Статистический анализатор

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 ц 875388 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ФОпубликовано 23.10.81, бюллетень39Дата опубликования описания 23.10.81 ио делам изобретений и открытий(54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР Изобретение относится к измерению вероятпостных характеристик случайных процессови может быть использовано при усталостнопрочностных испытаниях транспортных средств,судов, летательных аппаратов, буровых установок и других механических устройств, а такжев ряде областей информационно. измерительнойтехники, в автоматизированных системах управления и контроля,Известны методы проведения испытаний механических объектов на прочность и долговеч.ность, одним из которых является метод полных циклов (парных размахов), заключающийся в подсчитывании последовательных изменений нагрузки, превосходящих по размерам заданные значения. Размахи подсчитываются попарно: в положительном н отрицательном направлениях, Каждая пара размахов образуетполный цикл, На кривой процесса х(т) выделяются ближайшие друг к другу изменениянагрузки с амплитудой не менее заданного зна.чения размаха (например, не менее четырехразрядов). Размахи, соответствующие установленному уровню хо, составляют полный цикл Ф 1 г="з 4=хо), Значения промежуточных колебаний отбрасываются, если оцн меньше заданного уровня. Аналогичный подсчетвыполняется для всех значений размахов Вб1,2 К - 11, где К - число дифференциальных коридоров (разрядов), на которые разбитдиапазон процесса. Смысл этого метода заключается в том, что нерегулярный процесс изменения нагрузки рассматривается как состоящийиз основных и промежуточных циклов, наложенных на основные и имеющих амплитуду,меньшую, чем основные, Преимущества методазаключаются в том, что при систематизациинагрузок по полным циклам сохраняется определенная информация о последовательности нагружения, результаты обработки в малой степени зависят от принятого значения неучитыва-емых циклов 1 и 2. Известно устройство для анализа размаХов", содержащее амплитудно-временный модулятор, вычитающее устройство, схему задержки, нако. питель, амплитудно-временной преобразователь, усилитель-ограничитель, временной анализатор.55 триггер, генератор тактовых, импульсов, схемуантисовпадений 3.Наиболее близким по технической сущностик предлагаемому является статистический анализатор для определения функций распределения размахов, содержащий преобразовательаналог код, ключи записи максимумов, регистрмаксимумов, блок вычитания, блок задержки,регистр минимумов, ключи записи минимумов,блок выделения экстремумов, ждущий мульти.вибратор, элемент задержки, дешифратор, блоксхем И, регистратор 41Общими недостатками указанных устройствявляются ограниченные функциональные возможности, не позволяющие проводить анализпо методу полных циклов,Цель изобретения - расширение функциональ.ных возможностей устройства за счет систематизации нагрузок по методу полных циклов,Поставленная цель достигается тем, что встатистический анализатор, содержащий блокзадания опорных уровней, блок отображения,счетчик, схему сравнения, элемент И, аналогоцифровой преобразователь, информационныйвход которого является входом анализатора,синхронизирующий вход соединен с первым выходом синхронизатора, а выход аналого-цифро.вого преобразователя соединен с входом блокавыделения экстремума, введены блок памяти,блок управления, триггер управления счетом,выход которого подключен к информационному входу элемента И, управляющий вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход элемента И подключен к первому входу счетчика, выход которого соединенс первым информационным входом схемы сравнения, синхронизирующий вход которой соеди.нен с вторым выходом синхронизатора, второйинформационный вход схемы сравнения подключен к выходу блока задания опорных уровнейи информационному входу блока памяти, выходкоторого соединен с входом блока отображе.ния, а управляющий вход подключен к первому выходу блока управления, второй и третийвходы которого подключены соответственно куправляющему входу счетчика и первому вхо.ду триггера управления счетом, второй входкоторого подключен к управляющему входусчетчика, а входы блока управления с первогопо третий соединены соответственно с выходами блока выделения экстремума и выходомсхемы сравнения.Кроме того, блок управления состоит изэлементов И, ИЛИ, триггера запрета, формиро.вателей импульсов и триггера переключения,выходы которого через соответствующие формирователи импульсов подключены к входамтриггера запрета, а вход триггера переключенияявляется первым выходом и третьим входом 5 1 О 15 20 25 30 ".( 5 40 1.5 50 блока и подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого, а также выход второго элемента ИЛИ являются соответствен- но третьим и вторым выходами блока,. при этом первый и второй входы первого элемента И и второй и третий входы второго элемента И соединены соответственно с выходами первого и второго, третьего и четвертого элементов И, первые входы первого и третьего, второго и четвертого элементов И попарно объединены и являются соответственно вторым и первым входами блока, вторые входы первого и чет. вертого, второго и третьего элементов И попар. но объединены и подключены соответственно к первому и второму выходам триггера запре-. та.