Устройство для измерения уровня, превышаемого случайным процессом с заданной вероятностью

и 1) 595676 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 21.06.76 (21) 2376429,(51) Ч, 1 хл,з б 01 В, 19,1 ки М присоединением за Государственный комитетСовета Министров СССРло делан изобретенийн открытий43) Опубликовано 28.02 45) Дата опубликования ия 20.03.78ИЗМЕРЕНИЯ УРОАЙНЫМ ПРОЦЕССЕРОЯТНОСТЬЮ 2 коэффициента щего входу изоке нестабильтие плотностей Изооретение касается измерительной техники и может быть использовано при измерении закона распределения вероятностей случай,.ого процесса.Известны устройства измерения плотности распределения вероятностей случайных процессороснованные 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 )стройство, содержащее М основных блоков сравнения поступающего на вход устройства случайного процесса с Ж 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 нестабильностиусиления тракта, предшествуюмерительного устройства, а таности величин порогов, измерс распределения вероятностей известного устройства оказывается низкой, особенно на хвостах этих распределений, соответствующих большим отклонениям случайного про цесса от среднего значения.При использовании известного устройствадля измерения уровня, превышаемого случайным процессом с заданной вероятностью, должен фиксироваться тот из общего числа У 10 порогов, длительность превышения которогослучайным процессом соответствует заданному проценту времени.Таким образом, для решения задачи измерения уровня, превышаемого случайным про цессом в заданном проценте времени, известное устройство должно содержать М блоков сравнения, поступающего на вход устройства случайного процесса с фиксированными порогамп, причем должна быть предусмотрена 20 процедура согласования шага между соседними порогами с размахом напряжений измеряемого случайного процесса.Целью изобретения является повышениеточности измерения.25 Эта цель достигается тем, что в устройство,содержащее два канала из последовательно соединенных рел ейных элементов, фильтров нижних частот и аттснюаторов, введен усилитель и два вычитателя, при этом вход одного 30 вычитателя подключен к выходу усилителя иВыходнОЙ клемме устроЙстВа, Второй еЗход - к Входной клемме, устройства, а выход - к Входам рслейных элементов, входы другого вычитателя подключены к выходам аттенюаторов, а выход подключен к входу усилителя,Нн чертеже представлена блок-схема устройсгва.Устройство содсркит первый вычитагель 1, соединенный по одному из входов с входом устройства, а по выходу -- с релейным блоком 2. 11 оследний содерекит 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 аттенюаторы 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(г) поступает на вход вычитателя 1, где егз него вычитается постоянное напряжение у, сформированное на выходе усилителя 10, обладающего коэффициентом усиления К. Разностный сигнал в(Е) =х - у поступает на Вход релеиного блока 2, где в релейных элементах 3 и 4 формируются дискретные сигналы га(Е) и г 11), соответственно принимающие знасния 0 или 1 в зависимости От условиЙ, если:-(г 0, то гаф = 1, г, =: Оесли я( О, то г,=- О, г,1.Сигналы г.(Е) и г,(Е) поступают на вход фильтров 5 и б нижних частот, которые выделяют из них постоянные составляюшие га и гсоответственно. Эти составляющие через аттспюаторы 7 и 8, вносящие затухание Л, и Ьз, определяемое исходя из заданного процента Раа времени превышения процессом х измеряемой уровня у, поступают на вход второго вычитателя 9, формиру 1 ощего разностный сигнал г=Л,г - Лг. 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 на входе в заданном проценте времени,Работу устройства можно рассмотреть, составив несколько уравнений.Если ввести функцию(о) =О о(О,где о - величина сигнала, то имеем следующие уравнения, связывающие напряжения в различных точках устройства.ь (г) . х - у;,- С (у - х) р(х) гКх - .:р(х)ггх=- .: 1 -р(х) ах; 10 г - Еага а га 1 У - 7 гг здесь р(х) - неизвестная заранее плотность распределения вероятностей значений измеря емого процесса х(1), Собирая уравнения (1)вместе можно записать следующее уравнение, связывающее у и )р(х)дхг 20.,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,Кроме 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. Формула изооретения Устройство для измерения уровня, превышаемого случайным процессом с заданной 00 вероятностью, содержащее два канала изпоследовательно соединенных релейных эле ментов, фильтров нижних частот и аттенюаторов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабже но усилителем и двумя вычтателями, при 2 З из которого следует, что при К 1 имеет11 есто следующее приближенное равенствоСОЬа р(Х) аХ=. Ьа 1 - 1 р(Х) дХ . (3)/0Откуда видно, чтоСр(х) дх =.: -= Раа, (4)Таким образом, после установки соотношений затуханий аттенюаторов 7 и 8, исходя иззаданной вероятности Рг, превышения процессом х(г) неизвестного уровня240 гззадСоставитель ф, Цареградский Редактор Н. Суханова Техред И, Михайлова Корректоры: О. Данишева и Т, Добровольская Заказ 700/22 Изд.301 Тираж 1154 НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 5Подписное 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 экспертизе1. Нечаев Ю, А. Применение метода Монте-Карло в измерительной технике. Труды5 ВНИИЭП, Л., 1969, вып. 1/5.2. Сборник трудов ГОС НИИ Министерств связи, вып. 2, 1962, стр. 107, рис. 2,