Устройство для определения плотности распределения вероятностей случайных процессов

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУпо делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ПЛОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ1Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено для оп ределения плотности вероятностей случайных процессов и может быть использовано в электроизмерительной технике, устройствах обработки информации и т.д.Известны устройства для измерения плотностей вероятностей случайных процессов с использованием электроннолучевых трубок (ЭЛТ) 1. Такие устройства в качестве измерительного преобразователя реализаций содержат ЗЛТ, содержащих наряду с обычными дополнительные элек троды, позволяющие такую ЭЛТ использовать для определения времени пребывания исследуемого сигнала в дифференциальном коридоре.Наиболее близким к предлагаемому является устройство измерения плотности распределения вероятностей напряжений реализаций случайных процессов, содержащее входной делитель, выходом подключенный к первой паре горизонтально отклоняющих пластин специальной ЭЛТ, вторая пара гоп ризонтально отклоняющих пластин которой соединена с выходом генератора пилообразного напряжения, дополнительный электрод ЗЛТ подключен 1 ок микроамперметру,Работа устройства заключается визмерении среднего значения дополнительного электрода. На горизонтально отклоняющие пластины подают реализацию исследуемого напряжения. Вторая пара пластин свободна, Траектория движения луча при этом прямая. Положение траектории выбирают так, чтобы она пересекала центр экрана, где расго -положен дополнительный электрод- металлическая пластина 1,5 1,5 мм с выводом наружу. Количество элек.тродов, попавших на пластинку при не 96300иаменной плотности луча, будет пропорционально плотности вероятностиисследуемого напряжения, Ток микроамперметра характеризует плотностьвероятности в дифференциальном коридоре, определяемом размерами пластинки. Для того, чтобы эффективныйдифференциальный коридор определялсятолько размерами пластин с помощьюрегулируемого источника, подбирают . 1 рсоответствующий потенциал на дополнительном электроде. Уровень анализа изменяют при помощи развертывающего пилообразного напряжения с генератора. Достоинством известного устройства является широкий диапазонрабочих частот 1 2 1.,Одна:о точность измерений невелика. При больших значениях измеряемыхплотностей вероятностей (0,1 и более) 0величина относительной погрешностисоставляет не менее 53 и обусловлена в основном нелинейностью развертывающего напряжения, При измерениималых плотностей вероятностей (0,0010,01) большая погрешность (10-20/)обусловлена в основном низкой.точностью определения среднего значениятока через пластинку, так как веро-ятность появления луча в ее окрест 30насти мала, Г 1 о этой же причине невозможно измерение плотностей вероятностей менее 0,001, так как ток пластинки при этом будет. иметь вид импульсов,далеко отстоящих по времени друг отдруга и появляющихся в моменты пересе чений лучом ЭЛТ пластинки, Среднеезначение тока этих импульсов, появляющихся со случайным периодомопределяется с большой погрешностью, Крометого, когда это среднее значение будет соизмеримо с собственными шумамиэлектроннолучевой трубки, измеренияневозможны.Цегь изобретения - повышение точности измерений,45Поставленная цель достигаетсятем, что устройство для определенияплотности распределения случайныхпроцессов, содержащее усилитель, входкоторого является входом устройства, 50а выход соединен с первой парой горизонтально отклоняющих пластинэлектроннолучевой трубки типа "Политрон", дополнительно содержит генератор импульсов, генератор ступенчатого напряжения, ограничитель и счет,чик импульсов, причем выход генератоГра ступенчатого напряжения подключен 2 4к второй паре горизонтально отклоняющих пластин электроннолучевой трубки типа "Политрон" и управляющему входу счетчика импульсов, сигнальный вход которого через ограничитель соединен с дополнительным электродом электроннолучевой трубки типа "Политрон", а выход генератора импульсов подключен к входу модуляции электроннолучевой трубки типа "Политрон" и управляющему входу генератора ступенчатого напряжения.На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - поясняющие временные диаграммы.Устройство содержит входной усилитель 1, электроннолучевую трубку типа "Политрон", генератор 3 импульсов, генератор 1 ступенчатого напряжения, ограничитель 5, счетчик б импульсов,.Устройство работает следующим образом.Исследуемый сигнал через входной усилитель поступает на пластины Х ЭЛТ 2, которая в исходном состоянии закрыта по току. На модулятор М этой ЭЛТ (не показан) с генератора ,3 импульсов поступают положительные импульсы с периодом следования ТВ, периодически открывающие трубку по току на время, равное длительности импульсов, Если в моменты импульсов луч ЭЛТ попадает на пластину 0, то в ее цепи появятся импульсы тока, Этот ток образует на входном сопротивлении блока 5 импульсы напряжения, В блоке 5 эти импульсы форми-. руются по амплитуде и длительности и поступают в счетчик 6 импульсов,Генераторступенчатого напряжения вырабатывает напряжение, форма которого изображена на Фиг. 2. В течение интервала времени ЬТ напряжение этого генератора постоянно, затем изменяется скачком. Это напряжение в, качестве развертывающего поступает на горизонтально отклоняоцие пластины ХЭЛТ, осуществляя развертку луча в горизонтальной плоскости, Кроме того, это напряжение поступает на счетчик импульсов, осуществляя сброс в ноль его показаний в момент скачка развертывающего напряжения.