Устройство для измерения одномерных функций

Союз Советских Социалистических Ресттубликг1. Кл. 6 06 д 7/52 авт. свидетельствависим аявлено 27.Ч 111970 ( 1471739/18-24)присоединением заявкиПриоритет Комитет по лелем;зооретений и открытий при Сосете Министров СССР88.8) ДК 681.333 972. Бюллетень х публиковано 14. та опубликования описания 12 ЧП,19 Авторыизобретения. Махонин и Е, И, Ковален явитель УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОДНОМЕРНЫХ ФУНКЦИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ ЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДНЫХ ЭТИХ ФУНКЦИИзобретение относится к измерительнои технике, а именно к области измерения характеристик случайных электрических процессов и может быть использовано для создания на его основе измерительных приборов, а также функциональных решающих блоков автоматических систем, предназначенных для работы в условиях случайных помех.Известен способ, позволяющий одновременно измерять интегральную функцию рас пределения (или однозначно связанную с цей вероятность превышения исследуемым процессом уровня анализа), плотность вероятности и ее производные с достаточно высокой точностью, 15Этот способ основан на том, что если исследуемое случайное напряжение ограццчигь сверху или снизу на уровне, представляющем собой сумму двух напряжений - постоянного и малого синусоидального с частотой го 20 вспомогательного, то при условии, что амплитуда вспомогательного напряжения значительно меньше дисперсии исследуемого процесса, гармонические составляющие полученного после ограничения процесса обладают 25 следующими свойствами: среднее значение огибающей составляющей с частотой то оказывается прямо пропорциональным вероятности превышения исследуемым случайным процессом постоянной составляющей уровня ЗО 2ограничения; среднее значение огибающей гармонической составляющей с частотой 2 со величине плотности вероятности исследуемого напряжения при значении аргумента, равном постоянной составляющей уровня ограничения; среднее значение амплитуды составляюгцей с частотой гг го (где гг = 1,2,3 ) - (гг - 2)-й производной от плотности вероятности при том же значении аргумента.В простейшем случае устройство для измерений по данному способу состоит из одностороннего ограничителя, подключенного, к его выходу полосового фильтра (или эквивалентного ему устройства), который нагружен на линейный детектор, прибора для измерения среднего значения выходного напряжения детектора и источников постоянного регулируемого и вспомогательного синусоидального напряженны. Такое устройство позволяет осуществить последовательный анализ интегральной или дифференциальной функций распределения либо одной из производных этих функций в зависимости от выбора центральной частоты полосового фильтра.Целесообразно этот способ применять в устройствах для параллельного анализа плотности вероятности и (или) нескольких ее производных одновременно.Однако в таких устройствах возможно возникновение дополнительных погрешностеиизмерений искомых функций при наличии вспектре исследуемого сигнала таких составляющих, из которых в результате ограничения могут образоваться паразитные комбинационные компоненты с частотами, равнымиили кратными частоте о, а также настолькоблизкими к этим частотам, что такие компоненты могут попасть в полосу пропусканияполосовых фильтров, Величина погрешностей, обусловленных наличием этих компонентов, зависит от отношения средних значений их амплитуд к соответствующим значениям амплитуды полезных составляющихограниченного напряжения и при неблагоприятных условиях может достичь уровня,при котором измерения практически недосговерве ны,Целью изобретения является уменьшменьшениесистематических и случайных погрешностей,обусловленных влиянием указанных вышепаразитных компонент, а также случайныхпог внешностей, обуслоьленных ограшгчецнымвременем усреднения выходного напряжизмерительного устройства, без ущсущественного усложнения последнего.