Устройство для исследования потоков пересечений

358705 ОйИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ боюз Ссветсюй Социалистические Республик,нением заявки М прис Комитет до делам обретений и открыти ри Совете Министров СССРПриори 1.333:519,2 (088,8) но 03,Х 1,1972. Бюллетень М 34 публико Дата опубликования описания 25.Х 11,197 второбретени, Добрыдень Украинский заочный политехнический и явител УСТРОЙСТВО ССЛЕДОВАНИЯ ПОТ РЕСЕЧЕНИ Предлагаемласти цифропредназначенния ряда харисследуемымфункции (вванного уровн зада- стейтся к обтехники и о измереересеченийзаданной фиксироое устроиств вой измерит о для автома актеристик по случайным п простейшем о относильнойтическотоков процессомслучае -время различные характерипотоков все более широко 10 различных областях науки и и надежности, радиотехники, ического уаравления, медиВ настоящее стики указанны используются в техники: в теор теории автомат цине и др. рактеристик наиболее полныляются:ние вероятностей числа перейным процессом Х(г) задан(т) в течение времени Т, а ыходов Х(1) за У(1) и числа Х(1) под функции У(1), распределения величин С, словии, что отсчет интервав момент:я функции У(1);функцию У(1) (пересечения Среди этих ха ми и важными яв 1) Ра,спределе сечений С случа ной функции У также числа / в входов процесса 2) Условные.а) пересечени б) выхода за снизу вверх); в) входа под сверху вниз);;лс),1)Ьч 3 Т 1:1 ытнтут г) пересечения функции 2(1) (Л(1) -ваемая функция, не равная У(1), в ишем случае - некоторый уровень 20);д) выхода за Л(1)е) входа под Л(т); Хк) пересечения процессом У= - функциЛ1) (или У(т), причем в случае У(т) =0 У(в момент экстремума Х;з) выхода ) за У(1) (или Л(1);и) входа У под У(г) (или Л(1).3. Распределение вероятностей величин С, 1) и Д, - чисел пересечений (выходов, входов) процессом Ъ(1) функции У(1) - безусловное и при условиях, перечисленных,в и. 2.В настоящее время перечисленные характеристики обычно стремятся получить теоретически на основании известных функций распределения ординаты Х(1) и его корреляционной функции,Получение большинства полезных характеристик при этом невозможно, а многие из них удается определить лишь грубо приближенно путем громоздких вычислений, причем оольшую погрешность вносит идеализация исходных экспериментально полученных функций (плотности распределения ординат, спектральной плотности и корреляционной функции). Для измерения этих функций су358705 шествуют весьма совершенные автоматические устройства.Устройства, позволяющие автоматически измерять все перечисленные выше характеристики потоков, пересечений, в настоящее время отсутствуют, решение многих важных задач теории и практики практически невозможно,Целью изобретения является сокращение затрат времени и труда на измерение характеристик потоков пересечений и повышение точности измерений,На фиг. 1 приведена упрощенная схемалредложенного устройства; на фиг. 2 - егополная схема; фиг. 3 и 4 иллюстрируют различные режимы работы устройства.Устройство показанное на фиг. 1, содержитнуль-орган 1; генератор функций 2; логические элементы ИЛИ 3, 4; коммутатор 5,ключи б, 7; счетчики импульсов 8, 9; блок памяти 10, сумматор 11, блок управления 12,логический элемент И 13, триггер 14, генератор пусковых импульсов 15, элементы задержки импульсов 1 б, 17 и инвертор 18 (ло,гический элемент НЕ).Устройство (фиг. 1) работает следующимобразом.Нуль-орган 1 генерирует импульс на одномиз выходов (будем,называть его первым аривыходе Х(1) за функцию У(1), подаваемуюна один из его входов с выхода генераторафункций 2, и на втором выходе - при входеХаллод У (1) .Генератор функций 2 при отсутствии наего управляющем входе высокого потенциалаподдерживает на выходе сигнал У(0) = Уо, а смомента подачи высокого потенциала генерирует заданную функцию У (в простейшем случае - фиксированный уровень) .Любой из входов (только один одновременно) коммутатора 5 может быть соединен срабочим входом ключа б.Ключи б и 7 пропускают импульсы с рабочего входа на выход только при наличии высокого потенциала на их управляющих входах.Счетчики импульсов 8 и 9 имеют кромесчетного входа входы сброса и снабженыцифровыми индикаторами, указывающимисодержимое счетчика.Блок памяти 10 может быть выполнен наферритовых сердечниках,Его работой управляет блок управления 12,формирующий после поступления имлульсана его вход четыре сдвинутых,во временивыходных управляющих импульса (по одномуна тсаждый выход).