В интервал времени ЬТ счетчик считает импульсы, поступающие на него с блока .5. Оценка плотности5 96300вероятности и(х) д х определяетсяпри этом соотношениеми (х) дх=-йТТгде и - число импульсов, сосчитанных счетчиком за интервалвремени ЬТ;Т - период следования импульсовгенератора 3.Если выбрать отношение ЬТ/Тб - 10 =10тоМ -(.и (х). ь х=п10устройство получается прямопоказывающим, а число о( определяет положение запятой в отсчете, 15Повышение точности измерений в устройстве достигается по следующим причинам,Введение в схему новых элементов позволяет от измерения среднего зна чения тока пластинки перейти к измерению числа импульсов напряжения эа время АТ. Определить факт наличия им. пульса (или измерить их число эа определенный интервал времени) мож но даже в том случае, если за весь промежуток времени ДТ будет всего один импульс (или несколько). Определить же среднее значение тока пластинки в этих условиях практически невозможно.Уровни анализа в течение времени дТ постоянны. Благодаря этому полностью устранена погрешность нелинейности развертки прототипа.Предлагаемое устройство позволяет определить выбранйые значения плотности распределения вероятностей в цифровом виде при непосредственном. отсчете.Итак, снабжение предлагаемого устройства указанными выше элементами позволяет полностью избавитьсяот аппаратных погрешностей, свойственных прототипу,погрешности нелинейности развертки погрешности измерения малых значений и невозможности измерения весьма малых значений и (х) дх. При этом погрешности, изме рений будут в основном определяться статистическими погрешностями, которые зависят от свойств исследуемых процессов и продолжительности интервала анализа. Кроме тбго, повышена помехоустойчивость устройства эа счетl 55 стробирования сигнала импульсами с генератора 3.Экспериментальная установка, реализующая предлагаемое устройство, со 2 Ьбрана на основе ЭЛТ, изготовленной из обычной осциллографической трубки 8 ЛО 29 И добавлением в нее дополнительного электрода, Рабочий диапазон частот исследуемых сигналов 0,01 Гц - 20 МГц. Диапазон измеряемых выборочных значений и (х) дх и 1-10% -5Погрешности измерения плотностей вероятностей при этомиф(х). дх=10 не. хуже 0011и(х) дх=10 не хуже 0,03 ьи (х) дх=10, не хуже 0,1,и(х) дх=10 не хуже 3 ьСравнение с прототипом дает возможность установить, что при одинаковых статистических данных точность измерения предлагаемым устройством повышена для плотности вероятности 0,1 в 500 раз; для плотности вероятности 0,001 в 200 раз.Кроме того, диапазон измеряемых значений расширен с минимального значения и(х) д х=10 в прототипе до и (х) дх=10 .Полученные технические параметры анализатора (частотный диапазон 0,01 ГцМГц при высокой точности измерений) выгодно отличают его от существующих приборов статистического анализа.Предлагаемое устройство целесообразно использовать в электроиэмерительной технике при аппаратурном анализе плотности вероятностей мгновенных значений случайных сигналов, когда в широком частотном диапазоне необходима высокая точность измерений.Кроме того, применение предлагаемого устройства обеспечивает большое удобство при исследовании неизвестных законов распределений, при использовании его для контроля распределения, для демонстрации того или иного типа распределений.Формула изобретенияФУстройство для определения плотности распределения вероятностей случайных процессов, содержащее усилитель, вход которого является входом устройства, а выход соединен с первой парой горизонтально отклоняющих пластин электроннолучевой трубки типа "Политрон", о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно дополнительно7 9 б 3002 8содержит генератор импульсов, гене-типа "Политрон" и к управляющемуратор ступенчатого напряжения, огра- входу генератора ступенчатого напряничитель и счетчик импульсов, причем жения.,выход генератора ступенчатого напря",жения подключен к второй паре гори- Источники информации,зонтально отклоняющих пластин элек- принятые во внимание при экспертизетроннолучевой трубки типа "Политрон 1, Мирский Г,Я. Аппаратурноеи управляющему входу счетчика импуль- определение характеристик случайсов, сигнальный вход которого через ных процессов. М "Энергия", 1972,ограничитель соединен с дополнитель О с. ч 9-55.ным электродом электроннолучевой 2. .1 еп Н. РгоЬаЬ 11 йу Оепы сутрубки типа "Политрон", а выход гене. Меазогеаепй и 1 тп ап Е 1 есгодератора импульсов подключен к входу Мопцйед 1 п Ье Газе.-"ТЬе Реч. оФмодуляции электроннолучевой трубки Бс 1: 4 цзг", 1959, У 12 (прототип).1 Составитель В, федактор Н. Ковалева Техред М. Гергел кало орректор,Н. Бур Заказ 7517 72 Тира ВНИИПИ Государственного по делам изобретений фи731оми тетаоткрытишская на одписное 113035 Москва, Ж, Ра б. д. М 5лиал ППППатент", г. Ужгород, ул, Проектная,