Устройство для определения средне-квадратического отклонения слу-чайной величины

Союз Советских Социалистических РеспублинОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ полнительное к авт. свид-ву(51)М. Кл. 22) Заяв 94983 18 9,06,7 6 Р 15/36 с присое ением зая твеииый ко СССРам изобрет открытий осуд мите 3) Приорите б 7,81, Бюллетень Мо 2 новано 23,0 убликовани) Заявитель РОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ОТКЛОНЕНИЯ СЛУЧАЙНОЙ ВЕЛИЧИНЫ ренияянели 5 ми так ая точ кот тор м известного устройстизкая точность опредевадратического отклоой величины,Недостатва является ления средн 30 нения случа Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для оценки и контроля отклонения во временной области случайных величин от математического ожидания,например при измерении краевых искажений импульсов в каналах передачи дискретной информации.Известно устройство для изме среднеквадратического отклонени случайной величины, содержащее нейный преобразователь, блок усреднения, мультивибраторы Роера, частотный смеситель и другие элемен"ты Г 13Недостатка ого устройства являются низк ность измерений и сложность.Наиболее близким к изобретению но технической сущности является устройство для определения среднего значения модуля и среднеквадрати" ческого отклонения случайной величины, содержащее первый счетчик, счетный вход которого подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом триггера отклонения, второй вход .первого эле. мента И является первым входом устройства, счетный вход второго счетчика подключен к выходам первого и второго ключей,.первый вход первого ключа объединен с первым входом вто рого элемента И, входом триггера отклонений, входом инвертора и является вторым входом устройства, второй вход второгоэлемента И объединен с первым входом третьего элемента И, первым входом второго ключа, счетным входом счетчика событий и подключен к выходу третьего ключа,информационный вход которогоявляется третьим входом устройства, выход первого счетчика подключен к второму входу первого ключа и д-входу триггера переноса, выход триггера переноса подключен к второму входу второго ключа, выход второго счетчика соединен с входом блока отображения, выходы второго и третьего элементов И подключены соответственно к Б и Н= входам триггера отклонения, К-входорого соединен с выходом инвера Г 2.Цель изобретения - повышение точности устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены триггер зоны, триггер коррекции, счетчик эоны, счетчик памяти, блок сравнения, формирователь импульсов, три элемента И, два элемента ИЛИ, ключ и блок управления, первый управляющий вход третьего ключа подключен к выходу первого элемента ИЛИ, первый и нторой выходы которого соединены соответственно с выходами первого и второго дополнительного элементов И, первый вход первого дополнительного элемента И объединен с К и Н- входами триггера переноса, первым входом формирователя и годключен к выходу .инвертора, второй вход формирователя импульса объединен с первым входом второго дополнительного элемента И и является вторым входом устройства, выход формирователя импульса соединен с первым входом триггера зоны, первый выход которого подключен к второму входу первого дополнительного элемента И и первому входу третьего дополнительного элемента И, второй вход которого является первым входом устройства, второй вход второго дополнительного элемента И соединен с вторым выходом триггера зоны, второй вход которого.подключен к выходу второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с,выходами счетчика зоны и блока сравнения, первый вход которого подключен к выходу счетчика памяти, вход которого соединен с ныходом дополнительного ключа, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго ключей, третий вход дополнительного ключа объединен с третьим входом первого элемента ИЛИ и соединен с первым выходом триггера коррекции, второй выход которого подключен к третьему входу третьего дополнительного элемента И, выход которого соединен с нходом счетчика зоны, второйвыход которого подключен к второму входу блока сравйения, первый вход триггера объ.единен с входом блока управления и соединен с выходом счетчика событий, второй управляющий вход третьего ключа подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с входом второго счетчика, третий выход блока управления подключен к второму входу триггера коррекции.