Статистический анализатор

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кд 3 6 06 Р 15/36 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 3006,81(72) Авторы изобретения В.И. Жулев, Г.А. Садовский и Н.М. Пасько Рязанский радиотехнический институт(54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЭАТОР Изобретение относится к устройствам амплитудного статистическогоанализа случайных процессов и,можетбыть использовано при ресурсных5испытаниях механических объектов,в системах экстремального регулирования и управления, а также в рядеобластей информационно-измерительнойи контрольной техники., 10При испытаниях машин и механизмовна прочность, надежность и долговечность одним из основных методовсистематизации, случайных нагрузокявляется метод экстремумов, предусматривающий подсчет макисмумов Н 15(минимумов Н ) иа различных уровнях,В результате анализа строят ступенчатую кривую (гистограмму) иликривую распределения экстремумовЫи (Н) 1),120Однако для процессов с широкимчастотным спектром такой подходдает завышенные оценки прочностии долговечности при случайном режиме нагружения.Разновидностью методаявляется подсчет экстремумов, найбольших между пересечениями процессом,х (с.) среднего уровня х.В этом случае на участке между двумя пересечениями берется только одно эначе ние: максимум-максиморум Н+ или минимум-миноморум Н, При систематизации таким способом выпадает часть колебаний малой амплитуды. ,Но это приводит к меньшей погрешности в оценке усталостной прочности, чем при классификации по всем экстремумам.Известен статистический анализатор, содержащий преобразователь напряжение-чиело импульсов, двоичный счетчик, ключи, регистр, преобразователь код-аналог, дифференциатор, триггер, дешифратор, схемы И, регистратор 2.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является статистический анализатор, содержащий аналого-цифровой преобразователь, буферный регистр, синхронизатор, схему сравнения кодов, триггер, переключатель, регистратор 3),Недостатками известных анализаторов является то, что анализ проводится путем сортировки и подсчета всех экстремумов, которые в общем случае могут быть коррелированы между собой, что приводкт к загрузке запоминающий устройств ввиду завышенного объема обрабатываемых данных, кроме того, в результате анализапо полному объему весх экстремумовполучаются завышенные оценки усталостной прочности испытываемыхобъектов,Цель изобретения - повышениеточности анализатора путем сокращения объема обрабатываемой информации,Поставленная цель достигаетсятем, что в статистический анализатор, (0содержащий аналого-цифровой пресбразователь, выход которого подключенк первому входу схемы сравнения кодови к первому информационному входубуферного регистра, выход которогосоединен со вторым входом схемы,сравнения кодов и с информационнымвходом регистратора, синхронизирующий вход буферного регистра подключен к первому выходу синхронизатора,второй и третий выходы которого соединены с синхронизирующими входамисоответственно схемы сравнения кодови аналого-цифрового преобразователя,в него введены элемент И, формирователь импульсов, элемент задержки, 25усилитель-ограничитель, центрирующийфильтр в пороговый блок, первыйвход которого объединен с информационными входами аналого-цифровогопреобразователя, центрирующего фильтра и является входом анализатора,второй вход порогового блока соединен с выходом центрирующего фильтра,а выход подключен к входу усилителяограничителя, выход которого соединен с первым входом элемента И непонепосредственно, а через формирователь импульсов подключен к входуфиксации регистратора И входу элемента задержки, выход которого соединен со вторым информационным входом буферного регистра, третий информационный вход которого подключен к выходу элемента И, второй входкоторого соединен с выходом схемысравнения кодов. 45На фиг. 1 показан анализатор,структурная схема; на фиг. 2 представлена диаграмма работы анализатора.Статистический анализатоР состоитиз аналого-цифрового преобразователя1, центрирующего фильтра 2 и порогового блока 3, выход которого черезусилитель-ограничитель 4 подсоединен к формирователю 5 импульсов.Выходы аналого-цифрового преобразователя соединены со входами схемы 6сравнения кодов и буферного регистра7. Выход схемы сравнения кодовчерез элемент И 8, другой вход которого подключен к выходу усилителяограничителя 4, соединен со входомбуферного регистра 7. Выходы последнего подсоединены к входам схемысравнения кодов и регистратора 9(многоканального). Выход формирова теля 5 импульсов подключен непосредственно к регистратору 9 и черезэлемент 10 задержки - к буферномурегистру 7. Выходы синхронизатора11 соединены со входами аналогоцифрового преобразователя 1, схемы бсравнения кодов и буферного регистра 7,Сущность изобретения заключается ваппаратурной реализации укаэанноговыше способа анализа экстремумов,наибольших между. пересечениями процессом среднего уровня. Покажем эф-,фективность этого способа с точкизрения сокращения числа анализируемыхэкстремумов на примере нормальногостационарного широкополосного случайного процесса с плотностью распределенияи корреляционной функциеййф:ър =ър(р): ъе д", (а) где 9) - нормированная корреляционная функция;ОЬ - постоянный коэффициент.Определим среднее число экстремумов на интервале между соседними нулями процесса. Задача сводится к определению числа,Н= -(Ъ)ммдмн,1где К - число нулей процесса наинтервале реализации Т;М 1 - число экстремумов на той жереализации.