Цифровой измеритель суммы размахов разнополярных выбросов случайного процесса

О П И С=А "Н"ЙИЗОБРЕТЕНИЯ р 1659969 ьооз Советоннх Рлргон 1(51) М. Кл.б 01 К 19/04 Гоеударственный комитет пе делам изобретений н открытнй(72) Авторы изобретения А. Д. Толчинский и В, В. Шкарпеткин Ижевский механический институт(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СУММЫ РАЗМАХОВ РАЗНОПОЛЯРНЫХ ВЫБРОСОВ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССАЦифровой измеритель суммы размаховразнополярных выбросов случайного процесса предназначен для использования винформационно-измерительной технике, вчастности при построении анализаторовпараметров случайного процесса,Известно аналоговое устройство для измерения экстремальных значений функций,содержащее суммирующие цепи и интеграторы (1.10Однако аналоговые устройства для измерения экстремальных значений функцийобладает низкой точностью измерения.Известно также цифровое следящее устройство, содержащее преобразователь входного сигнала в частотно-импульсный сигнал, чаой нуль-орган, счетчик импульсов, преобразователь кода во время-импульсный сигнал (2.Однако указанное устройство не обеспечивает достаточной точности при измерении экстремальных значений функций.Целью предлагаемого цифрового измерителя суммы размахов разнополярных выбросов является повышение точности измерения.Поставленная цель достигается тем, чтов цифровой измеритель суммы размаховразнополярных выбросов случайного процесса, содержащий последовательно соеди- З 0 ненные преобразователь аналогового случайного процесса во время-импульсный сигнал, частотный нуль-орган, счетчик импульсов, преобразователь кода во время- импульсный сигнал, введены дополнительные счетчик импульсов, преобразователь кода во время-импульсный сигнал и блок вычитания частот, первый и второй входы которого соединены с выходами основного и дополнительного преобразователей кода во время-импульсный сигнал, а выход блока вычитания частот подключен ко второму входу частотного нуль-органа, причем выход дополнительного счетчика импульсов соединен со входом дополнительного преобразователя кода во время-импульсный сигнал, а вход дополнительного счетчика импульсов соединен со вторым выходом частотного нуль-органа.На фиг, 1 представлена структурная схема цифрового измерителя размаха разнополярных выбросов случайного процесса; на фпг, 2 - временные диаграммы сигналов,Цифровой измеритель суммы размахов разнополярнлых выбросов случайного процесса содержит преобразователь 1 аналогового случайного процесса во время-импульсный сигнал, частотный нуль-орган 2, счетчик импульсов 3, преобразователь 43 кода во время-имгульс 11 ый сигнал, счетчик импульсов 5, преобразователь 6 кода во время-импульсный сигнал, блок 7 вычитания частот.Работа цифрового измерителя суммы 5 размахов разнополярных выбросов случайного процесса заключается в слсдуюгцем,Математическое ожидание стациснарного случайного процесса определяется по следующей формуле 10 Я(х:. - х 1,1и где х; - дискретные выборки случайного 15 процесса х(1), а и - число выборок за время наблюдения, Выражение (1) можно распространить на случай определс 1 шя математического ожидания размахов выбросов М(хр случайного стационарного процесса 20 х(1), где хр - размах выбросов, представляющих собой расстояние в един 11 цах измерения величины х(1) между двумя соседними экстремумами функции х(1), причем хр+, - размах между 1-ым и (1+1)-ым 25 эстремумами при положительной производной функции х(1) в промежутке времени между этими экстремумами, хр - прн отрицательной производной х(1), Тогда30 1 гг хг - г 1,Ихр где и+, и- - число размахов хр и хсоответственно за время наблюдения случайного процесса х (1). Для определения 45математических ожиданий согласно выражениям (2, 3, 4) необходимо производитьизмерение всех размахов хр.г., и просуммировать их за время наблюдения х(1). 50Входной анало 1 овый сигнал а (фиг. 2) х(1) поступает на преобразователь 1 (фиг. 1), с выхода которого снимается время-импульсный сигнал, например частотно- импульсный сигнал Р,.(1) с частотой им пульсов, пропорциональной входному сигналу а х(1) (фиг. 2). Тогда преобразователи 4 и 6 преобразуют коды в частотно- импульсные сигналы Р, и Р, соответственно.На выходе блока 7 вычитания частот по является разностный сигнал Ро=Е 1 - Р 2, Частотный нуль-орган 2 имеет два выхода: на первом выходе получается разносный сигнал ЛР 1=Р - Ро (фиг. 2), на второмвыходе +ЛР 2=Ро - Р. 65Пусть в начальный момент времени оба счетчика обнулены, тогда Р,=О и Е 2=-.0. При подаче входного сигнала Рразностный сигнал появляется на первом выходе частотного нуль-органа 2. Путем преобразования выражения для ЛЕ, можно показать, что часть устройства, содержащая счетчик импульсов 3, преобразователь 4 и блок 7 и частотный нуль-орган 2 представляют собой следящий преобразовательЛРг = Р - Р, = (Ех+ Е ) - Р, (5) Так как согласно условию, вначале работы Р 2=0, тоЬЕ, Е - Р Импульсы ЛГ, поступают на счетньШ вход счетчика импульсов 3, заполняя е 1 о объем. Код, снимаемый с выхода счетчика импульсов 3, преобразуется лпнсйно преобразователем 4 в частотно-импульсный сигнал Е,.