Крометого, блок управления содержит два триггера и элемент И, при этом инверсный выход первого триггера подключен к перному входу элемента И, второй вхоц которого 5 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 объединен со счетным входом первоготриггера и является входом блокауправления, выход первого триггерасоединен с Я-входом второго триггера, инверсный выход которого является первым выходом блока управления, выход элемента И является вторым выходом блока управления, В-входыпервого и второго триггеров объединены и являются третьим выходом блока управления,На фиг.1 представлена блок-схемаустройства; на фиг.2 - схема блокауправления; нафиг.З - временнаядиаграмма работы устройства.Устройство содержит формирователь1 импульса, триггер 2 зоны, третийключ 3, первый 4 и второй 5 дополнительные элементы И, инвертор 6,первый элемент 7 ИЛИ, первый 8 ивторой 9 элементы, триггер 10 отклонений, первый элемент 11 И, первыйсчетчик 12, счетчик. 13 событий,триггер 14 коррекции, триггер 15 переноса, третий дополнительный элемент 16И, первый 17 и второй 18 ключи,дополнительный ключ 19, счетчик20 зоны, блок 21 сравнения, счетчик22 памяти, второй элемент 23 ИЛИ,второй счетчик 24, блок 25 отображения и блок 26, управления. Блок управления содержит первый триггер 27,элемент 28 И и второй триггер 29,Устройство работает следующим образом.На первый вход устройства поступает последовательность квантующихимпульсов, частота следования которыхн и раз выше тактовой частоты, Навторой выход устройства поступаютимпульсы тактовой частоты (Т 1-1,фиг.За), фаза отрицательных перепадовкоторых соответствует математическому ожиданию случайной величины. Натретий вход устройства поступают импульсы фронтов (фиг.Зг) информации(фиг.Зв), фаза которых случайно сме,щена относительно математического ожидания (на х,х ,х, ) .На выходе ийвертора 6 формируетсяимпульсная последовательность, сдвинутая по фазе на 180 О (фиг.Зб) относительно последовательности на втором входе.Элементы 8 и 9 И представляют собой фазовый дискриминатор, на выходекоторого формируются импульсы опережения (выход элемента 8 И) и отставания (выход элемента 9 И) - в зависимости от смещения фронтов относительно математического ожиданияЕслиимпульсы на третьем входе появляютсяпри положительном значении импульсовна втором входе, на выходе элемента8 И появляется импульс, устанавливающий триггер 10 отклонения в состояние 1. Если на третьем входеимпульс появляется при положительномзначении Т 2-1 (фиг,36), триггер 10устанавливается в 0. Отрицательные перепады на втором входе (Т 1-1) устанавливают триггер отклонений в состояние 1, а положительные- в состояние Оф. На выходе тригге- ра 10 могут формироваться импульсы с длительностью от фронтаопережения до такта Т 2-1 (при наличии фронта опережения); от такта Т 1- 1 до фронта отставания; от такта Т 1-1 до Т 2-1 (неизвестно, будет ли фронт отставания в данном тактовом интервале).В первом и третьем случае величина отклонения от математического ожидания подсчитывается с превышением истинного значения отклонения на половину такта. Для исключения этого используется следующий принцип Емкость первого счетчика 12 равна половине такта, поэтому если в этом счетчике хранилось число К, при поступлении количества импульсов, равных емкости счетчика, т.е. половины такта, сохраняется в счетчике число К и возникает единица переноса.К +п=К+единица переноса.Эта единица переносится во второйсчетчик 24 и счетчик 22 памятитолько тогда, когда она сформирова.на во время истинного отклоненияфронта от математическОго ожидания,импульсы 1 и 2 (фиг.Зе) переносятся,а импульсы 3 и 4 не переносятся,таккак сформированы вне истинной эоны.Импульс 1 (фиг.Зе) переносится черезключ 17 (фиг.Зе), так как он формируется во время положительного импульса на входе 2, (ключ 17 управляет переносом в зоне фронтов опережения). Единица переноса переводиттриггер 15 переноса в состояние 1до момента времени, соответствующегоТ 2-1 (фигЗж) . При этом открываетсяключ 18, который управляет переносомв зоне фронтов отставания, Единицапереноса запоминается в триггере 15переноса, и если фронт отставанияпоступает на ключ 18, сам имйульсфронта осуществляет перенос черезключ 18 единицы переноса, хранящейся в триггере 15Если же фронт отстаивания в этот период не поступает, единица переноса стирается изтриггера 15 тактом Т 2-.1. Таким образом, импульс 2 (фиг.2 е) переносится фронтом отставания (фиг.2 и), импульсы 3 и 4 (фиг.2 е) не переносятся,Следовательно, во втором счетчике 24 и счетчике. 