Первый импульс (импульс считывания),формируемый на первой выходной шине блока 12, соединенной со входом считыванияблока памяти 10, приводит к передаче содержимого ячейки, адресом которой служит число, зафиксированное в это время на счетчике8, в су,мматор 11. 510 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 60 65 4Второй импульс (импульс сложения), фор.мируемый на втором выходе блока 12, соединенном со счетным входом счетчика 9 и совходом сумматора 11, увеличивает содержимое того и другого на единицу.Третий управляющий импульс (импульс записи), формируемый на третьем выходе блока 12, является командой для запоминаниясодержимого сумматора 11 в ячейке, адресомкоторой служит число на счетчике 8.Четвертый импульс (импульс продолжения)формируется на четвертом выходе блошка 12,соединенном со входом логического элементаИЛИ.Блок управления может быть выполнен,например, в виде последовательного соединения элементов задержки импульсов с формирователями после каждого элемента.Логический элемент И 18 - коммутируемый, и каждый из его входов, число, которыхравно числу разрядов счетчика 9, может бытьсоединен либо с единичным, либо с нулевымвыходом триггера соответствующего разряда,т. е. должной коммутацией можно обеспечитьпоявление высокого потенциала на выходеэлемента 13 (его срабатывание) при любомнаперед заданном состовнии счетчика 9.Генератор пусковых импульсов 15 можетбыть выполнен, например, в виде кнопочки сформирователем, т. е, после каждого нажатия кнопки он генерирует один иипульс.Элементы задержки 1 б и 17 имеют регулируемое время задержки,В схеме использованы известные элементы,Устройство (фиг, 1) позволяет измерятьтолько безусловные распределения величинС, (1 и Д (см, фи,г. 3, а).Схема работает следующим образом,Пусть исследуется раопределение вероятностей числа С пересечений процессом Х(1)функции У(1) в течение времени Т, причемтребуется проанализировать К отрезков процесса Х(1) длительностью Т (интервалов)(процедуру анализа каждого интервала будемназывать циклом),В исходном состоянии (после включенияпитания) триггер 14 находится в единичномсостоянии, при этом ключ б закрыт, генератор функции 2 выдает сигнал У ячейки блока памяти 10 очищены.Время задержки элемента 1 б устанавливают равным Т, а время задержки элемента17 - превосходящим время корреляции исследуемого процесса (для выполнения условиянезависимости чисел пересечений в различныханализируемых интервалах).Элемент 13 коммутируют так, чтобы онсраоатывал при достижении содержимымсчетчика 9 числа А. При помощи коммутатора 5 соединяют рабочий вход ключа б с выходом элемента ИЛИ 3.Схема запускается в работу импульсом свыхода генератора 15. Этот импульс устанавливает в исходное (нулевое) состояние счетчики 8 и 9 и, проходя через элемент задерж 3587055ки 17 и открытый ключ 7, опрокидывает триггер 14 в нулевое состояние. При этом открывается ключ б и импульсы с выхода элемента 3 ИЛИ, возникающие в моменты пересечения исследуемым процессом функ ции У(1), которую генерирует с момента открытия ключа б генератор 2, поступают на счетный вход счетчика 8.Через время Т после открывания ключа бпоявляется импульс на выходе элемента за держки 1 б. Этот импульс возвращает триггер 14 в единичное состояние (ключ б закрывается) и запускает блок управления 12.Благодаря работе блока 12 в ячейку блока памяти 10, соответствующую числу пересечений, зафиксированному за время Т счетчиком 8, записывается единица.Кроме того единица фиксируется на счетчике 9. Импульс продолжения с четвертого 20выхода блока 12, проходя через элементИЛИ 4, сбрасывает счетчик 8 в нуль испустя время задержки элемента 17, поступает через открытый (если К 1) ключ 7,аналогичного пу сковому импульсу. 25Начинается новый цикл,Очевидно, что в результате работы схемыв блоке памяти формируется тистограима(фиг, 4) распределения вероятностей С в некотором масштабе. Действительно, в т-й 30ячейке образуется число правное числупоявлений в течение Т равно т ,пересечений.Описанная работа схемы продолжается дотех пор, пока число на счетчике 9, равноечислу проведенных ,циклов, не достигнет в 35очередном цикле значения К.