Устройство для цифрового определения средних значений сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 191 (11 15 ПИС ЗОБР ВСТ Черепащукенина авиаЖуковского ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1.Авторское свидетельство СССР В 307409, кл. С 06 С 7/52, 1970.2. Мирский Г,Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов, "Энергия", 1972, с. 63-65 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНИХ ЗНАЧЕНИЙ СИГНАЛОВ, содержащее преобразователь напряжения в код, первый счетчик, вход которого подключен к выходу счетно-импульсного модулятора, вход которого является входом устройства, делитель частоты, первый элемент И, генератор импульсов, выход которого соединен с первьм входом первого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу преобразователя напряжения в код и к входу установки в нуль делителя частоты, блок элементов И, блок регистрации, вход которого соединен с выходом блока элементов И, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены элемент задержки, преобразователь код - число импульсов, второй и третий счетчики, триггер, блок определения минимальных значений, блокопределения максимальных значений,входы блоков определения максимальных значений и блока определения минимальных значений соединены с входом устройства, выход блока минимальных значений подключен, к первомувходу триггера, входу установки внуль первого счетчика и входу установки в нуль второго счетчика, выход которого соединен с первым входом делителя частоты, выход блокаопределения максимальных значенийподключен к второму входу триггераи управляющему входу блока элементовИ, входы которого подключены к информационным выходам третьего счетчика,вход которого соединен с выходом делителя частоты, выход триггераподключен к второму входу первогоэлемента И, выход которого соединен с входами установки в нуль делителя частоты, и третьего счетчика, а также с входом установки в нольвторого счетчика и входом элементазадержки, выход которого подключенк управляющему входу преобразователя код-число импульсов, жформационный вход которого соединен свыходом первого счетчика, выход преобразователя код-число импульсовподключен к второму входу делителячастоты,84 2рог подключен к выходу лока элементов И (2 3.ФВ данном измерителе реализуетсяцифровой аналог интегрального оператора текущего сглаживания без егоупрощения или аппроксимации .Недостатком этого измерителя является ограниченная точность измерения текущих средних значений сигна-лов, Погрешность измерения текущихсредних значений сигналов зависитот длительности интервала сглаживания Т л . Например, при определении среднего значения нестационарного случайного процесса х(1) выражение для погрешности измеренияимеет вид: ое среднеквадратклонение случай.и х(С) в интерде 6 - мак х пщк тичмалкоеуи ной ф кцивале Тсглфъ- максимальный интервал корреляцйи на участке сглаживания Т(17 в максимальн значение моФсйХдуля второй производнойот математического ожидания случайной функции х(Она участке Тсгл ос 1 10895Изобретение относится к цифровойизмерительной технике и может бытьиспользовано для измерения и оперативного контроля текущих средних значений сигналов.Известно устройство для измерениясредних значений сигналов, содержащее усилитель, соединенный с однимиэ входов первой схемы сравнения,второй вход которой связан с генера Отором вспомогательньи случайных импульсов, а выход подключен к логической схеме ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИЛИ, связанной с входами реверсивного счетчика, генератор стробирующих импульсов, подключенный к управляющемувходу первой схемы сравнения, вторуюсхему сравнения, связанный с реверсивным счетчиком цифро-аналоговыйпреобразователь, соединенный с вто О Я (тпрой схемой сравнения, второй входкоторой подключен к генератору вспомогательньи случайных импульсов,а выход связан с логической схемойИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИЛИ 13.25Это устройство не позволяет дтичь высокой точности измерениявследствие приближенности алгоритмасглаживания, так как в нем измерениесредних сигналов производится как З шизмерение вероятности непревышениязаданного случайного сигнала с равномерным распределением напряжениявходного сигнала.