Устройство для измерения среднего значения случайных процессов

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для анализа сигналов, изменение которых носит случай-, н5 ныи характер (например, при статистическом контроле, в приборах для выделения полезного сигнала на Фоне помех, устройствах для обработки медико-биологической инФормации и т.д.).Цель изобретения - повышение точности.На Фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - Фиг. 21 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства,Устройство содержит второй элемент 1 задержки, второй сумматор 2, второй ключ 3, первый элемент 4 задержки, инвертор 5, блок 6 умножения, 20 блок 7 определения максимумов, первый интегратор 8, первый сумматор 9, блок 10 деления, второй элемент 11 памяти, первый ключ 12, второй интегратор 13, третий элемент 14 задержки, первый25 эггекент 15 памяти, блок 16 синхронизации и третий сумматор 17,Устройство работает следующим образом.До момента о запуска блока 16 синхронизации устройство находится в исходном состоянии. При этом блок 16 ке вырабатывает управляющих импульсов и сигналы на его четырех выходах равны нулю. Поэтому ключ 12 (а также ключ 3) закрыты и входной сигнал П(С), пред 35 ставляющий собой случайный процесс со средним значением (математическим ожиданием):40ла 209фО не поступает в схему (здесь а ц и а - соответственно истинные значения среднего значения до и после неизвестл ного момента ц изменения среднего значения, момент изменения математического ожидания может принимать значения в интервале от 1+ с , доль, причем с; О, а , Т, где Т - время анализа случайного процесса в устройстве) .В статическом состоянии интегратор 8,интегратор 13 и элементы 11 и 15 памяти готовы к работе. Сигналы на их выхо 55 дах равны нулю. В результате напряжения на всех входах и выходах остальных блоков схемы также равны нулю,Сигналы на выходах устройстйа для иэл л меренных средних значений а и а процесса до и после момента изменения отсутствуют,Работа устройства начинается с момента С , Блок 16 вырабатывает на своем первом выходе импульс прямоугольной формы (фиг. 2) длительностью Т от момента , до момента времениТ. На втором выходе блока 16 формируется короткий импульс сброса (фиг. 3), начинающийся через время 2 ТТ л после момента о запуска блока 16 (здесь Тое - выбирается минимальным, но достаточным для регистрации измеренных средних значений али а 2 процесса до и после момента изменения).Импульс с первого выхода блока 16 поступает на управляющий вход ключа 12 и открывает его на время Т. В течение этого времени входной сигнал П(Т) поступает в схему. Сигнал на выходе ключа 12 без учета флуктуирующей составляющей случайного процесса изображен на Фиг. 4. С выхода ключа 12 сигнал П 1 поступает на вход интегратора 8. Проинтегрированный в нем сигнал (Фиг, 5) складывается в сумма-торе 9 с таким же сигналом, но задержанным на время Т элементом 4 задержки (Фиг. 6) и инвертированным в инверторе 5 (Фиг. /), Сигнал с выходасумматора 9 (Фиг. 8) поступает на вход блока 10 деления. На вход делителя блока 10 поступает сигнал, сформированный блоками 16,17 и 13. Этот сигнал имеет Форму равнобедренного треугольника с основанием 2 Т и вершиной, расположенной в точке Т. Действительно, блок 16 на своем третьем выходе генерирует импульс (фиг. 9) длительностью Т прямоугольной формы отрицательной полярности с амплитудой, равной амплитуде импульса на первом выходе блока 16 и начинающийся через время Т после начала работы устройства. Этот импульс складывается в сумматоре 17 с импульсом, вырабатываемым на первом выходе блока 16 (фиг. 2). Двуполярный импульс с выхода сумматора 17 (фиг. 10) интегрируется в интеграторе 13 иприобретает требуемую треугольную форму (фиг. 11). В результате на выходе блока 10 деления имеем сигнал (Фиг, 12);,ф ге х(С ) 3 С/(2 Т+ 1 -С), о+Т с йС + 2 Т,где К - коэ фи иентчф. ц т, учитывающии ко- ся со своей копией (фиг. 14), задерэффициенты пе е афф ц ть и редачи интегра- жанной элементом 1 задержки на времяторов 8 и 13. 1 О Т, В результате на выходе сумматора 2имеем сигнализображенный на фиг.15,Сигнал с выхода блока 10 поступает Следует отметить, что преобразования на вход блока 6 умножения, на другой сигнала в блоках 1 2 4-6 8-10 подобвход которого поступает сигнал с выхо- раны так, что без учета флуктуирующей да сумматора 9 (фиг. 8). С выхода блосоставляющей анализируемого процесса ка 6 (фиг, 13) сигнал поступает на сигнал на выходе сумматора 2 в превход сумматора 2, где он складывает-делах от С + Т до й + 2 Т равныих(с) Лсх( ) Ысц (с)=к, Ф- ---- с+Т С с 2 Тэ О+ -о- Т - о 2 Т+ со ределения максимумов и приводит темсамым устройство в исходное состояние.