Устройство для определения среднеквадратического отклонения случайных процессов (его варианты)
(72) Автор изобретения
А. Д. Зорьев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО
ОТКЛОНЕНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ) Изобретение относится к специали зированным средствам вычислительной техники, предназначенным для аппаратурного определения характеристик случайных процессов.
Известен цифровой способ опреде5 ления эффективного значения случайных сигналов с известным законом распределения, позволяющий оценить эффективное (среднеквадратическое) зна- о чение сигнала путем усреднения и дешифрации размахов мгновенных отсчетов случайного сигнала. Этот способ громоздок в части определения самих размахов и не может быть применен в области высоких частот, так как для считывания мгновенных значений случайного сигнала нужен быстродействующий аналого-цифровой преобразователь (АЦП )(1). zo
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устроиство для измерения вероятностных характеристик случайных процессов
t содержащее последовательно соединенные первый центрирующий .фильтр, модульную схему, АЦП первую схему совпадений и реверсивный счетчик, вычитающий вход которого соединен с выходом второй схемы совпадения, первый вход которой подключен к выходу
АЦП, а вторые входы схем совпадения подключены к выходам дискриминатора знака, вход которого соединен с выходом первого центрирующего фильтра, последовательно соединенные второй центрирующий фильтр, схему сравнения узел регулируемой задержки, временной селектор, пересчетную схему, и триггер выход которого подключен к третьим входам схем совпадений, кнопку запуска и переключатели (2 ).
Это устройство также не может обеспечить измерения на высоких частотах.
Цель изобретения — расширение частотного диапазона измерений. митель 8.
Устройство (фиг.2) содержит центрируащий фильтр 1, схему 2 сравимпульсов 5, индикатор 6, двухполупериодный выпрямитель 7.
УстройстBo (фиг.1) работает слеПосле центрирования фильтром 1 и двухполупериодного выпрямления блоком 8 выпрямленная переменная составляющая нормального или равномерно на схему 2 сравнения,где сравнивает; ся с некоторым порогом анализа d,, йоступающим от источника 3 опорного напряжения. !
<вантующие импульсы с одного из выходов генератора 4 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 5. С другого выхода генератора с заданным периодом Т поступают им- . пульсы на установочный вход счетчика 5. На вычитающий вход этого счетчика импульсы с блока 2 поступают в том случае, если напряжение измеряемого сигнала превышает порог анализа, Период Т задается заранее и определяет продолжительность измерений. Чем выше частота квантующих импульсов f, тем точнее будут производиться измерения.
Обьем счетчика выбирается из условия Й=fT, а по суммирующему входу за время Т в счетчик записывается число, равное N. 3a это время из счетчика будет списано число импульсов и, соответствующее времени превышения случайным сигналом порога анализа, Таким образом, за время анализа
Т в счетчик всегда записывается число равное N-n.
При постоянном пороге анализа cL с ростом. мощности,,а следовательно и среднеквадратического значения сигнала время превышения V растет, а при уменьшении - уменьшается. В соответствии с изменением изменяется и число и, списанное с реверсивного . счетчика эа время Т. Порог анализа выбирается таким образом, чтобы 0 Так же как Т характеризует время превышения сигналом порога анализа : интервал времени Т; так и и характеризует Г, М-и характеризует Т- Г 3 957219 4 Указанная цель достигается тем, счетчик 5, дешифратор 6, блок 7 умчто устройство для определения сред- ножения, двухполупериодный выпрянеквадратического отклонения случайных процессов (по первому варианту ), содержащее генератор импульсов, реверсивный счетчик и,источник опорно- нения, источник 3 опорного напряжего напряжения, последовательно соеди- ния, генератор 4 импульсов, счетчик ненные центрирующий фильтр, двухполупериодньiA выпрямитель и схему сравнения, причем вход центрирующего фильт- 10 ра является входом устройства, допол- дующим образом. -ительно содержит дешифратор и блок умножения, причем вход дешифратора сое-. динен с выходом реверсивного счетчика,. :1 а выход дешифратора подключен к первому 15 входу блока умножения, второй вход ко- распределенного сигнала поступает торого соединен с выходом источника опорного напряжения и входом опорного напряжения схемы сравнения; первый выход генератора импульсов подключен к синхрониэирующему входу схемы сравнения и суммирующему входу реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом схемы сравнения, а управляющий вход реверсивного счетчи- д ка подключен к второму выходу генератора импульсов. По второму варианту, устройство для определения среднеквадратического отклонения случайных процессов„ содержащее генератор импульсов, счетчик импульсов, источник опорного напря жения и последовательно соединенные центрирующий фильтр, двухполупериодный выпрямитель и схему сравнения, причем вход центрирующего фильтра яв„35 ляется входом устройства, дополнительно содержит индикатор, причем выход ,счетчика импульсов соединен с первым входом индикатора и входом источника 40 опорного напряжения, выход которого подключен к входу опорного напряжения схемы сравнения и информационному входу индикатора, первый выход генератора импульсов соединен с синхрониэирующим входом схемы сравнения, выход которой подключен к информационному входу счетчика импульсов, а управляющий вход счетчика импульсов соединен с вторым выходом генератора импульсов. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, по первому варианту; на фиг. 2 - то же, по второму варианту. Устройство (фиг.1) содержит центрирующий фильтр 1, схему 2 сравнения, источник 3 опорного напряжения генератор 4 импульсов, реверсивный S 9572 3 общем случае среднеквадратическое значение сигнала зависит (линейно или нелинейно ) от величины порога анализа и относительно времени Т/(Т-К y f Т dq й В простейшем линейном случа< 6 = М := K <,(, Так, например, для нормальN-n ного закона распределения d. 0,68, а для равномерного с =0,84. По результатам анализа каждого периода Т записанное в счетчике чис.