Известен также измеритель,средних значений нестационарных случай ньи процессов, содержащий счетно- импульсный модулятор, первый счетчик, блок элементов И, первый элемент И, одновибратор, генератор импульсов, делитель частоты, приче вход счетно-импульсного модулятора является входом устройства, выход генератора импульсов подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с управляю щим входом счетно-импульсного моду лятора и входу делителя частоты, вьиод которого подключен к входу одновибратора, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, входом установки в нуль первого счетчика и управляющими входами блока элементов И, вход ко торого подключен,к выходу первого счетчика, вход которого соединен с вьиодом счетно-импульсного модулятора, блок регистрации, вход кото звестном измерителеинтервала сглаживани ос так как зависит тиной частоты генерапостоянного коэффициделителя частоты. Сла длительность Т .лущими характеристиками тоянн посто сов и Олени но, с т может в процессе измться в соответствии с и м 45 и известного измерителяе невозможность непреения текущих среднихфюЕ ПРОИЗВОЛЬНЫЕ МОМЕНсглаживания для операоля исследуемого прорывного полсигналов вты интервал го ко сса,ния - повышени текущих средин Цель изобрете ности измерения чений сигналов.Поставленная цел тем, что в устройс достигает содержа очаНедостаткявляется такж длителья Т .лпосолько от тора импульеита де- едовательне связанасигнала ерения из- ними3 1089584" 4 счетно-импульсный модулятор, первыйсчетчик, вход которого подключен квыходу счетно-импульсного модулято"ра, вход которого является входомустройства, делитель частоты, первыйэлемент И, генератор импульсов, вы 5ход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого подключен к управляющему входусчетно-импульсного модулятора и квходу установки в нуль делителя частоты, блок элементов И, блок регистрации, вход которого соединен с выходом блока элементов И, введеныэлемент задержки преобразователь15код - число импульсов, второй счетчик, третий счетчик, триггер, блокопределения минимальных импульсныхзначений, блок определения максиЭмальных значений, входы блока апре"деления максимальных значений и блока определенияминимальных значенийсоединены с входом устройства, выходблока мйнимальных значений подключен со- ответственно к первому входу. триггераЭвходу установки в нуль первого счетчикаи входу установки в нуль второгосчетчика, вход которого соединен свходом делителя частоты, выход блокаопределения максимальных значенийподключен к второму входу триггера10и управляющим входам блока элементовИ, входы которого подключены к инфор-.мационным входам третьего счетчикаФвход которого соединен с выходомделителя частоты, выход триггера подключен к второму входу первого эле-,мента И,выход которого соединен соответственно с входами установки в нульделителя частоты и третьего счетчи- .ка, а также с входом второго счетчика и входом элемента задержки, выходкоторого подключен к управляющему.входу преобразователя код - число им.пульсов, вход которого соединен с выходом первого счетчика.5 На чертеже представлена блок-схемапредлагаемого устройства. Устройство содержит счетно-импуль ный модулятор 1, первый счетчик 2, генератор 3 импульсов, первый элемент 4, элемент 5 задержки, преобразователь 6 код - число импульсов, второй счетчик 7, делитель 8 частоты,55 третий счетчик 9, блок 10 элементов И, блок 11 регистрации, Схема 8 определения времени сглаживания содержит, например, блок 12 определения минимальных значений, блок 13 одре- деления максимальных значений и триг- . гер 14.Устройство работает следующим образом.Текущее среднее значение сигнала х(й) определяется методом сглаживания с помощью цифрового аналога интегрального оператора текущего сглаживания. Интервал сглаживания Тс , разбивается на, о интервалов опросаеД - Ю -" и алгоритм вычисления сред" ОУнего значения, соответствующий интегральному оператору текущего сглаживания, имеет вид:1х (1)= .Е х(й + дТ )я+1 Длительность интервала сглаживания Топределяется текущими характеристиками сигнала и выбирается равной, например, промежуткам времени между моментами достижения минимума и моментами достижения максимума сигнала. Среднее значение сиг" нала на этом интервале сглаживания измеряется методом дискретных выборок, число которых переменно и равно К = о+1, где К - содержимое второго счетчика 7.