Адаптивный статистический анализатор

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски нСоциалистическиеРеспублик и 877564(23) Приоритет -Опубликовано 30,10.8 . Бюллетень4 ОДата опубликования описания 30.10,81 яо девам нзобретеннй к открытнй) Заявитель пециальное конструкторское бюро " 4) АДАПТИВНЫЙ СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТО 1 ние относит едствам циф ники и може еляет"циок специализиой вычислизобре рованным с тельной те использоват ческого ан ализа случаиных бластях технидля статиспроцессовки, и в чаконтроле и различных тности, при диагностикеибрационномашин и устрой ств.Известно цифровое из ния вероятн устройство ерение закстей путем аченийвхо выполняющеенов распределеподсчета числа ых сигналов в попадании зсоответствуределяемый й асс ижним и ве ним граничныый такой уроя нижнего причем каждся верхним д ов вляет класса и нижнимкласса. Каждому соответствие сво тор, в котором ф дискрета гистогр ем выборки сигна равен целой степ случае количеств ля верхнего смежног лассу становится всчетчик или интегрармируется выходнаямм вероятностей. Объа задается заранее ини двойки. В общемимпульсов, соответ 2ствующее объему выборки, распредся по классам(счетчикам) пропорнально форме кривой распределения,и почти всегда бывает так, что в каж"дый счетчик попадает хотя бы по одному импульсу. В общей совокупностисчетчиков имеется хотя бы один, содержащий наименьшее число импульсов (минимальный код) 1 .Объем каждого счетчика берется неменьше объема выборки сигналов наслучай, если все импульсы выборки поступают в один класс (как например,при измерении прямоугольных импульсовпостоянной амплитуды), Это приводит ктому, что гистограмма распределенияслучайного сигнала имеет вид вырожденной кривой, растянутой вдоль оси Х исо слабо обозначенным экстремумом.Особенность ее в том, что разность 20между максимальным и минимальным значниями мала в сравнении с наибольшимчислом, которое можно накопить в счет.чике, а поэтому указанные устройстваЦель изобретения - упрощение устройства при многоканальном анализе.Указанная цель достигается тем, что анализатор содержит два оперативных запоминающих, устройства, блок за" поминания минимального кода, регистр сдвига, источник единичного напряжения, сумматор, регистр переноса и переключатель, первый информационный вход которого соединен со входом анализатора, второй ийформационный вход 50 8775не дают большой разрешающей спосоЬностиЭтого недостатка можно избежать вадаптивных статистических анализаторах, которые накапливают в канальныхсчетчиках не абсолютные значения дискрет, а разности между соответствующей абсолютной дискретой и минимальным кодом гистограммы. При этом минимальный код измеряется и запоминаетсяотдельным блоком. Кривая, формируемая в канальных счетчиках такого анализатора хотя бы в одной точке соприкасается с осью М, в связи с чем принакоплении информации разрешающаяспособность измерения неуклонно возрастает до максимума. Для восстановления абсолютных значений гистограммы достаточно просуммировать ее разностные значения (содержимое счетчиков) с минимальным кодом,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяадаптивный статистический анализатор,содержащий многоканальный амплитудныйселектор, канальные счетчики, счетчикобъема выборки, блок. фиксации моментаокончания выборки, блок управления,блок формирования границ равновероятных интервалов, квантователь по времени, блок подсчета селектированных импульсов и генерации корректирующегоимпульса. Здесь, как и в обычных ана-.лизаторах, происходит накопление информации в счетчиках 21.Реализация памяти на счетчиках является недостатком анализатора и.имФет смыл лишь при малом числе классов,на которые разбивается рабочий диапазон сигналов, Для вибрационной диагностики машин, когда указанное числоклассов достигает сотен, такая памятьоказывается неприемлемой. Введениеадаптивного принципа измерения имеетсмысл именно при большом числе классов, когда объем каждого счетчика иих число становятся соразмерными,64 4подключен к первому выходу счетчика объема выборки, управляющий вход переключателя соединен с первым выходом блока управления, а выход - сс входом регистра сдвига, выход которого подключен к .