход которого соединен со вторым входом блока накопления и регистрации и с другими входами модуляторов первой и .второй цепочки. Другие входы АЦП объединены и подключены к выходу генератора импул> ов опроса, разрядные выходы АЦП подключены соответственно к первой и второй группам входов блока накопления и регистраций.

Это устройство не измеряет одновременно плотность вероятности экстремальных значений и плотность вероятности случаиного сигнала, что приводит к увеличению времени анализа.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет измерения плотности вероятности экстремальных значении случаиного сигнала при одновременном измерении плотности вероятности случайного, сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения плотности вероятности, содержащее двусторонний ограничитель, блок накопления и регистрации, две цепочки соответственно для положительного и отрицательного напряжения исследуемого сигнала, каждая из которых состоит из последовательно соединенных эле мента И, модулятора АЦП при этом первые входы элементов И объединены и являются входом устройства, вторые входы объединены и подключены к первому входу блока накопления и регистрации и управляющему входу генератора пилообразного напряжения, первый и второй информационные входы которого подключены к выходам элементов И соответственно первой и второй цепочек, а выход генератора пилообраз ного напряжения соединен с входом источника регулируемого постоянного напряжения, выход которого соединен со вторым входом блока накопления и

< регистрации и со вторыми входами, модуляторов первой и второй цепочек, другие входы АЦП объединены и подключены к первому выходу генератора импульсов опроса, а разрядные выходы

АЦП подключены соответственно к группе первых и группе вторых разрядных входов блока накопления и регистрации, введены реверсивный счетчик, последовательно соединенные диффе— .ренцирующая цепсчка и ограничитель

)0

20 аь

60 и последовательно соединенные нульиндикатор и триггер. Выход двустороннего ограничителя соединен с входом нуль-индикатора, а вход является входом устройства. Выход триггера подключен к управляющему входу генератора пилообразного напряжения и к входу дифференцирующей цепочки.

Выход ограничителя подключен к информационному входу реверсивного счетчика, информационные входы которого подключены соответственно к разрядным входам АЦП обеих цепочек,. а выход реверсивного счетчика подключен к третьему входу блока накопления и регистрации. Второй выход генератора импульсов спроса подключен к объединенным управляющим входам модуляторов обеих цепочек.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства для определения плотности вероятности, на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие работу устроиства. устроиство для определения плотности вероятности содержит элементы И 1, 2, выходами соответственно подключенные к первым входам модуляторов 3, 4, которые выходами соответственно соединены с первыми входами первого и второго АЦГ 5, 6.

Дифференцирующая цепочка 7 выходом подключена к входу ограничителя 8.

Двусторонний ограничитель 9, выходом соединен входом нуль-индикатора 10, выход которого подключен к входу триггера 11, выходом подключенного к вторым входам элементов

И 1, 2 и к входу дифференцирующей цепочки 7, а также к первому входу генератора 12 пилообразного напряжения. Генератор 12 вторым входом подключен к выходу элемента И 1, а третьим входом — к выходу элемента И 2. Реверсивный счетчик 13, первый вход которого подключен к выходу АЦП 5, а второи вход — к выходу АЦП 6.

Первые и вторые разрядные входы блока 14 накопления и регистрации соответственно подключены к разрядным входам АЦП 5 и 6. Первый вход блока 14 подключен к входу дифференцирующеи цепочки 7, второй вход соецинен соответственно со вторыми вхоцами модуляторов 3,4. Генератор

15 импульсов опроса первым выходом соединен с вторыми входами АЦП 5 и

6, а вторым входом подключен соответственно к третьим входам модуляторов 3 и 4. Источник 16 регулируеМого постоянного напряжения входом соединен с выходом генератора- 12 а входом соединен с тр<.=ними входами модуляторов 3 и 4 и со вторым вхсдом блока 14.

Вход 17 устройств : по>включен к первым входам элемент<>в И и к ограничите.«ю 9.

845164

Устройство Работает следующим образом.

Напряжение исследуемого сигнала

0.>7 (с) (фиг.2 а) поступает на вход

17 устроиства и одновременно на первые входы элементов И 1,2 or5 раничителя 9. Ограничитель 9 преобразует исследуемый сигнал 0 ., (с) (фиг.2 а) в случайную последовательность биполярных ограниченных сверху и снизу импульсов. Положитель10 ные выбросы экстремальных значений исследуемого сигнала 0 > (с), превы Ь шающие уровень ограничении 0 „р (t), преобразуются .ограничителями 9 в положительную последовательность импульсов. Отрицательные выбросы экстремальных значении исследуемого сигнала, превышающие уровень ограничении 0ц,.р (с), преобразУютсЯ огРаничителем 9 в отрицательную последовательность импульсов. Общее число пере-Щ сечений нагряжения исследуемого сигнала u„ (с) уровня ограничения

Uorv (t) совпадает с числом нулей импульсного сигнала на выходе ограничителя 9. Длительности положительных выбросов экстремальных значений исследуемого сигнала .совпадают с длительностями соответствующих положительных импульсов, поступающих с выхода ограничителя 3 на вход нульиндикатора 10. гля отрицательных выбросов экстремальных значений исследуемого сигнала соблюдается вэаимноодноэначное соответствие,ка < и для положительных значений исследуемого сигнала.