При этом срабатывает элемент И 13,следовательно, исчезает высокий потенциална выходе инвертора 18, и ключ 7 закрывается, благодаря чему импульс продолжения не 40проходит на входы триггера 14 и элементазадержки 1 б, Схема остается в этом состоянии, Появление высокого потенциала на выходе элемента 13 в совокупности с единичнымсостоянием триггера 14 может быть использовано для индикации окончания работы схемы (например, зажигания индикаторной лампочки).Если требуется исследовать не поток пересечений, а поток выходов или входов, достаточно с помощью коммутатора 5 соединитьрабочий вход ключа б соответственно с первыи или вторым выходом нуль-органа 1.Устройство, показанное на фиг. 1, не позволяет однако измерять условные распределения и исследовать потоки пересечения заданной функции производной процесса Ъ.Кроме того, в этом устройстве возможныошибки измерения, обусловленные следующими,причинами:1) при выборе большого значения Т числопересечений (выходов, входов) в некоторыхинтервалах может превышать емкость счетчика 8; 65 62) при,выборе большого К некоторые числа п, могут превышать емкость ячеек блокапамяти 10 (см. фиг. 4).В устройстве, показанном на фиг. 2, этинедостатки устранены.Оно содержит элементы 1 - 18, идентичныеэлементам схемы на фиг. 1, за исключениемключей б и 7, которые в схеме на фиг. 2имеют по два управляющих входа, так чтоимпульс проходит через такой ключ только,при наличии высокого, потенциала на обоихуправляющих входах одновременно. Такойключ может быть получен, например, еслиуправляющие шины соединить со входами логического элемента И, выход которото соединен с управляющим входом обычногоключа. С целью упрощения на фиг. 2 такоедробление элементов,не используется. Крометого устройство на фиг, 2 содержит; коммутаторы 19 - 21; дифференцирующий блок,нуль-орган 23, генератор функций 24, логические элементы ИЛИ 25, 2 б, ключи 27 - 30,триггеры 31 - 33, логические элементы И34, 35, инверторы Зб, 37 и элемент задержкиимпульсов 38.Коммутаторы 19 и 20 идентичны коммутатору 5. Коммутатор 21 позволяет соединитьлюбой свой вход (только один одновременно)с рабочим входом ключа 7. Нуль-орган 23идентичен нуль-органу 1, а генератор функции Х 24 - генератору функций 2, и управляется аналогично триггером 31,Ключ 27 идентичен ключам б и 7 (в схемена фиг. 2).Логические элементы И 34 и 35 выполцены коммутируемыми аналогично элементу13. Элемент задержки 38 имеет малое фиксированное время задержки,Устройство (фиг. 2) работает следующимобраз,ом.Пусть решается предыдущая задача - измерение безусловного распределения вероятностей С за время Т путем анализа К интер.валов, процесса Х(1) длительностью Т,Для этого кроме описанных для схемыфиг. 1 операций нужно с помощью коммутатора 19 соединить вход нуль-органа 1 с шиной входного сигнала и с помощью коммутатора 21 (рабочий вход ключа 7) с выходомэлемента 17.Элемент И 34 коммутируется так, чтобыон срабатывал при достижении содержимымсчетчика 8 заданного числа М (используемоечисло ячеек памяти блока 10), а элемент И35 - так, чтобы он срабатывал при достижении содержимым сумматора 11 заданногочисла Л (используемая емкость ячеек блокапамяти 10).Исходное состояние элементов 1 - 18 то же,что и в схеме на фиг. 1, триггеры 31 - ЗЗ находятся в единичном состоянии, т, е. ключ 7закрыт по одному из управляющих входов(от триггера 31) и открыт по второму, таккак высокий потенциал отсутствует на всехвходах элемента ИЛИ 2 б.7Это сочетание состояний триггеров схемы служит признаком готовности ее к раооте (например, зажигается соответствующая индикаторная лампочка).Пусковой импульс с выхода генератора 15, не изменяя состояния триггеров 32, 33, устанавливает в нуль счетчик 9, а также, пройдя через элемент задержки 38, элемент ИЛИ 4 и открытый ключ 30, устанавливает в нуль счетчик 8.Этот же импульс поступает с выхода элемента 4 на нулевой вход триггера 31, и спустя время задержки элемента 17 через коммутатор 21 и открывшийся после срабатывания триггера 31 ключ 7 - на нулевой вход триггера 14 и на вход элемента задержки 1 б, Кроме того, с выхода ключа 7 этот импульс, поступает на единичный вход триггера 31, после прохода этого импульса ключ 7 закрывается.Пока число на счетчике 8 меньше числа М, потенциал на выходе элемента И 34 отсутствует, т. е. ключ 27 закрыт, а ключ б открыт по входу от элемента НЕ Зб, и схема работает аналогично схеме,на фиг, 1.