ло (М-n) поступает на дешифратор 6, 13 который в зависимости от закона рас, пределения сигнала в соответствии с Функцией 4 дешифрирует еЕ знаМ-n ) чение в некоторое число. В линейном 20 случае дешифратор может быть заменен усилителем с коэффициентом усиления Кй. Результат дешифрации и порог измерения с поступают в блок 7 умножения, 3 который показывает среднеквадратическое значение измеряемого сигнала. Устройство (фиг. 1) получается простым только в случае линейного дешифратора 6. Такое устройство приме- 3в ыимо, например, для измерения шумов или загрузки высокочастотных линейных трактов. При нелинейных дешифраторах это устройство становится громоздким. 3S Устройство (фиг. 2) организовано по принципу следящей системы и работает следующим образом. ! <ак и в предыдущем случае, после центрирования, выпрямления и срав- 4, нения измеряемого сигнала с уровнем анализа импульсы поступают на информационный вход счетчика 5. За время Т между импульсами поступающими от генератора импульсов на установочный вход счетчика в счетчике будет накаплива.ь -; чекоторое число импульсов, r .."" : иональное времени превышени-,:измеряемым сигналом порога Ы и з..;висящее от порога анализа и среднеквад;.этического значения сигнала. Если среднеквадратическое значение постоянно, а порог анализа cL умень" ши,ь, что в счетчик 5 за время Т запишется большее число импульсов, есSS ли увеличить порог анализа — меньшее. Изменяя порог анализа cL, можно,добиться, чтобы в счетчик было записано заданное число импульсов. 19 d Для каждого закона распределения случайного сигнала существует свой порог анализа с 1, при котором относительное время превышения этого (« .J g. порога: «р. где P1 - постоянная ..Т величийа, зависящая от вида закона распределения случайного сигнала. Так,для нормального распределения она равна 0,32; для закона арксинуса 0,5; для равномерного 0,42; для экспоненциального 0.,368; для распределения Рэлея 0,8. При этом порог анализа е ; равен среднеквадратичесному значению измеряемого сигнала. Устройство (фиг.2 ) осуществляет слежение за порогом анализа о(;. Необходимое число p B зависимости от закона распределения задается счетчику 5 заранее, так, например, если для нормального закона p „ =0,32 и если объем выборки принят М=1Т1000, то число, записанное в счетчике, долж» но быть равно 320. Таким образом, на каждом периоде анализа Т счетчик 5 сравнивает число импульсов на некотором текущем пороге анализа с заданным. Если поступив-, шее число импульсов больше (меньше) заданного, то счетчик выдает на источник 3 опорного напряжения сигнал об увеличении (уменьшении)порога ана-. лиза. Так продолжается до тех пор, пока за время Т в счетчике не будет записано заданное число. Тогда чис о считываемое c,индикатора 6 - уровень анализа, численно равный среднеквадратическому значению измеряемого сигнала. Точность измерений устройства зависит .от точности измерения вели= чины о(и Технико-экономический эффект от внедрения изобретения заключается в следующем. Дпя измерения и контроля широкополосных высокочастотных сигналов (: например линейных трактов ВЧ систем передачи с полосой до 25 МГц ) изобретения является реально осуществимым. Выпускаемый промышленностью прибор ИШ-П323 может работать только до 100 кГц. Приборы с цифровым отсчетом для измерения среднеквадратического значения на высоких частотах не производятся. Поэтому предлагаемые приборы позволяют расширить частотный диапазон измерений..7 95721 Формула изобретения 1. Устройство для определения сред неквадратического отклонния случайных процессов, содержащее генератор импульсов, реверсивный счетчик и источник опорного напряжения, последовательно соединенные центрирующий фильтр, двухполупериодный выпрямитель и схему сравнения, причем вход 1О центрирующего фильтра является входом устройства, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений, оно дополнительно содержит дешифратор и 15 блок умножения, причем вход дешифратора соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход дешифратора подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с 11 выходом источника опорного напряжения и входом опорного напряжения схемы сравнения, первый выход генератора импульсов подключен к синхронизирующему входу схемы сравнения и суммиру- д ющему входу, реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом схемы сравнения, а управляющий вход реверсивного счетчика под-. ключен к второму выходу генератора импульсов. 2. Устройство для определения среднеквадратического отклонения случайных процессов, содержащее генератор импульсов, счетчик импульсов, источник опорного напряжения и последовательно соединенные центрирующий фильтр, двухполупериодный выпрямитель и схему сравнения, причем вход центрирующего фильтра является входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений, оно дополнительно содержит. индикатор, причем выход счетчика импульсов соединен с управляющим входом индикатора и входом источника опорного напряжения, выход которого подключен к входу опорного напряжения схемы сравнения и информационному входу индикатора, первый выход генератора импульсов соединен с, синхронизирующим входом схемы сравнения, выход которой подключен к информационному входу счетчика импульсов, а управляющий вход счетчика импульсов соединен с вторым выходом генератора импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Иовинский A. Н., Жовинский В.Н. Инженерный экспресс-анализ случайных процессов. M., "Энергия", 1979, с 54-62. 2. Авторское свидетельство CCCP Ю 278846, кл. G 06 G 7/52, 1967 (прототип). 957219 Составитель B. Фукалов Редактор А. Иотыль Техред С.Мигунова Корректор Л Бокшан Заказ 6600/38 Тираж 731 Подписное ЭНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и. открытий 113035; Иосква, 3-35, Раушская наб., д. 4/5 Оипиэл ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