адресным входам оперативных запоминающих устройств, выход первого оперативного запоминающего устройства соединен с выходом второго оперативного запоминающего устройства, первым входом сумматора, информационным входом блока запоминания минимального кода, информационным входом первого оперативного запоминающего устройства и пеРвым .выходом анализатора, вход разрешения записи и считывания первого оперативного запоминающего устройства и первый управляющий вход блока запоминания минимального кода подключены ко второму выходу блока управления, вход выбора питания первого оператив" ного запоминающего устройства и второй управляющий вход блока запоминания минимального кода соединены с первым выходом блока управления, третий выход которого подключен ко входу выбора питания второго оперативного запоминающего устройства, информационный вход которого соединен с выходом регистра переноса, информационный вход котороге подключен к первому выходу сумматора; второй выход сумматора соединен с первым входом блока управления, второй вход которого подключен ко второму выходу счетчика объема выборки, четвертый выход блока управления соединен со вторыми входами счетчика объема выборки и регистра переноса, пятый выход блока управления подключен к третьему входу счетчика объема выборки, выход блока запоминания минимального кода соединен со входом блока фиксации момента окончания выборки и вторым входом сумматора, третий вход которого подключен к выходу истоиника единичного напряжения, первый выход блока фиксации момента окончания выборки соединен с первым входом блока управления, а второй выход - со вторым выходом анализатора.На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг, 2 - схема блока управления; на фиг. 3 - схема блока фиксации момента окончания выборки; на фиг. 4 - схема блока запоминания минимального кода.Адаптивный статистический анализатор включает блок 1 управления, счет, 5 8775чик 2 объема выборки, блок 3 фиксациимомента окончания выборки, переключатель 4, регистр 5 сдвига, первое 6 ивторое 7 оперативные запоминающие устройства, блок 8 запоминания минимального кода, сумматор 9, регистр 10 переноса, источник 11 единичного напряжения, первый вход 12 блока 1 управления, второй вход 13 блока 1 управления,второй вход 13 блокаУправления,первый выход 14 блока 1 управления,второй выход 15 блока 1 управления,третий выход 16 блока 1 управления, четвертый выход 17 блока 1 управления,пятый выход 18 блокауправления,Блок 1 управления содержит двухразрядный двоичный счетчик 19, инверсный,20 и прямой 21 выходы первого разрядасчетчика 1.9, инверсный 22 и прямой 23выход второго разряда счетчика 19,элементы ИЛИ 24-26, элементы И 27-29,триггер 30, одновибратор 31, источник32 тактовых импульсов.Блок 3 фиксации момента окончаниявыборки включает накапливающий сумма- дтор 33, вход 34 контрольного кода компаратора 35.Блок 8 запоминания минимального ко.да включает нуль-орган 36, регистр 37с параллельными 0-входами занесения.Оперативные запоминающие устройства 6 и 7 могут быть выполнены на больших интегральных схемах РУ, серииК 505, имеющих адресные, информационные входы и выходы выбора питания и35разрешения записи или считывания.Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии счетчик 19блока Г управления сброшен" в нулевое состояние, при котором на выходах21 и 23 существует нулевой уровеньнапряжения, а на выходах 20 и 22 -единичный уровень. Триггер 30 находит-.ся также в нулевом состоянии, в соответствии с чем на прямом выходе триггера 30 определения режима держитсяноль, а на элемент 28 поступает разрешающий единичный потенциал. В исходном состоянии нулевым потенциаломс первого выхода 14 блока 1 управления переключатель 4 соединяет входустройства с регистром 5 .сдвига, а.регистр 37 блока 8 запоминания минимального кода устанавливается в максималь 55но значащее состояние (но посколькувыходы регистра 37 берутся с инверсных, плеч его триггеров, то на выходеблока 8 коц равен нулю) . Нулевым по 64 6тенциалом ло первому выходу 4 ОЗУ 6 устанавливается в состояние "Не выбрано , т. е, отключается от общей схемы устройства.