Если в некотором цикле очередной импульс, прошедший через ключ б, сделает содержимое счетчика 8 равным М, срабатывает элемент 34, при этом ключ 27 открывается, а ключ б закрывается. Если до окончания текущего интервала Т с выхода коммутатора 5 ипульс не поступает, схема продолжает работу как обычно, т. е. в момент окончания Т опрокидывается триггер 14 и запускается блок управления. Если до окончания Т с выхода коммутатора 5 поступит еще хотя бы один импульс (это означает, что распределение таково, что число импульсов М+ имеет не нулевую вероятность, т. е. при отсутствии ограничений следовало бы поместить единицу в ячейку с номером М+ (фиг. 4,а) здесь- число импульсов, поступивших с выхода коммутатора 5 после закрытия ключа б и открытия ключа 27) первый из них попадает через открытый ключ 27 на нулевой вход триггера 32, благодаря срабатыванию которого появляется высокий потенциал на выходе элемента ИЛИ 2 б, т, е, на выходе элемента НЕ он исчезает, и ключ 7 закрывается по этому входу. Теперь после окончания Т единица добавляется в ячейку с номером М, и схема останавлввается, так как импульс продолжения не проходит через ключ 7.Цифровой индикатор счетчика 9 указывает при этом номер цикла, в котором произошло переполнение счетчика 8.Сочетание нулевого состояния триггера 32 и единичного состояния триггеров 14, 31 и ЗЗ служит признаком переполнения счетчика 8.После очистки ячеек блока памяти 10 (например, при выводе данных) схема может быть вновь запущена в работу импульсом с выхода генератора пусковых импульсов 15. 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 8Рассмотрим работу элементов, предотвращающих переполнение сумматора 11,Пока содержимое всех ячеек памяти п,(И(т=1,2., М), высокий потенциал на выходе элемента И 35 отсутствует, поэтомуключ 28 открыт, а ключ 29 закрыт, и схемаработает аналогично схеме на фиг. 1,Как только после некоторого цикла оказывается, что гг=Л, элемент И 35 срабатывает, ключ 28 закрывается, ключ 29 открывается, но в этом цикле переполнение ещене на ступ ает.Если до окончания измерения (в течениеоставшихся циклов) единица в т-ю ячейкуне добавляется, схема работает как схема нафиг. 1.Если же на счетчике 8 снова оказываетсячисло т, когда т-я ячейка уже заполнена(фиг. 4, б), импульс сложения в этом цикле.попадает не на сумматор 11 (ключ 28 закрыт), а на нулевой вход триггера 33, чтоприводит к закрьпванию ключа 30 и ключа 7по входу от элемента 18.При этом импульс продолжения не сбрасывает в нуль счетчик 8 (ключ 30 закрыт) ине проходит через ключ 7, т. е. устройствоне раоотает. Индикатор счетчика 8 указывает при этом номер переполнившейся ячейки, а счетчик 9 - номер цикла, в которомэто переполнение произошло.Сочетание единичного состояния триггеров14, 31 и 32 и нулевого состояния триггера 33служит признаком переполнения ячейки памяти,Возможность изменять число У обеспечив"ет, например, изменение числа используемых разрядов ячеек памяти, что необходимо,в частности, для согласования схемы с различными устройствами приема данных измерений (цифропсчать, построители графиков,ЦВМ и т. д),Этой же цели служит возможность ограничивать число используемых ячеек памяти,С,щественно, что наличие регулируемых Ми Ю позволяет полуавтоматически (получатьряд дополнительных характеоистик потоковпересечений. Аожнонапример, измерить распределение числа интервалов, предшествующих первому интервалу, в котором числопеоесечений превосходит число М и т. д.Рассмотрим работу элементов, обеспечивающих изменение условных распределений,т. е. должный выбор начала отсчета интервалов длительностью Т.С помощью коммутатора 20 один из входовнуль-органа 23 может быть соединен либо сшиной процесса Х(1), либо с выходом дифференцирующего устройства 22, Генераторфункций 24 генерирует функцию 2(1) аналогично тому, как генератор 2 - функцию У(1).В зависимости от состояний коммутаторов20 и 21 импульсы на рабочий вход ключа 7поступают при выполнении любого из условий, перечисленных в п, 2 на стр. 2 (фиг,3, б), 358705 10Пусть, например, требуется выполнить условие ж. С помощью коммутатора 20 вход нуль-ортана 23 соединяют с выходом дифференцирутощего блока 22, а с помощью коммутатора 21 рабочий вход ключа 7 соединяют с выходом элемента ИЛИ 25, Тогда после подачи,пускового импульса с,выхода генератора 15 (или,после импульса продолжения) ключ 7 открывается, но триггер 14 остается в единичном состоянии (т. е, ключ 6 - закрыт до момента, когда процесс 1 т(1) пересечет Л(1).