Эта цель достигается применением в измерительном устройстве двух односторонних оганичителей с параллельно соединеннымивходамц н одинаковыми постояннымц составляюгцимц уровня ограничения и вычитающего устройства, образующего на своем выходер азцость ограниченных напряжений. В спекге этого разцостного напряжения число и интенсивность паразитных комбинационныхкомпонент оказывается значительно меньше,чем в спектре выходного напряжения каждого цз ограничителей. Флуктуационная составляющая огибающей каждой из гармонических составляюгццх разностного напряжения также оказывается существенно меньше,чем у огибающих соответствующих составляюгццх каждого цз ограничителей ь отдельности,При этом интенсивность полезных составляющих в разностцод напряжении оказывается це инже (а при определенных условияхвыше), чем при использовании одного ограничителя, Это обеспечивает возможность достижения вышеуказанной цели.Блок-схема предлагаемого устройства показана на чертеже,Устройство состоит из ряда идентичных измерительных блоков (на чертеже показанодин) и из общих для всех измерительныхолоков генератора сннусоидального напряжения, фазовращателя, источника постоянногонапряжения и переключателя режимов работы.Каждый измерительный блок схемы состо,ит нз двух односторонних ограничителейосновного 1 и вспомогательного 2, имеющихидентичные характеристики и предназначенных для ограничения исследуемого случайного процесса; двух идентичных сумматоров3, 4, предназначенных для суммирования на 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 пряжений постоянной и переменной состав.ляющих уровня ограничения; вычитающегоустройства 5, предназначенного для образования разности выходных напряжений ограничителей 1 и 2; М полосовых фильтровб - бм с цецтральныди частотами, кратнымичастоте переменной составляющей уровня ограничения, предназначенных для выделенияМ заданных гармонических составляющихвыходного напряжения вычцтающего устройства 5, М идентичных детекторов 7, - 7 м,предназначенных для выделения огибающихвыходных напряжений полосовых фильтров,М усредняюгцих цепей 8, - 8 м, предназначенных для выделения средних значений выходных напряжений соответствующих детектор ов. Источник 9 постоянных напряженийпредназначен для создания постоянных составляющих уровней ограничения. Генератор10 создает синусоидальное напряжение, которое используется как вспомогательное напряжение для, подачи на основные ограничители1 каждого измерительного блока переменнойсоставляющей уровня ограничения; фазовращатель 11 предназначен для поворота фазывыходного напряжения генератора 10 передподачей этого напряжения на сумматоркаждого измерительного блока, Переключатель режимов 12 предназначен для выборарежима измерений,Измерительный блок представляет собойфункционально законченное устройство, которое при наличии внешних источников постоянной и переменной составляющих уровняограничения и индикаторного прибора можетбыть использован в качестве одноканальногопоследовательного статистического анализатора.Этот блок может быть также использовандля указанной цели в совокупности со стандартной измерительной аппаратурой общегоназначения.Фильтр б настроен на частоту о, фильтр6, на частоту 2 о, , фильтр бм - на частоту Мю.Устройство работает в двух режимах.,Режим а. В этом режиме производитсяпараллельный анализ на М уровнях одной изследующих функций: вероятности превышения исследуемым процессом заданных уровней анализа, плотности вероятности или производных от плотностивероятности порядкаот 1 до М - 2, Выбор вида измеряемой функции осуществляется переключателем 1 .12П аботе схемы в режиме а исследуемоери рслучайное напряжение подается на входы ограничителей 1 и 2 каждого из Ч измерительных блоков, Одновременно на эти ограничители с сумматоров 3 и 4 соответственно подаются напряжения, определяющие уровниограничения. Напряжение уровня ограничения основного ограничителя 1 измерительного блока представляет собой сумму двух напряжений - постоянного от источника 9 ималого синусоидального от генератора 10.Напряжение уровня ограничений вспомогательного ограничителя 2 этого блока также состоит из двух напряжений - постоянного от источника 9 и синусоидального с той же амплитудой, что и вспомогательное напряжение ограничителя 1, но сдвинутое по фазе относительного этого напряжения на угол,равный, где и - номер подлежащей л+ 2измерению производной от плотности вероятности. (Такой сдвиг фаз между вспомогательными напряжениями ограничителей 1 и 2 необходим для получения максимальных значений полезных составляющих соответствующих выходных напряжений измерительных блоков анализатора).