Число экстремумов 0,1 реализации процесса х (ф) можно представить как число нулей реализации х (1) на том же интервале (нормальный стационарный процесс дифференцируем), Тогда, как показано в работе.где х(0) - значение второй производной от нормированной корреляционной функции процесса при=О, и аналогичноЗначение второй производной ор коэффициента корреляции Р Й):Г при=0 равно р" (0)= -2 г. КоэфФициент корреляции производной процес-, са определим из следукйего соотношенияЯхЯ х е (1 2 оЪ ) (ь)Ух( ) -ф,У" (О)тогда значение второй производнойот (б) при=0 будет й.еть видй"(О)=-бо. Подставляя найденныегМкоэффициенты в (3), получим 50 Следовательно, при реализацииметода подсчета экстремумов с пересечением среднего уровня необходимоанализировать в ГЗ раз меньше значений, чем приподсчете всех экстремумов.Устройство функционирует следующимобразом. 15Исследуемый. процесс х (1) преобразуется аналого-циФровым преобразователем (АЦП) 1 в параллельный код спериодом выборки, задаваемым синхронизатором 11. Одновременно исследуемый процесс поступает на центрирую(ций фильтр 2, который выделяет егосреднее значение х, и на пороговыйблок 3, гдеосуществляется вычитаниесреднего значения из входного сигнала,5т.е. П = х(С)-х. Следовательно,.пороговый блок 3 пропускает участкиисследуемого процесса х(С), превышающие уровень среднего значения х(ФИг. 2, а). С помощью усилителяограничителя 4 сигналы превышения,снимаемые с порогового блЬка 3,преобразуются в прямоугольные импульсы (П - импульсы), длительностикоторых равны интервалам между35пересечениями процессом среднегоуровня (фиг. 2,6),Взаимное временное согласованиеработы блоков анализатора осуществляет синхронизатор 11. В первыйтакт производится измерение знечения входного процесса с помощьюАЦП. Во второй - сравнение кода АЦПи содержимого буферного регистра 7,с помощью схемы б сравнения кодов,в третий - перепись кода АЦП в регистр 7, после чего цикл повторяется. Перепись кода,из АЦП в регистр 7осуществляется по сигналам, снимаемым с шины ) (больше) схемы бсравнения кодов, которые вырабатываются только в том случае, еслитекущее значение кода АЦП превышает предыдущее значение кода,хранящееся в регистре 7, т.е.БЯ . ИмпУльсы записи со схемы 6сравнения кодов поступают на бу 1 1ферный регистр 7 через элемент И 8,который открывается на времядействия каждого П - импульса, снимаемого с усилителя-ограничителя 4.Таким образом, к моменту окончания 60очередного П-импульса в буферномрегистре накапливается значение Н.наибольшее между пересечениями процессом .среднего уровня (значенияи фб, Фиг. 2, а). Задним 65 Фронтом П-импульса запускается формирователь 5, который вырабатывает импульс (фиг. 2,в), Фиксирующий накопленное значение Н,1 в мнОгоканальном регистраторе 9. Тот же импульс, прошедший через элемент 10 эадержкй (Фиг. 2, г), осуществляет установку буферного регистра 7 в нулевое состояние, подготавливая тем самым схему. к следующему измерению.Если использовать в схеме б сравнения кодов выходную шину (меньше).и производить установку буферного регистра 7 в единичное состояние (на схеме не показано), а также осуществлять запись в ре. - гистр по правилу В 1 ( М, то в последнем будут накапливаться значения Н наименьшие на интервалах111"11 1 .пересечения (значение 5 фиг. 2, а) .Таким образом, за время анализав многоканальном регистраторе, использующем предварительную дешифрацию поступающих кодов, накапливается информация о плотности распределения наибольших Х(Н ) или наименьших Н (Н.) значений случайного процесса на интервалах между пересечениями им среднего уровня. Это позволяет сократить объем обрабатываемых данных, что обеспечивает снижение погрешности в определении оценок усталостной прочности и долговечности механизмовФормула изобретенияСтатистический анализатор, содержащий аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения кодов и к первому информационному входу буферного регистра, выход которого соединен со вторым входом схемы сравнения кодов и с информационным входом регистратора, синхронизирующий вход буферного регистра подключен к первому выходу синхронизатора, второй и третий выходы которого соединены с синхрониэирующими входами соответственно схемы сравнения кодов и аналогоцифрового преобразователя, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности анализатора, он содержит элемент И, формирователь импульсов, элемент задержки, усилитель-ограничитель, цеитрирующий Фильтр и пороговый блок, первый вход которого объединен с информационными входами аналого-цифрового . преобразователя, центрируюшего Фильтра и является входом аналнэатора, второй вход порогового блока соеди-. нен с выходом центрирующего фильтра,842833 а выход подключен к входу усилителяограничителя, выход которого соединен с первым входом элемента И непосредственно, а через формировательимпульсов подключен к входу фиксации регистратора и входу элементазадержки, выход которого соединенсо вторым информационным входом буферного регистра третий информационный вход которого подключен квыходу элемента И, второй вход которого соединен с выходом схемы сравнения кодов. НИИПИ Заказ 5104/62ираж 745 Подписное филиал ППППатент,г.ужгород, ул.Проектная Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Слобин Б.З., Трофимов О.ф.,Статистический анализ измеренийслучайной нагруженности для оценкинакопления усталостного повреждения.фВестник машиностроения, 1966,Р 10,2. Авторское свидетельство СССРР 399868, кл. С 06 Р 15/36, .1972.3. Авторское свидетельство СССРВ 506869, кл. С 06 Р .15/36, 1974