Импульс, возникающий при этом,на выходе элемента ИЛИ 25, проходит через ключ 7, закрыв его после себя опрокидыванием триггера 81. При этом начинается отсчет интервала Т в момент, удовлетворяющий условию пункта к.Если с помощью коммутатора 19 соединить вход нуль-органа 19 с выходом дифференцирующего устройства 22, можно аналогично измерить все описанные характеристики производной процесса У(1),Вывод данных из блошка памяти устройства может осуществляться любым из известных способов.Важно отметить, что если процесс Х(1) не может быть исследован непосредственно (например, сверхвысокочастотные шумы или инфранизкочастотные процессы; сейсмограммы и т. п,), предложенное устройство может быть эффективно использовано при анализе его записи, воспроизводимой в,форме напряжения в удобном масштабе времени, например осциллограммы, записи самопишущих приборов и т, д.Предмет изобретения1. Устройство для исследования потоков пересечений, содержащее нуль-орган, соединенный с источником входного сигнала и с генератором функций, коммутатор, первую и вторую схему ИЛИ, первый ключ, соединенный со входом генератора функций и с одним из входов триггера, один из входов которого связан со вторым ключом непосредственно, а второй - через первый элемент задержки, генератор импульсов, первый и второй счетчики, один из которых соединен с многовходовой схемой И, а друпой подключен к блоку памяти, соединенному с блоком управления, связанным с сумматором, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени измерений при повышении их точности, в нем выходы нуль-,органа подключены ко входам первой схемы ИЛИ и к коммутатору, третий вход которого соединен с выходом первой схемы ИЛИ; выход коммутатора подключен к первому ключу, соединенному со вторым счетчиком; выход первого элемента задержки подключен к блоку управления, 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 соединенному с блоком памяти, подключенным к сумматору, со входом первого счетчика и со входом второй схемы ИЛИ, второй вход которой подключен к генератору импульсов и ко входу первого счетчика; выход многовходовой схемы И подключен через инвертор ко входу второго ключа, второй вход которого через второй элемент задержки соединен с выходом второй схемы ИЛИ и со входом второго счетчика.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью получения оценок условных распределений для процесса и его производной и предотвращения погрешностей при переполнении второго счетчика, оно содержит второй, третий и четвертый коммутаторы, дифференцирующий блок, второй нуль-орган, второй генератор функций, третью и четвертую схемы ИЛИ, третий, четвертый, пятый и шестой ключи, второй, третий и четвертый триггеры, вторую и третью многовходовые схемы И, второй и третий инверторы, и третий элемент задержки; причем вход устройсттва подключен ко входу дифференцирующего блока и через второй и третий коммутаторы соответственно к первому и второъту нуль-органам, вторьте входы которых соединеньт с выходом дифференцирующего блока; второй нуль-орган соединен вторым входом со вторым генератором функций, подключенным ко второму триггеру, а выходами связан с третьей схемой ИЛИ и со входами четвертого коммутатооа, другие входы которого подключены ко входам и выходу первой схемы ИЛИ, к выходу третьей схемы ИЛИ и ко второму элементу задержки; выход четвертого коммутатора соединен сс вторым ключом, связанным с выходом второго триггера, входы которото подключены к выходам второй схемы ИЛИ и четвертого ключа; выход четвертой схемы ИЛИ подключен к;первому инвертору, а ее входы соединены с выходом, первой схемы И и с первьт.аи выходами третьего и четвертого триггеров, вторьте входы которых подключены к генер атору импульсов, а первые соответственно к выходам третьего и пятого ключей; входы третьего ключа соединеньт с выходом первого триггера, первого коммутатора и второй схемы И, соединенной с разрядными выходами второго счетчика и подключенной выходом через второй инвертор ко входу первого ключа; выход сумматора через третью схему И, третий инвертор и четвертый ключ соединен с его управляющим входом; входы пятого ключа соединены с выхочом блока управления и третьей схемы И; вхочы шестого ключа соединены со вторым выходом четвертого триггера и со второй схемой ИЛИ, а его, выход подключен к второму счетчику; третий элемент задержки соединен выходом со второй схемой ИЛИ, а входом с генератором импульсов.