С четвертого выхода 17 блока 1 управления выдаются сннхроимпульсы, сопровождающие поступление кодов входного сигналана вход устройства. При этом период сопровождения начинается тактовой паузой (т, е. нулевым потенциалом), в течение которой код сигнала через регистр 5 сдвига подается на адресные входы ОЗУ 6 и 7. Регистр 5 сдвига выполняет роль селектора. Пусть разрядность входных кодов равна 12, а число классов. анализа - 512, т, е. номер класса выражается 9-разрядным кодом. Для определения номеракласса, которому соответствует данный входной код, достаточно отбросить три его младших разряда (т. е. сдвинуть входной код на 3 разряда в сторону младших) .С третьего выхода 16 блока 1 управления на управляющий вход ОЗУ 7поступают импульсы, идентичные тактоввым импульсам сопровождения с четвертого выхода 17 блока 1 управления, которые также начинаются тактовой паузой. Тактовая паузанулевой потенЦиал задает ОЗУ 7 режим считывания По коду номера класса, поданного наадресные шины ОЗУ 7,.вызывается содер"жимое соответствующей ячейки и подается на первый вход сумматора 9. На второй вход сумматора 9 падается нулевая комбинация с выхода блока 8, а на входпереноса от источника 1 единичного напряжения - единичный потенциал. В итоге, на выходе сумматора 9, а следовательно на выходе регистра 10 переноса образуется код на единицу больший, чем вызванный из ОЗУ 7. При окончании тактовой паузы и появлении тактового импульса сопровождения в регистр 10 записывается новый код дискреты; ОЗУ 7 переводится в режим записи, в связи с чем новый код дискреты записывается по тому же адресу класса, поступая с выхода регистра 10 на.информационный вход ОЗУ 7, а ,в счетчике 2 объема выборки код числа поступлений увеличивается на единицу,С началом очередного тактового периода сопровождения на вход устройства подается новый код входного сигнала и весь процесс повторяется. Этот режим обработки входного сигнала про; должается до переполнения счетчика 264 8 На четвертом выходе 7 блока 1 тактовые импульсы существуют постоянно.соответствии с ними счетчик 2 выдаетЗ 5последовательность чисел от нуля домаксимума. Эти числа проходят наадресные входы ОЗУ 6 и 7, в результатечего содержимое ОЗУ 7 переписываетсяв ОЗУ 6 по тем же адресам. В процессе перезаписи гистограммы ее дискретыпараллельно анализируются блоком 8запоминания минимального кода. Нануль-орган 36 подается нулевой код (вначале перезаписи) с инверсных выходов45регистра 37 и код текущей дискретыперезаписываемой гистограммы. 1(оддискреты инвертируется по входу нульоргана, и поэтому фактически сравниваются прямые коды, начиная с макси 50мального, при этом достигается нужныйрежим функционирования: как толькокод дискреты оказывается меньше записанного в регистре 37, нуль-орган вырабатывает импульс на вход синхронизации регистра 37 и тот запоминает55новое, меньшее значение,По окончании перезаписи гистограм-,мы счетчик 2 вырабатывает, импульс пе 7 8775объема выборки. По импульсу переполнения счетчика 2 (счетчик при этомйЮ%сбрасывается в ноль), принятому навторой вход 13 блока 1 управления,на его первом выходе 14 появляетсяединичный потенциал . Это происходитвследствие срабатывания счетчика 19,фиксирующего в своем первом разрядеединицу: на выходе 21 появляется единица, которая и проходит через элемент ИЛИ 26 на первый выход 14 блокауправления, а на выходе 20 появляется ."ноль", который запрещает прохождение импульсов через элемент И 27и элемент ИЛИ 25 на третий выход 16блока 1Единица на выходе 14 изменяет состояние переключателя 4, подсоединяя регистр 5 сдвига к выходу счетчика 2, задает ОЗУ 6 режим "Выбрано",подсоединяя его к схеме устройства,и разрешает работу регистра 37 схемы8 запоминания минимального кода. Натретьем выходе 16 блока 1 появляетсяпостоянный нулевой потенциал, устанавливающий ОЗУ 7 в р "жим считывания. Навтором выходе 15 блока 1 возникаетединичный потенциал, пропущенный элементом И 28 с выхода 21. Этот единичный потенциал устанавливает ОЗУ 6 врежим записи и разблокировывает30вход синхронизации регистра 37 блока 8,1ренолнения на второй вход 13 блока 1 (при этом счетчик 2 вновь сбрасывается в"ноль), в результате чего второй 15 и третий 16 выходы блока 1 изменяют свои потенциалы на противоположные. Действительно во втором разряде счетчика 19 записывается единица, а первый его разряд обнуляется, при этом единичный потенциал появляется на выходах 20 и 23, а на выходах 21 и 22 устанавливается ноль. Единичный потенциал выхода 23 проходит через элемент ИЛИ 25 непосредственно на третий выход 15, а элемент И 28 запирается нулем выхода 21, тем самым обнуляя второй выход 15 блока 1 управления. На других выходах блокаизменений не происходит.