На фиг. 1 представлена схема статистического анализатора; на фиг. 2 - график размахов случайной величины.В состав анализатора входят аналого.цифровой преобразователь 1, блок 2 выделения экстремумов, синхронизатор 3, элемент И 4, триггер 5 управления счетом, счетчик 6, элементы ИЛИ 7 и 8, элементы И 9 - 12, триггер 13 запрета, схема 14 сравнения. кодов, блок 15 задания опорных уровней, блок 16 памяти, триггер 17 переключения, формирователи 18 и 19 импульсов, блок 20 ввода-вывода информа. ции, потребитель 21 информации, блок 22 отоб. ражения, блок 23 управления.Источник исследуемого сигнала подключен к входу аналого. цифрового преобразователя 1, выходами подсоединенного к блоку 2 выделения экстремума, а другим входом - к синхронизатору 3 и элементу И 4. Другой вход последнего соединен с выходом триггера 5 управ. ления счетом, а выход подключен к счетчику 6, другой вход которого подсоединен к элементу ИЛИ 7 и одному входу триггера 5 управления счетом, причем его другой вход подключен к элементу ИЛИ 8. Выходы блока 2 выделения экстремумов соединены с первыми входами элементов И 9 - 12, другие входы которых подключены к выходам триггера 13 запрета. Выхо. ды элементов 9 и 10 подсоединены к элементу ИЛИ 7, а выходы элементов И 11 и 12 -к элементу ИЛИ 8, Выходы счетчика 6 соединены с одними входами схемы 14 сравнения, другие входы которой подключены к блоку 15 задания опорных уровней и блоку 16 памяти, авыход подсоединен к элементу ИЛИ 8, блоку 16 памяти и триггеру 17 переключения, при чем выходы последнего через формирователи 18 и 19 импульсов подключены к триггеру 13 запрета. Выходы блока 20 ввода-вывода информации соединены с блоком 15, потребителем 21 информации и с блоком 16 памяти, выходы которого подключены к блоку 22 отобра. жения. Второй выход синхронизатора 3 подсо.5 8единен к схеме 14 сравнения (кодов)Элемен.ты ИЛИ 7 и 8, элементы И 9 - 12, триггер 13запрета, триггер 17 переключения, формирователи 18 и 19 импульсов входят в состав блока 23 управления.;Анализатор функционирует следующим образом,В исходном состоянии счетчик б и блок 16памяти обнулены, триггер 5 находится в нулевом состоянии, в результате чего элемент И 4закрыт, Триггеры 13 и 17 находятся в единичном состоянии, при этом единичный потенциалВтриггера 13 открывает элементы И 9 и 12,. анулевой потенциал поддерживает закрытымиэлементы И 10 и 11, единичный потенциал триг.гера 17 подается на формирователь 18, а нулевой - на формирователь 19. Цепи установки.исходного состояния для упрощения на схемене показаны,Работа устройства осуществляется в четырецикла в соответствии со следующим алгорит мом: 1 - фиксация минимума Н - (размаха),2 - наклонение размаха, сравнениеГ=Х - (ш)й -4(регистрация, 3 -С Со - в (1)фиксация максимума Н +, 4 - наклово времени с тактовыми импульсами (для устранения влияния переходного процесса счетчика в моменты переключений). Если следующийимпульс максимума поступит по шине "+" блока 2 раньше, чем произойдет сравнение в схеме14, т.е. если В - + ( Ю, то этот импульс, прой.дя через элементы 12 и 8, изменит состояниетриггера 5, прекращая тем самым счет, Приэтом регистрации размаха не происходит, а усто ройство готовится к принятию следующего минимума. Если же сравнение в схеме 14 происходит раньше поступления импульса максимума (например, при достижении значения "2",как показано на фиг. 2), т,е, 8 - + = %, тона выходе схемы 14 формируется сигнал, который, пройдя через элемент ИЛИ 8, устанавливает триггер 5 в нулевое состояние, прекращая тем самым поступление тактовых импульсов на счетчик, Этим же сигналом в блок 16памяти по адресу % записывается единица,а также изменяется состояние триггера 17 переключения, На выходе последнего появляетсяположительный перепад напряжения, которыйзапускает формирователь 19, переводящий триггер 13 запрета в нулевое состояние, В результате этого элементы И 10 и 11 открываются,а элементы И 9 и 12 закрываются, Тем самымсхема подготовлена к выполнению следующейоперации - принятию следующего максимумаН + (значение "3" на фиг, 2), Дальнейшая работа устройства осуществляется аналогично.В моменты равенства кода текущего размахая - + или В + - значению установленногоуровня анализа в блок 16 памяти но адресуЮ дописывается единица.35 Таким образом, в течение времени анализапри уровне хо в ячейке блока памяти, имеющейадрес И 1, накапливается число, пропорциональное ординате оценки плотности распределенияФ (Ар, хо), где А= 1/2 й - +IХ,: Ив 4 о амплитуда полных циклов при уровне анализахо. При изменении уровня анализа (путем перегистрация,45 лов,ление размаха, сравнение К + -Г:х - ,.