Устройство для определения среднеквадратического отклонения случайных процессов (его варианты)

(71) Заявител Изобретение относится к специализированным средствам вычислительнойтехники, предназначенным для аппаратурного определения характеристикслучайных процессов.Известен цифровой способ опреде 5ления эффективного значения случайных сигналов с известным законом распределения, позволяющий оценить эффективное среднеквадратическое) зна-очение сигнала путем усреднения и дешифрации размахов мгновенных отсчетов случайного сигнала. Этот способгромоздок в части определения самихразмахов и не может быть применен вобласти высоких частот, так как длясчитывания мгновенных значений случайного сигнала нужен быстродействующий аналого-циФровой преобразователь АЦП )11,оНаиболее близким по техническойсущности к изобретению является устчроиство для измерения вероятностныххарактеристик случайных процессов,Цель изобретениячастотного диапазон асширениемерений. 5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОП ОТКЛОНЕНИЯ СЛУЧА ЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГПРОЦЕССОВ ГЕГО ВАРИАНТЫ) содержащее последовательно соединенные первый центрирующий фильтр, модульную схему, АЦП первую схему совпадений и реверсивный счетчик, вычитающий вход которого соединен с выходом второй схемы совпадения, первый вход которой подключен к выходу АЦП, а вторые входы схем совпадения подключены к выходам дискриминатора знака, вход которого соединен с выходом первого центрирующего фильтра, последовательно соединенные второй центрирующий фильтр, схему сравнения узел регулируемой задержки, временной селектор, пересчетную схему, и триггер выход которого подключен к третьим входам схем совпадений, кноп ку запуска и переключатели Г 2Это устройство также не может обеспечить измерения на высоких часто- тахмитель 8. Устройство фиг,2) содержит центрируащий фильтр 1, схему 2 сравимпульсов 5, индикатор 6, двухполупериодный выпрямитель 7.Устройство 1, Фиг. 1) работает слеПосле центрирования Фильтром 1 и двухполупериодного выпрямления блоком 8 выпрямленная переменная составляющая нормальногоили равномерно на схему 2 сравнения,где сравнивает;ся с некоторым порогом анализа Ы, йоступающим от источника 3 опорного напряжения.(вантующие импульсы с одного извыходов генератора 4 поступают насуммирующий вход реверсивного счетчика 5. С другого выхода генераторас заданным периодом Т поступают им- .пульсы на установочный вход счетчика 5, На вычитающий вход этого счетчика импульсы с блока 2 поступают втом случае, если напряжение измеряемого сигнала превышает порог анализа,Период Т задается заранее и определяет продолжительность измерений. Чем выше частота квантующих импульсов Г, тем точнее будут производиться измерения.Обьем счетчика выбирается из условия Й=ГТ, а по суммирующему входуза время Т в счетчик записываетсячисло, равное И. За это время изсчетчика будет списано число импульсов и, соответствующее времени превышения случайным сигналом порога анализа,Таким образом, за время анализаТ в счетчик всегда записывается число равное 11-п.При постоянном пороге анализас ростом. мощностиа следовательно исреднеквадратического значения сигнала время превышения Т растет, апри уменьшении - уменьшается, В соответствии с изменением изменяетсяи число п, списанное с реверсивного .счетчика эа время Т. Порог анализавыбирается таким образом, чтобы 0(Т(Ти ОспМ,Так же как Т характеризует времяпревышения сигналом порога анализа :интервал времени Т; так и и характеризует Г , М-и характеризует Т- Г 3 957219 4Указанная цель достигается тем, счетчик 5, дешифратор 6, блок 7 умчто устройство для определения сред- ножения, двухполупериодный выпрянеквадратического отклонения случайных процессов по первому варианту ),содержащее генератор импульсов, реверсивный счетчик и,источник опорно- нения, источник 3 опорного напряжего напряжения, последовательно соеди- ния, генератор 4 импульсов, счетчикненные центрирующий Фильтр, двухполупериодный выпрямитель и схему сравнения, причем вход центрирующего фильт дра является входом устройства, допол- дующим образом.