22 памяти (при открытом ключе 19) осуществляется последовательное суммирование пакетов импульСов Х,Х,Х, т.е. суммируются отклонения импульсов от математического ожидания за время, определяемое счетчиком 13 событий, котбрый определяет объем измерений, 5 10Например, при измерении среднего значения модуля краевых искажений импульсов от математического ожидания с точностью 1% при объеме счетчика 13 событий, равном 1000, ем" кость первого счетчика 12 должна составлять 50, а емкость второго счетчика - 1000. Так как среднеквадратическое отклонение Ъ связано со средним значением модуля коэффициентом 1,2, емкость счетчика событий увеличивается в 1,2 раза, т.е. равна 1200. Счетчик 22 памяти должен измерять то же количество импульсов, что и второй счетчик 24, но с умножением на коэффициент К, для чего счетный вход у счетчика матического ожидания зона (-КЪ-+КЪ), которая управляет прохождением через входной ключ 3 фронтов случайных отклонений. Если Отклонение превышает МЬ, фронт не проходит через входной ключ 3 (фиг.Зп).Триггер 14 коррекции с блоком 26 управления управляют первым и вторым ЬО65.22 образовывается при подключениине к его входу, а к входу определен.ного разряда (например для получения в счетчике памяти числа К О при 20 К=2), счетный вход организуетсяпри подключении на вход второго разряда счетчика 22)Таким образом,второй счетчик 24 хранит величиныа счетчик памяти 22 - величины Кб 25 Формирователь 1 импульсов формирует короткие импульсы от перепадов тактов Т 2-1 и Т 1-1 для запускатриггера 2 зоны. Триггер 2 эоныпереводится в состояние ф 11тактом Т 1-1 и открывает элемент 16И, через который квантующие импульсы поступают на счетчик 20 зоны,емкость которого равна половине такта,до совпадания с числом, записаннымв счетчике 22 памяти (КЪ), регистрируемым блоком 21 сравнения, Импульссовпадения через элемент 23 ИЛИ переводит триггер зоны 2 в состояниеф 0. Затем триггер 2 зоны переводится вновь в состояние 1 тактом 40 Т 2-1, а останавливается моментомзаполнения счетчика 20 эоны (фигЗк,л), т.е. если отрезок от Т 1-1 до импульса совпадения со счетчиком 22памяти равен КЬ, отрезок от Т 2-1 до 45 заполнения равен Т/2-К, значит отрезок от заполнения счетчика зоны 20до текущего такта Т 1-1 составляетТ/2 - (Т/2-КЪ)= КЪ (на фиг.Зк,л показаны сигналы на прямом и инверсномвыходах триггера 2 зоны). Таким образом, на выходе элементов 4 и 5 Иформируются две симметричные относительно математического ожидания зоны(Т 1-1-КЬ) и (-КЪ-Т 1-1), если условным нулем считать математическое ожидание, т.е. Т 1-1 (фиг.Зм,н). На выходе элемента 7 ИЛИ (фиг.Зо) формируется симметричная относительно мате51 О 15 20 25 35 40 50 55 60 65 Технико-экономический эфФект устройства состоит в повышении точнос" ти измерений путем устранения грубых промахов в измерениях, что особенно важно при автоматизации измерений. циклом измерений. Вначале, при сбросе, триггер 14 устанавливается всостояние "1 и открывает ключ 19и элемент 7 ИЛИ. При этом входнойключ 3 открывается в течение всегопервого цикла, все фронты поступаютв схему измерений, Элемент 16 Иоказывается закрытым, а формирователь 1 импульса, триггер 2 зоны, элементы 4 и 5 И оказываются заблокированными, так какэлемент 7 ИЛИ открыт триггером 14.Все отклонения регистрируются первым12 и вторым 24 счетчиками и счетчиком 22 памяти. При заполнении счетчика 13 событий, регистрирующим ко-,нец первого цикла, триггер коррекцииустанавливается в состояние 0 ",ключ 19 закрывается, элемент 1 б Иоткрывается, а схема 7 ИЛИ начинаетуправляться элементами 4 и 5 И. Всчетчике 22 сохраняется память величины КЪ, в результате чего счетчик20, триггер 2, элементы 4 и 5 И иэлемент 7 ИЛИ формируют симметричнуюзону (-КЪ-,КЬ), которая не пропускаетв течение второго цикла через входной ключ 3 грубые промахй-отклонения,превышающие КЬ. Так, например запре. -щено отклонение Х на фиг.Зв, таккак оно превышает интервал КЪ нафиг.Зо. Блок управления по окончаниюпервого цикла сбРасывает второй счетчик 24, и во втором цикле, регистрируемым вторым заполнением счетчика13, уточненный результат измерения"о записан во второй счетчик 24.Конец второго цикла, регистрируемыйвторым заполнением счетчика 13 регис.