Выходные напряжения ограничителей 1 и 2 поступают на вычитающее устройство 5, на выходе которого образуется разность ограниченных напряжений. Разностное напряжение содержит информацию об оценке искомой функции, как и отдельно взятые выходные напряжения ограничителей 1 и 2, но величина паразитных компонент в разностном напряжении значительно меньше аналогичных компонент, присутствующих в выходных напряжениях каждого ограничителя в отдельности. Выходное напряженке вычитаю- щего устройства 5 поступает на входы полосовых фильтров б - бм. С выходов полосовых фильтров напряжения подаются на следующие за фильтрами детекторы. Выходные напряжения детекторов поступают на усредняющие цепи. При указанном выше сдвиге фаз среднее значение выходного напряжения и+2 усредняющей цепи больше, чем любой из остальных входящих в блок, и пропорционально значению и-й производной от плотности.Остальные измерительные блоки работают аналогично. Таким образом, в режиме а на М выходах статистического анализатора одновременно существуют напряжения, несущие информацию об У значениях выбранной функции. Эти напряжения подаются на соответствующие входы многоканального индикатора или (и) направляются для использования в другие устройства (например, в классификатор системы распознавания образов).Режи м б. В этом режиме производится параллельный анализ на У уровнях одновргменно М функций, т. е, вероятности превышения, плотности вероятностей и М - 2-х производных от плотности вероятности,При работе схемы в режиме б вспомогательное синусоидальное напряжение на сумматоры 4 измерительных блоков не подается, следовательно, ограничителем 2 исследу емый сигнал ограничивается только на постоянном уровне, Как и при работе в режиме а выходные напряжения ограничителей 1 и 2 подаются на вычитающее устройство 5; с его выхода разность ограниченных напряжений поступает на входы всех М полосовых фильтров б - бм, а с выходов последних - на входы детекторов 7 - 7 м и далее на усредняющие цепи 8 - 8 м. Выходные напряжения цепей 8 и 8 м, пропорциональные соответственно вероятности превышения исследуемым напряжением постоянной составляющей уровня ограничения, плотности распределения вероятности, первой производной от плотности и т. д., подаются на индикатор или другие устройства.Таким образом, устройство позволяет получать в М раз больше значений упомянутых функций, чем в режиме а. Однако поскольку в режиме б вспомогательное синусопдальное напряжение подается только на основные ограничители 1 измерительных блоков, значения полезных составляющих выходных напряжений этих блоков оказываются меньше, чем в режиме а, а величина паразитных компонент остается неизменной. Вследствие этого погрешности измерений искомых функций в режиме б оказываются выше, чем в режиме а,Целесообразность применения каждого режима зависит от конкретных условий применения устройства и от требований к точносги измерений. Устройство для измерения одномерных функций распределения вероятностей случайных процессов и производных этих функций, содержащее в каждом измерительном канале односторонний ограничитель, подключенный ко входу устройства и соединенный по управляющему входу с сумматором, связанным с источником постоянного напряжения и источииком гармонических сигналов, и полосовые фильтры, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешностей, обусловленных влиянием паразитных комбинационных и флуктуационных составляющих выход. ного сигнала, оно содержит в каждом измерительном канале второй сумматор и второй односторонний ограничительподключенный основным входом ко входу устройства, управляющим входом соединенный со вторым сумматором, и вычитающее устройство, соединенное входами с ограничителями, а выходом - с полосовыми фильтрами данного канала; второй вход второго сумматора соединен с источниками гармонических сигналов через фазовращатель. 40 45 50 55 60 5 10 15 20 25 30 Предмет изобретения342194 винск оставител орректор Т. Миронов актор Л, Утехина хред Л. Б нова Подписноеистров СССР погра фи я, и р. Сапунова, 2 аказ 2170/4 Изд. Ьз 920 Тираж 406НИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете М Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5