(1)Исследуемый процесс х (т) периодически с интервалом выборки Ьт, определяемым синхронизатором 3, преобразуется аналого-цифровым преобразователем, (АЦП) 1 в параллельный код. Для реализации устройства необходимо применение АЦП развертывающего г 1 реобразования,Последовательность кодов из АЦП поступает в блок 2 выделения экстремумов (БВЭ) где она анализируется на экстремум. В момент появления минимума Н - , (например, значение "1" на фиг. 2) по шине " - " БВЭ вырабатывается импульс, который проходит через открытый элемент И .9 и элемент ИЛИ 7, Импульсе выхода последнего устанавливает счетчик б в нулевое состояние (в начале работы подтверждает это состояние) и устанавливает триггер 5 управления счетом в единичное состояние, открывая тем самым элемент 4. При этом на счетчик начинают поступать тактовые импульсы с одного выхода синхронизатора 3, те же, что и управляют работой АЦП 1, и следующие с периодом Ьт. В результате в счетчике 6 начинает накапливаться текущий код размаха В - +, который подается на схему 14, на других входах которой установлен код й = хо, поступающий с блока 15. Схема 14 сравнения кодов тактируется импульсами, снимаемыми с другого выхода синхронизатора 3, которые следуют с тем же периодом Ьт, но несколько разнесены 75388 6 ребора кода й 1 на выходе блока 15 заданияопорных уровней от "1" до К - 1), в блоке 16памяти накапливается информация о всех ордщатах плотности распределения полных,цик Применение кода на выходе блока 15 осуществляется по программе потребителя 21 информации (ЭВМ, информационно-измерительная система и т.п.) через блок 20 ввода-вывода информации. С помощью последнего блока осуществляется также вывод накопленной гистограммы распределения из блока памяти потребителю информации. Кроме того, накопленная гистограмм выводится для визуального наблюдения на блок 22 отображения.Элементы ИЛИ 7 и 8, элементы И 9-12, триггер 13 запрета, триггер 17 переключения,4 о 7 8753 формирователи 18 и 19 импульсов составляют блок 23 управления анализатора.Таким образом, в результате структурной реализации метода систематизации нагрузок по полным циклам анализатор позволяет получать плотности распределения парных размахов, превышающих заданный уровень хе, с исключением постепенно нарастающих амплитуд, т,е, плотности распределения %" (Д хо) Формула изобретения. 1, Статистический анализатор, содержащий блок задания опорных уровней, блок отображения, счетчик, схему сравнения, элемент И, аналого. цифровой преобразователь, информационный вход которого является входом анализатора, синхронизирующий вход соединен с первым вы. ходом синхронизатора, а выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом блока выделения экстремума, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональ. ных возможностей за,счет систематизации нагру. зок по методу полных циклов, он содержит блок памяти, блок управления, триггер управления счетом, выход которого подключен к информационному входу элемента И, управляющий вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход элемента И подключен к первому входу счетчика, выход которого соединен с первым информационным входом схемысравнения, синхронизирующий вход которой соединен с вторым выходом синхронизатора, второй информационный вход схемы сравнения подключен к выходу блока задания опор-, ных уровней и информационному входу блока памяти, выход которого соединен с входом блока отображения, а управляющий вход подключен к первому выходу блока управления, второй и третий выходы которого подключены соответственно к управляющему входу счетчи. ка и первому входу триггера управления счетом, второй вход которого соединен с управ 88 8ляющим входом счетчика, а входы блока управления с первого по третий соединены соответственно с выходами блока выделения экстремума и выходом схемы сравнения,2. Анализатор, по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что блок управления содержит элементы И, ИЛИ, триггер запрета, формирователи импульсов и триггер переключения, выходы которого через соответствующие формирователи импульсов подключены к входам триггера запрета, а вход триггера переключения является первым выходом и третьим входом блока и подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого, а также выходвторого, элемента ИЛИ являются соответственно третьим и вторым выходами блока, приэтом первый и второй входы первого элемента И и второй и третий входы второго элемента И соединены соответственно с выходамипервого и второго, третьего и четвертого элементов И, первые входы первого и третьего,второго и четвертого элементов И попарно объединены и являются соответственно вторым ипервым входами блока, вторые входы первого и четвертого, второго и третьего элементовИ попарно объединены и подключены соответственно к первому и второму выходам триггера запрета.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Слобин Б. 3, и Трофимов О, Ф. Статистический анализ измерений случайной нагруженности для оценки накопления усталостногоповреждения. - "Вестник машиностроения",1966, У 10.2. Дмитриченко С, С, Современные методыускоренных испытаний машин на сопротивление усталости. - "Вестник машиностроения",1967, У 2,3. Блохин А. Б. Измерение характеристикэкстремумов случайных процессов. - "Прибо.ры и техника эксперимента", 1970, Мф 3.4. Авторское свидетельство СССР Мф 408317,кл. 6 06 Р 15/36, 1972 (прототип).875388 хе) оставитель Э, Сечиехред Л,Пекарь дактор Н, Лазаренк орректор М.Д 35(74 Тираж 748ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж.35, Раушская наб., д. 4 сное аз