В результате устройство готово к новому циклу измерения. всегда имеет наибольшее значение в момент времени изменения среднего значения задержанного на время Т анализируемого случайного процесса, при различных значениях математического ожидания до и после момента изменения. Кроме того, перечисленные блоки обеспечивают максимальную и слабо отлича- ЗО ющуюся между собой крутизну на участках кривых (фиг. 15) до и после момента/ изменения среднего значения. Сигналс выхода сумматора 2 поступает на вход ключа 3, на упРавляющий вход которого с четвертого выхода блока 16 подается сигнал, изображенный на фиг. 16 Этот сигнал открывает ключ 3 только на время, когда возможно появление момента изменения среднего 4 О значения случайного процесса, тем самым исключается возможность срабатывания блока 7 определения максимумов из-за флуктуаций входного сигнала в моменты, когда не ожидается изменение 45 среднего значения процесса.Таким образом, сигнал с выхода клю" ча 3 (фиг. 17) поступает на вход блока 7 определения максимумов. Блок 7 в момент достижения сигналом УИ) наибольшего значения вырабатывает импульс, изображенный на фиг, 18. Своим передним фронтом этот импульс заставляет сработать элементы 11 и 15 па 55 ,мяти; В это время на входе элемента 11 памяти присутствует сигнал с блока 10 деления (фиг. 12), который в момент С + с, + Т равен (без учета флуктуации) среднему значению процесса после момента изменения. Это значение (фиг, 19) запоминается элементом 11 памяти и поступает на выход устройства соответствующий измеренФлному среднему значению а процесса после изменения, С другой стороны, на вход элемента 15 памяти поступает сигнал с выхода блока 10 (Фиг. 12), задержанный на время Т элементом 14 задержки (фиг. 20). Этот сигнал в мо-. мент с + ц +Т равен (без учета флуктуации) среднему значению процесса до момента изменения. В результате в момент с +ь,- Т элемент 15 памяти фиксирует измеренное среднее значение до момента изменения, которое с выхода элемента 15 (фиг. 21) поступает на выход устройства, соответствующий памяти измеренному среднему значениюлпроцесса а, до момента изменения. Следует отметить, что отклонение значения входгых сигналов элементов 11 и 15 памяти от истинных средних значений за счет флуктуаций минимально именно в момент+ Т+чем достигогается высокая точность измерений средних значений, Цикл измерения завершается выработкой блоком 16 на своем втором выходе короткого отрицательного импульса, который поступает на входы сброса интеграторов 8 и 13, элементов 11 и 15 памяти и блока 7 оп 1603406Следует отМетить, что значения ко" эффициентов передачи блоков устройства определяющие величину К 1, не влияют на точность измерения сред 5 него знячения случайного процесса и выбираются в зависимости от конкретных условий работы устройства так, чтобы согласовать динамические диапазоны входного сигнала и используе мых типовых блоков.Формула изобретенияУстройство для измерения среднего значения случайных процессов, содержащее два интегратора, блок определе ния максимумов, первый элемент памяти, блок синхронизации, блок деления и первый ключ, информационный вход которого является информационным входом устройства, а выход соединен с инфор- о мационным входом первого интегратора, выход блока определения максимумов подключен к входу разрешения записи первого элемента памяти, выход которого является информационным выходом 25 среднего значения до момента .изменения процесса устройства, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены три элемента задержки, три сумматора, 30 второй ключ, инвертор, блок умножения и второй элемент памяти, причем выход первого интегратора соединен с первым входом первого сумматора и через последовательно соединенные первый элемент задержки и инвертор - с вторым входом первого сумматора, выход которого подключен к входу делимого блока деления и к первому входублока умножения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора и через второй элемент задержки -с вторым входом второго сумматора,выход которого подключен к информационному входу второго ключа, выход ко,торого соединен синформационным входом блока определения максимумов,выход которого подключен к входу разрешения записи второго элемента памяти, выход которого является информационным выходом среднего значения послемомента изменения процесса устройства,первый выход блока синхронизации соединен с управляющим входом первогоключа и с первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к инФормационному входу второго интегратора, выход которого соединен с Ъходомделителя блока деления, выход которого подключен к второму входу блокаумножения, к информационному входувторого элемента памяти и через третий элемент задержки к информационному входу первого элемента памяти,второй выход блока синхронизации соединен с входами сброса первого и второго интеграторов, блока определениямаксимумов и первого и второго элементов памяти, третий выход блокасинхронизации соединен с вторым входом третьего сумматора, четвертый выход блока синхронизации подключен куправляющему входу второго ключа, 16034061603406 Осауленкр Редакто оррек ев Тираж 560 Подписноекомитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 иэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гаг Е каэ 3387 НИИПЙ Государственног 113035