Нуль-индикатор 10 фиксирует момент прохождения нулевого уровня напряжения импульснои последовательности, поступающей на его вход,формируя на выходе положительные.импуль- 40 сы u » (с) (фиг.2 б), которые управляют запуском триггера 11. С выхода триггера 11 прямоугольные биполярные импульсы U » (t) (фиг.2 в) длительностью д ь + соответствующие 45 г положительным и д <,; соответствующие отрицательным выбросам экстремальных значений исследуемого сигнала, поступают на вторые входы элементов И

1, 2, на первые входы дифференци- 50 рующеи цепочки 7, генераторов 12 и на первый вход блока 14 накопления и регистрации.

Элементы И 1 и 2 по третьим входам фиксированы так,. что реализация исследуемого сигнала С(, (с) пребы-.

55 вает в заданном амплитудном дифференциальном коридоре

u, — u = 2ьо, (1) в пределах которого осуществляется

60 анализ экстремальных значений в заданном интервале времени Т.

С выхода элементов И 1, 2 на вход, модуляторов 3, 4 и на второй и третин вход генератора 12 поступают 65 соответственно положительные и отрицательные импульсы, которые повторяют форму исследуемого сигнала и (с) (фиг.2 а) в пределах време1 7 л+ л ни д <..(> д ь, .

Генератор 12 на выходе в зависимости от полярности исследуемого сигнала формирует пилообразные импульсы (фиг.2 r), которые поступают на вход источника 16 регулируемого постоянного напряжения. Это напряжение изменяется пропорционально изменению наклона импульсов генератора 12 так что во время нарастания пилообразного напряжения 0„, (t) (фиг.2 r) оно возрастает, а ва время спада — падает.

Модуляторы 3, 4 осуществляют амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ)(фиг.2 д) при наличии на вторых и третьих входах соответственно напряжения импульсов выбора со второго входа генератор 15 импульсов оПроса и напряжения с источника 16 напряжения.

Ас(П 5, б при поступлении импульсов Т<> с первого выхода генератора 15 (фиг.2,д) преобразуют импульсы АИМ и КИМ и осуществляют передачу информации в параллельном коде по разрядным выходам на блок 14 накопления и регистрации (фиг.2 З,u).

Одновременно информация с АЦП 5, б поступает соответственно на первый и второй входы счетчика 13. Счетчик

13 в зависимости от возрастания или убывания напряжения исследуемого сигнала 0„ (с) (фиг.2,а) работает на сложение или на вычитание. В момент реверса с выхода счетчика

1 появления импульс 0>Э (с) (фиг.2 к) который фик< ирует момент прохождения экстремального значения напряжения исследуемого сигнала. Сброс счетчика 13 осуществляется в момент спада импульса д <1 - .и (фиг.? б) после дифференцирования его дифференцирующеи цепочкой 7 и ограничения ограничителем 8. Импульс сброса с выхода ограничителя 8 поступает на третий вход счетчика 13 каждый раз после анализа очередного выброса напряжения исследуемого сигнала () - (t) (фиг.2 а).

С выхода счетчика 13 на третий вход блока 14 накопления и регистра.сии поступает импульс метки (; .>кстремального значения напряжения исследуемого сигнала (фиг.2 к),а на второй его вход с источника 16 напряжения подаются калибровочные значения напряжения.

В блоке 14 накопления и регистрации осуществляется сравнение числа, определяемого количеством разрядов АЦП 5 или б в момент опроса импульсами с числом в цифровом

tl коде, которое пропорционально изменению значения напряжения жа вы845164 ходе источника 16 напряжения в момент появления импульса метки экстремального значения й, что необ9 ходимо для определения йлотности вероятности экстремальных значений напряжения исследуемого сигнала ф

U „(t) (фиг

Б блоке 14 накопления и регистрации подсчитывается число случаев, помеченных импульсами метки N при

1 > которых напряжение исследуемого сигнала оказалось на интервале уровней, соответствующих калиброванным значениям напряжения. источника 16 напряжения.

Отношение этого числа случаев к общему числу случаев, зарегистрированных во время анализа, служит оценкой плотности вероятности экстремальных значений напряжения исследуемого сигнала. . Определение плотности вероятности 20 в блоке 14 накопления и регистрации исследуемо о сигнала производится аналогично случаю, рассмотренному выше, т.е. подсчитывается число всех случаев, при которых напряжение ис- 5 следуемого сигнала оказалось на интервале уровней, соответствующих калиброванным значениям напряжения источника 16 напряжения в моменты, определяемые частотой импульсов опроса 71.. П)гношение этого числа случаев к общему числу случаев,зарегистрированных во время анализа, является оценкой плотности вероятности исследуемого сигнала.