При достижении сигналом х(с) минимального значения блок 12 выдает импульс начала сглаживания, который поступает на входы установки нуля первого счетчика 2 и второго счетчика 7 и сбрасывает их в нулевое состояние. Одновременно импульс начала сглаживания подается на вход триггера 14 и устанавливает его в инакое состояние, когда первый элемент И открывается. При этом импульсы с генератора импульсов 3 начинают поступать на счетно-импульсный модулятор 1, элемент 5 задержки, второй счетчик 7 импульсов, делитель 8 частоты и третий счетчик 9.В момент появления каждого импульса-выборки на управляющем входе модулятора 1 напряжение исследуемого сигнала х(й) преобразуется. в пропорциональное число импульсов, которые проходят в первый счетчик 2, накапливающий их. Одновременно каждый импульс-выборка, попав на входы установки нуля делителя 8 частоты и счетчика 9, сбрасывает их в нулевое соспосле прохождения второго импульса"выборки пропорционально х ( й) +х ( 1+Тд ) 1ЬОа после прохождения (ц+1)-го импульса-выборки пропорционально 35 х ( с) +х ( с+Т ) ++х ( С+с 1 ТрЧ+11()ц+140Следовательно, содержимое счетчика 9 в любой момент интервала сглаживания пропорционально среднему зна" чению исследуемого сигнала х(й) за прошедшую часть этого интервала.45При достижении сигналом х(с),максимального значения блок 13 определе-. ния моментов максимума выдает импульс конца сглаживания, который через 5 1089 5 тояние, а, попав на вход счетчика 7, подсчйтывается им. 8 результате этого в счетчике 7 накапливается число импульсов-выборок К и на его выходе образуется код, определяющий коэффициент деления делителя 8 частоты с управляемым коэффициентом деления.Импульсы-выборки, задержанные элементом 5 задержки на время преоб разования сигнала х(С) в модуляторе 1, запускают преобразователь 6 код - число импульсов. Преобразователь 6 преобразует код числа, накопленного в счетчике 2, в пропорциональное 15 число импульсов, которое делится делителем частоты в К раз и фиксируется счетчиком 9.Таким образом, после прохождения первого импульса-выборки, когда 20 К = 1 и коэффициент деления делителя 8 частоты равен единице, содержимое счетчика 9 пропорционально триггер 14 запрещает прохождениеимпульсои-выборок через элемент 4 итем самым завершает цикл усреднениясигнала х(С). Одновременно импульСконца сглаживания запускает блок 10и среднее за время сглаживания значение сигнала х(Г) фиксируется в бло-ке 11,Использование схемы определениявремени сглаживания, элемента задержки, преобразователя код - число импульсов., второго счетчика, делителячастоты с управляемым коэффициентомделения и третьего счетчика выгодно отличает предлагаемое устройствоот указанного прототипа, являющегосябазовым объектом. Предлагаемое устройство позволяет усреднить сигнале 1на интервале сглаживания с переменной длительностью, определяемой потекущим характеристикам счетчика,и, следовательно, повышает точностьизмерения текущих средних значений.Так, например, при измерении смещенного синусоидального сигнала х(й)= х + х з 1 пы й устройство обеспечиО Ивает определение среднего значениях р без методической погрешности примйнимальном времени сглаживанияТ = Л 1 Ш . Методическая погрешностьбазового объекта с постоянным временем сглаживания, не связанным стекущими характеристиками сигнала, вэтом случае может достигать величины3 "-х (если границы интервалаФсглаживания совпадают. с фазой сигнала Ои 180 ).Кроме того, предлагаемое устрой"ство обеспечивает возможность получения текущих средних значений сигнала в любые произвольные моментыинтервала сглаживания. Это увеличи- .вает сферу применения устройства иустраняет необходимость разработкиряда точных цифровых измерителейсредних значений сигнала для измерительных систем, систем автоматического контроляи систем технической диагностики.1089584 Составитель И.Техред С.Мигуно актор М. Янови Шароши Коррек писн комитета СС тииаб., д. 4 и от ская иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная аказ 2936/46 ВНИИПИ по 113035, Тираж 699 Государственног елам изобретений сква, Ж, Рауш