Появившийся на третьем выходе 16 постоянный единичный потенциал устанавливает ОЗУ 7 в режим записи, а нулевой потенциал на втором выходе 15 переводит ОЗУ 6 в режим считывания и блокирует вход синхронизации регистра 37, вследствие чего регистр 37 удерживает минимальный код от первой перезаписи гистограммы. При переборе счетником 2 последовательных комбинаций от нуля до максимума происходитобратная перезапись массива чисел гистограммы из ОЗУ 6 в ОЗУ 7. Но в ОЗУ 7 записываются разности вызываемых из ОЗУ 6 дискрет и минимального кода, Действительно, вызываемое из ОЗУ 6 число подается на вход ОЗУ 7 через сумматор 9 где оно суммируется с инверснымзначением минимального кода и единицеймладшего разряда, что идентично вычитанию, Это можно показать следующимфобразом: если сумматор (а значит ичисла) п-разрядный, причем, Кп - код дискреты, а (К ), - минимальный код, то их разность А записываетсятак: А = К - (К), Если к этому выражению добавить вес старшего, неохватываемого сумматором разрядал1+ 2 , то выражение не изменяется, т. е. А = К-(К ,). + 1 п 2"но добавленный вес можно выразитьн. 2 = (Кв 1) и + (КМ)н+ 1 20 что при подставке в выражениедля А дает н + (К ) + 1. 2При обратной перезаписи минимальныйкод из регистра 37 блока 8 однократ77564 10счетчика 19 единицу. В результате обаразряда счетчика 19 оказываются вединичном состоянии. Одновременноэтот импульс устанавливает в единичное состояние триггер 30 и Сбрасываетвфноль счетчик 2, который тут же начинает счет с начала. Это и есть режим выдачи результата измерений изОЗУ 6, Состояние считывания из ОЗУ 6 10 задается нулем по второму выходу 15с выхода элемента И 28, запертого, вэтот момент нулевым плечом триггера 30,Дополнительным результатом измеренийявляется .содержимое блока 3 - накоп ленный за все циклы минимаЛьный код.Процесс измерения заканчивается такжев том случае,. если блок 3 набираетмаксимально возможное значение раньше, чем переполняется сумматор 9. Этопроисходит, например, при измеренииравновероятного распределения. Максимально возможное значение задаетсяконтрольным кодом по входу 34 компаратора 35. Если текущий код с выходасумматора 33 превышает контрольный илисравнивается с ним, компаратор 35 вы"рабатывает сигнал, который подается вблок 1 управления на вход одновибратора 31, в результате чего блок 1 останавливает процесс измерения и выдаетрезультат из ОЗУ 6 в том же порядке,как и в случае сигнала от сумматора.Признаком режима выдачи результатаизмерения из устройства является нали 1чие единичного потенциала на прямом .выходе триггера 30.Окончание режима выдачи сопровождается переполнением счетчика 2Импульс переполнения приходит на второйвход 13 блока 1 и засчитывается счетчиком 19, который при этом переполняется (так как оба его разряда в единичном состоянии) и сбрасывается вО нноль. Одновременно импульс переполне.ния счетчика 2 возвращает в нулевое 45 состояние триггер 30Устройство приходит в исходное состояние и готово кпринятию и обработке нового массивавходных данных. В каком-то цикле обработки Входного массива в сумматоре 9 при добавлении единицы к вызванному коду дискреты (это будет дискрета наиболее. интенсивного накопления) наступает переполнение. Сигнал. переполнения поступает на первый вход 12 блока 1 управления, в соответствии с чем блок 1 останавливает процесс измерения и выдает результат на ОЗУ 6 на выход устройства, Это происходит следующим образом. Одновибратор 31 срабатывает, выдавая импульс, который проходит элемент ИЛИ 24 и добавляет к содержимому 50 Формула изобретения 55 но добавляется к содержимому блока 3фиксации момента окончания выборки.В блок 3 минимальный код поступает впрямом виде, так как подается на инверсный вход. Подаваемый на вход блока 3 код преобразуется инверсным входом. в прямой и добавляется к содержимому сумматора 33, накопленному ранее.