Принципиально это возможно, если амплитудный дифференциальный коридор 260 представить в виде суммы

К сэ) ) =-г

X(N> (0(+Ц = ж,(0 „„(Ц (2)

55

Формула изобретения

260 = K О. (Т),), 1=1 где 0-(Т„) — значение напряжения

j-го калиброванного фиксированного уровня внутри амплитудного диффеРенциального коридора; 45 ()) — импульсы опроса равной частоты, соответствующие моменту анализа на данном j-м уровне.

Анализ напряжения исследуемого сигнала 0„ (t) (фиг.2 а) производится на данйом уровне анализа, когда достигается равенство чисел

)4(u,(7,))=ур, =С,«)) (ъ) в интервалах анализа

A0 (t))dUZCt), AU (t)... dUg(t) ..- du)1(t) попаданий экстремальных значений на данный уровень к общему числу опросов, отмеченных импульсом метки по формуле количество случаев, когда экстремальное значение исследуемого сигнала совпадает с 0к))(t) по амплитуде и достигается их равенство в цифровой фо ме

Р

М Г0/=7()1=Иго (.)1, где u/t =Т () — напряжение экспериментального значения исследуемого сигнала в цифровом коде в момент опроса импульсами

U >(t) — напряжение калиброванного сигнала в цифровом коде;

КТ)1(t=T — количество всех случаев появления экстремальных значений исследуемого сигнала на интервале анализа Т.

Плотность вероятности исследуемого сигнала определяется по формуле (5) с учетом того, что множество

М,(U(t)) значений анализируемого сигнала в момент времени Г„ содержит множество экстремальных значений исследуемого сигнала, т.е. Й (0(Ц э

Е N > p U (t)) где N> (u (t) ) — все случаи попадания напряжения исследуемого сигнала 01. (с) на заданный калиброванный уровень.

Предложенное устроиство позволяет одновременно получать плотность вероятности экстремальных значений и плотность вероятности исследуемого сигнала, что расширяет его функциональные возможности при одновременном сокращении времени анализа и повышает эф1()ективность применения предлагаемого устройства в системах аппаратурного анализа случайных процессов. д0, (<) = u, (t) - u,„(t) таких, что

6im AU> (ь) и> (Г)))- (4)

Плотность вероятности экстремальных значений исследуемого сигнала на определенном j ì фиксированном уровне определяется как отношение числа

Устройство для определения плотности вероятностИ, содержащее двусторонний ограничитель, блок накопления и регистрации, две цепочки соответственно для положительного и отрицательного напряжений исследуемого сигнала, каждая из которых состоит иэ последовательно соединенных

845164

70 элемента И, модулятора и аналогоцифрового преобразователя, при этом первые входы элементов И объединены и являются входом устройства, вторые входы объединены и подключены к первому входу блока накопления и регистрации и управляющему входу генератора пилообразного напряжения,первый и второй информационные входы которого подключены к выходам элементов И соответственно первой и второи цепочек, а выход генератора пилообразного напряжения соединен с входом источника регулируемого постоянного напряжения, выход которого соединен со вторым входом блока накопления и регистрации и со вторыми входами модуляторов первой и второй цепочек, другие входы аналого-цифровых преобразователей объединены и подключены к первому выходу генератора импульсов опроса, а разрядные выходы аналого-цифровых преобразователеи подключены соответственно к группе первых и группе вторых рязрядных входов блока накопления и регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения плотности вероятности экстремальных значений случаиного сигнала при одновременном определении плотности вероятности случайного сигнала, в устройство введены реверсивный счетчик, последовательно соединенные дифференцирующая цепочка и ограничитель и последовательно соединенные нуль-индикатор и триггер, причем выход двустороннего ограничителя соединен с входом нуль-индикатора, а вход является входом устройства, а выход триггера подключен к управляющему входу генератора пилообразного напряжения и к входу дифференцирующей цепочки, при этом выход ограничителя подключен к информационному входу реверсивного счетчика, информационные входы которого 5 подключены соответственно к разрядным входам аналого-цифровых преобразователей обеих цепочек, а выход реверсивно о счетчика подключен к третьему входу блока накопления и

;Щ регистрации, при этом второй выход генератора импульсов опроса подключен к объединенным управляющим входам модуляторов обеих цепочек.

Источники информации, 5 пРинятые во внимание при экспеРтизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 359670, кл. G 06 G 7/52, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2644529/24, кл. G 06 G 7/52, 1978 (прототип).

845164

NJJ

Редактор Л. Утехина

Заказ 4168/4

Щ,Ф) фФ р/

Составитель Э. Сенина

Техред З.фанта Корректор Л. Иван

Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проекгная,4