Таким образом, исходя из выражения (5), видно, что Е, является сигналом обратной связи в этом следящем преобразователе, Следовательно, код счетчика импульсов 3 следит за изменением входного сигнала Ех (а, следовательно, н х(1, В точке А (фиг, 2), имеется экстремум, за которым производная от х(1) меняет свой знак на противоположный (на минус), В точке А Р=Р 1=ЕА, за точкой А ЛЕ,=:О, так как разность, выражение (5), становится отрицательной, счет импульсов счетчиком импульсов 3 прекращается, и в нем хранится значение кода, соответствующего точке А, преобразователь 4 вырабатывает сигнал Р 1=Р,. С точки А начинают появляться импульсы на втором выходе частотного нуль-органа 2Л 2 -б Рх - (Рг х) Ей(6) счет импульсов счетчиком 5 прекращается,Вторая часть устройства, состоящая из счетчика импульсов 5, преобразователя 6 и блока 7 вычитания частот и частотного нуль-органа 2 также представляет собой следящий преобразователь, у которсго входной сигнал равен разности (Е 1 - Р), и сигнал обратной связи Е 2. Таким образом, на участке за точкой А входной сигнал равен (Р 1 - Е,)-сигнал ЛЕ 9 на фнг. 2. Код, снимаемый с выхода счетчика импульсов 5, следит за изменениями входного сшнала, т. е. повторяет форму сигнала в, до точки Б, где существует следующий экстремум. В точке Б Ро=Рв, следовательно, Е,=Ел - Рв, т. е. в счетчике импульсов 5 накапливается код, пропорциональный разности Р - Рв, следовательно, про. порциональный размаху между соседними экстремумами х, (фиг. 2, стрелка д). За точкой Б ЛР 2=0, так каки в нем хранится значение размаха х, одновременно появляются импульсы по первому выходу частотного нуль-органа 2 ЛГ, + согласно выражения (5)1(Гх+ Гг) Г 1 ( х ГБ) Г 1Открывается первый блок следящего преобразования, и код счетчика импульсов 3, имея уже значение точки А, за точкой Б начинает следить за изменениями входного 10 сигнала Г от точки Б до точки В, этому соответствует подъем графика б за точкой Б. В точке в наступает следующий экстремум, при этом Г,.=Гследовательно, на этом участке Г 1 =Г - Гв =Г а код в 15 счетчике импульсов 3 пропорционален сумме Г,=Г.л+Гр+и т. е. пропорционален размаху хр+1.За точкой в, ЛГ 1=0; ЛГ)0, открывается второй блок следящего преобразования, 20 в которой накапливается код, равный в точке Г сумме размахов (хр-,+хр - г) За точкой Г снова открывается первый следящий блок, работающий до следующего экстремума, при наступлении которого в 25 счетчике импульсов 3 накапливается код, равный сумме (х+1+хр+).Таким образом, в конце времени наблюдения в счетчике импульсов 3 накапливается код 30л,Ж -Хря 1а в счетчике 5 - код35Л, - . Хр ,согласно выражений (3, 4). Для получения суммы всех размахов необходимо, чтобы разностный сигнал Гю, снимаемый с выхода блока 7 вычитания частот, следил за всеми изменениями входного сигнала Г, что достигается выбором постоянной времени Т обоих следящих схем предлагаемого устройства, передаточные функции которых в процессе слежения описываются также выражением (5).Аналогично протекает работа измерителя суммы размахов в случае фазоимпульсного входного сигнала, т. е. когда преобразо. ватель 1 преобразует входной аналоговый сигнал х(1) в последовательность импульсов с переменным периодом следования, тогда преобразователи 4 и б также должны формировать фазо-импульсные сигналы.Формула изобретенияЦифровой измеритель суммы размахов разнополярных выбросов случайного процесса, содержащий последовательно соединенные преобразователь аналогового случайного процесса во время-импульсный сигнал, частотный нуль-орган, счетчик импульсов и преобразователь кода во время- импульсный сигнал, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены счетчик импульсов, преобразователь - код во время-импульсный сигнал и блок вычитания частот, первый и второй входы которого соединены с выходами преобразователей кода во время-импульсный сигнал, а выход блока вычитания частот подключен ко второму входу частотного нуль-органа, причем выход дополнительного счетчика импульсов соединен со входом дополнительного преобразователя - код во время- импульсный сигнал, а вход дополнительного счетчика импульсов соединен со вторым выходом частотного нуль-органа,Источники информации,принятые во внимание прп экспертизе 1. А. В, Блохин. Аппаратурный анализ характеристик случайных сигналов. М., Энергия, 1976, с. 29 - 44.2, Новицкий П, В, Цифровые приборы с частотными датчиками, Л Энергия, 1970, с, 398, рис, 14 - 10.Заказ 570/5 Изд. М 283 Тираж 1089 Подписное НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, )К, Раушская наб., д. 4/5