трируется блоком управления 2 б, который закрывает входной ключ 3. Дляповторения цикла измерений необходимо дать сброс из блока управленияпо которому триггер коррекции 14 устанавливается в состояние 1, открывается входной ключ 3 и сбрасывается показание второго счетчика24. Если счетчик 22 памяти имеетэлементы памяти, хранящие результатизмерений КЪ, а сам счетчик использовать для подсчета уточненной величины КЪ после отбрасывания промахов, можно осуществить измерениеЪ методом последовательных приближений: вначале определяется. величинаКЪ и запоминается, например, в регистре памяти, затем (в следующемцикле) отбрасываются промахи и уточняется величина КЪ счетчиком памятии новая, уточненная величина записывается в регистр памяти и т,д. Формула изобретения Устройство для определения среднеквадратического отклонения случайной величины, содержащее первый счетчик, счетный вход которого подключенк выходу первого элемента И, первыйвход которого соединен с выходомтриггера отклонения, второй вход первого элемента И является первым входом устройства, счетный вход второго счетчика подключен к выходам первого и второго ключей, первый вход первого ключа объединен с первым входом второгоэлемента И, Ю-входом триггера отклонения, входом инвертора и является вторым входом устрой ства, второй вход второго элементаИ объединен с первым входом третьегоэлемента И, первым входом второго ключа, счетным входом счетчика событий и подключен к выходу третьего ключа, информационный вход которого является третьим входом устройства, выход первого счетчика подключен к второму входу первого ключа и Ю входу триггера, выход триггера переноса подключен к второму входу второго ключа, выход второго счетчика соединен с входом блока отображения, выходы второго и третьего элементов И подключены соответственно к Я и В- входом триггера отклонения, К-вход которого соединен с выходом инвертора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены триггер зоны, триггеР коррекции, счетчик зоны счетчик памяти, блок сравнения, формирователь импульсов, три дополнительных элемента И, два элемента ИЛИ, дополнительный ключ и блок управления, управляющий вход третьего ключа подключен к выходу первого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго дополнительных элементов И, первый вход первого дополнительного элемента И соединен с К и В-входами триггера переноса, первым входом формирователя импульсов и подключен к выходу инвертора второй вход формирователя импульсов объединен с первым входом второго дополнительного элемента И и являет.- ся вторым входом устройства, выход формирователя импульсов соединен с первым входом триггера зойы, первый выход которого подключен к второму входу первого дополнительного эле" мента И .и первому входу третьего дополнительного элемента И, второйвход которого является первым входомустройства, второй вход второго дополнительного элемента И соединен с вторым выходом триггера зоны, второйвход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами счетчика зоны иблока сравнения, первый вход которого подключен к выходу счетчика памяти, вход которого соединен с выходомдополнительного ключа, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго ключей, третий вход дополнительного ключа объединен с третьим входом первого элемента ИЛИ и соединенс первым входом триггера коррекции,второй выход которого подключен.ктретьему входу третьего дополнительногоэлемента И, выход которого соединен с входом счетчика эоны, второйвыход которого подключен к второмувходу блока сравнения, первый входтриггера объединен с входом блокауправления и,соединен с выходом счетчика событий, второй управляющийвход третьего ключа подключен к.первому выходу блока управления, второйвыход которого соединен с входом второго счетчика, третий выход блока1,/ управления подключен к второму входутриггера коррекции2, Устройство по п.2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок уп-равления содержит два триггера иэлемент И, при этом инверсный выходпервого триггера подключен к первомувходу элемента И, второй вход которого объединен со счетным входомпервого триггера и является входомблока, выход первого триггера соеди 0 нен с Я-входом второго триггера,.инверсный выход которого являетсяпервым выходом блока, выход элемента И является вторым выходом блока,В-входы первого и второго триггеров15 объединены и являются третьим выходом блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР2 О Р 363995, кл. С 06 С 7/32, 1970.2.Авторское свидетельство СССР9 662943, кл, 6 06 Р 15/36, 1976.