-ительно содержит дешифратор и блокумножения, причем вход дешифратора сое"динен с выходом реверсивного счетчика,..фа выход дешифратора подключен к первому 5входу блока умножения, второй вход ко- распределенного сигнала поступаетторого соединен с выходом источникаопорного напряжения и входом опорногонапряжения схемы сравнения; первыйвыход генератора импульсов подключен рк синхрониэирующему входу схемы сравнения и суммирующему входу реверсивно.го счетчика, вычитающий вход которогосоединен с выходом схемы сравнения, ауправляющий вход реверсивного счетчи- дка подключен к второму выходу генератора импульсов.По второму варианту, устройстводля определения среднеквадратическогоотклонения случайных процессов содержащее генератор импульсов, счетчикимпульсов, источник опорного напря-.жения и последовательно соединенныецентрирующий Фильтр, двухполупериодный выпрямитель и схему сравнения,причем вход центрирующего фильтра яв 35ля ется входом уст рой ст ва, дополнител ьно содержит индикатор, причем выход,счетчика импульсов соединен с первымвходом индикатора и входом источникааоопорного напряжения, выход которогоподключен к входу опорного напряжениясхемы сравнения и информационному входу индикатора, первый выход генератора импульсов соединен с синхрониэирующим входом схемы сравнения, выходкоторой подключен к информационномувходу счетчика импульсов, а управляющий вход счетчика импульсов соединен с вторым выходом генератора импульсов,50На Фиг, 1 представлена Функциональная схема устройства, по первомуварианту; на Фиг. 2 - то же, по второму варианту,Устройство фиг,1) содержит центрирующий фильтр 1, схему 2 сравнения, источник 3 опорного напряжениягенератор 4 импульсов, реверсивный5 95723 общем случае среднеквадратическое значение сигнала зависит (линейно или нелинейно) от величины порога анализа и относительно времени Т/Т-К д простейшем линейном случае 6 =М: К о .Так, например, для нормальЙ-оного закона распределения с 0,68,а для равномерного с =0,84.По результатам анализа каждогопериода Т записанное в счетчике чис.ло (м-и) поступает на дешифратор 6, 1 зкоторый в зависимости от закона рас, пределения сигнала в соответствии сМФункцией 4 дешиФрирует" еЕ зна-М-ичение в некоторое число. В линейном 20случае дешифратор может бытьзамененусилителем с коэффициентом усиленияКй,Результат дешифрации и порог измерения о поступают в блок 7 умножения,Зкоторый показывает среднеквадратическое значение измеряемого сигнала.Устройство фиг.1) получается простым только в случае линейного дешифратора 6. Такое устройство приме- зеыимо, например, для измерения шумовили загрузки высокочастотных линейных трактов. При нелинейных дешифраторах это устройство становитсягромоздким33Устройство фиг.2) организованопо принципу следящей системы и работает следующим образом.(ак и в предыдущем случае, послецентрирования, выпрямления и сравнения измеряемого сигнала с уровнеманализа импульсы поступают на информационный вход счетчика 5. За времяТ между импульсами поступающими отгенератора импульсов на установочныйвход счетчика в счетчике будет накаплива. с; чекоторое число импульсов,г . ь.: иональное времени Г превышени:, измеряемым сигналом порога Ы из.;висящее от порога анализа и среднеквадратического значения сигнала,Если среднеквадратическое значениепостоянно, а порог анализа д. умень"ши,ь, что в счетчик 5 за время Т запишется большее число импульсов, есИли увеличить порог анализа - меньшее. Изменяя порог анализа сС, можно,добиться, цтобы в счетчик былозаписано заданное число импульсов. 19 бДля каждого закона распределения случайного сигнала существует свой порог анализа с 1, при котором относительное время превышения этого порога,р. где Я - постоянная.,Твеличий 1, зависящая от вида закона распределения случайного сигнала.Так,для нормального распределения она равна 0,32; для закона арксинуса 0,5; для равномерного 0,12; для экспоненциального 0.,368; для распределения Рэлея 0,8.При этом порог анализа е; равен среднеквадратичесному значению измеряемого сигнала.Устройство фиг.2 ) осуществляет слежение за порогом анализа о;. Необходимое число р; в зависимости от закона распределения задается счетчику 5 заранее, так, например, если для нормального закона р=0,32 и если объем выборки принят М=Т 1000, то число, записанное в счетчике, долж но быть равно 320.Таким образом, на каждом периоде анализа Т счетчик 5 сравнивает число импульсов на некотором текущем пороге анализа с заданным. Если поступив-, шее число импульсов больше меньше) заданного, то счетчик выдает на источник 3 опорного напряжения сигнал об увеличении ( уменьшении)порога ана-, лиза. Так продолжается до тех пор, пока за время Т в счетчике не будет записано заданное число. Тогда число считываемое с,индикатора 6 - уровень анализа, численно равный среднеквадратическому значению измеряемого сигнала. Точность измерений устройства зависит от точности измерения величины о и ЪТехнико-экономический эффект от внедрения изобретения заключается в следующем.Дпя измерения и контроля широкополосных высокочастотных сигналов 1,например линейных трактов ВЧ систем передачи с полосой до 25 МГц ) изобретения является реально осуществимым. Выпускаемый промышленностью прибор ИШ-П 323 может работать толькодо 100 кГц. Приборы с цифровым отсчетом для измерения среднеквадратического значения на высоких частотахне производятся.Поэтому предлагаемые приборы позволяют расширить частотный диапазонизмерений.,7 95721Формула изобретения 1. Устройство для определения сред " неквадратического отклонния случайных процессов, содержащее генератор импульсов, реверсивный счетчик и источник опорного напряжения, последовательно соединенные центрирующий фильтр, двухполупериодный выпрямитель и схему сравнения, причем вход 1 О центрирующего фильтра является входом устройства, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений, оно дополнительно содержит дешифратор и 5 блок умножения, причем вход дешифратора соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход дешифратора подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с З 1 выходом источника опорного напряжения и входом опорного напряжения схемы сравнения, первый выход генератора импульсов подключен к синхронизирующему входу схемы сравнения и суммиру- у ющему входу, реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом схемы сравнения, а управляющий вход реверсивного счетчика под-. ключен к второму выходу генератора импульсов.2. Устройство для определения среднеквадратического отклонения случайных процессов, содержащее генераторимпульсов, счетчик импульсов, источник опорного напряжения и последовательно соединенные центрирующий фильтр,двухполупериодный выпрямитель и схему сравнения, причем вход центрирующего фильтра является входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью расширения частотногодиапазона измерений, оно дополнительно содержит индикатор, причем выходсчетчика импульсов соединен с управляющим входом индикатора и входом источника опорного напряжения, выходкоторого подключен к входу опорногонапряжения схемы сравнения и информационному входу индикатора, первыйвыход генератора импульсов соединен с,синхронизирующим входом схемы сравнения, выход которой подключен к информационному входу счетчика импульсов, а управляющий вход счетчика импульсов соединен с вторым выходомгенератора импульсов,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Иовинский А. Н., Жовинский В.Н.Инженерный экспресс-анализ случайныхпроцессов. М., "Энергия", 1979,с 54-62,2. Авторское свидетельство СССРЮ 278846 кл. О 06 С 7/52 1967окшан Оипиэл ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,каз 6600/38 ЗНИИПИ Госуда по делай и 113035; ИосквТираж ственн обрете3-35 731 Подписноего комитета СССРий и. открытийРаушская наб., д. 4/5