С выхода сумматора 33 снимается общийрезультирующий Минимальный код гисто-граммы. Одновременно компаратор 35сравнивает текущий минимальный код сконтрольным кодом, подаваемым по входу 34 компаратора,По окончании обратной перезаписи вОЗУ 6 зафиксирован результат последнего цикла обработки входного сигнала,так как считывание информации из ОЗУпроисходит без ее разрушения, а вОЗУ 7 тот же результат, но с коррекцией на возврат гистограммы к оси Х.По окончании обратной перезаписи, очем свидетельствует очередной импульспереполнения счетчика 2 объема выборки, устройство возвращается в исходное состояние, и все повторяется сначала для очередного массива входныхчисел,Обратная перезапись гистограммывыполняется при наличии единицы вовтором (старшем разряде счетчика 19и фнуля - в .первом (младшем) разряде/счетчика 19. Именно это сочетание выделяется элементом 29 И, который пропускает через себя импульс перепол.нения счетчика 2. А так как элементИ 29 своим выходом подключен ко входу установки в ноль счетчика 19, тосчетчик 19 и устанавливается в исходное состояние, задавая исходнбе состояние всему устройству, Каждый импульспереполнения счетчика 2, прошедший навход 13 блока 1, подтверждает нулевоесостояние триггера 30,1. Адаптивный статистический анализатор, содержащий блок управления, счетчик объема аыборки и блок фиксации момента окончания выборки, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с це,лью упрощения, он содержит два опера87564 тивных запоминающих устройства, блок запоминания минимального кода, регистр сдвига, источник единичного напряжения, сумматор, регистр переноса и переключатель, первый информационный вход которого соединен со входом анализатора, второй информационный вход подключен к первому выходу счетчика объема выборки, управляющий вход переключателя соединен с первым выходом 1 о блока управления, а выход - со входом регистра сдвига, выход которого подключен к адресным входам первого и второго оперативных запоминающих устройств, выход первого оперативного 15 запоминающего устройства соединен с выходом второго оперативного запоминающего устройства, первым входом сумматора, информационным входом бпока запоминания минимального кода, информа- дО ционным входом первого оперативного запоминающего устройства и первым выходом анализатора, вход разрешения записи и считывания первого оперативного запоминающего устройства и первый управляющий вход блока запоминания мини-. мального кода подключены ко второму выходу блока управления, вход выбора питания первого оперативного запоминающего устройства и второй управляющий вход блока запоминания минимального кода соединены с первым выходом блока управления, третий выход которого подключен ко входу выбора питания второго .оперативного запоминающего устрой 35 ства, информационный вход которого соединен с выходом регистра переноса, информационный вход которого подклю- чен к первому выходу сумматора, второй выход сумматора соединен с первым входоМ блока управления, второй вход40 которого подключен ко второмувыходу счетчика объема выборки, четвертый выход блока управления соединен со вторымивходами .счетчика объема выборки и регистра переноса, пятый выход блока управления подключен к третьему входу счетчика объема выборки, выход блока запоминания минимального кода соединен со входом блока фиксации момента окончания выборки и вторым входом сумматора, третий вход которого подключен к выходу источника единичного напряжения, первый выход блока фиксации момента окончания выборки соединен с первым входом блока управления, а второй выход - со вторым выходом анализатора. 122. Анализатор по и, 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что блок управления содержит двухразрядный двоичный счетчик, три элемента ИЛИ, три элемента И, источник тактовых импульсов, триггер и одновибратор, вход которого соединен с первым входом блока управления, а выход подключен к первому входу триггера и первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен со вторым входом блока управления и вторыми входами триггера и первого элемента И, а выход первого элемента ИЛИ .подключен к информационному входу двухрезрядного двоичного счетчика, управляющий вход которого соединен с выходом первого элемента И, инверсный выход первого разряда счетчика подключен к первым входам, первого и третьего элементов И, прямой выход первого .1 раэряда счетчика соединен со вторыми входами второго элемента И и второго элемента ИЛИ, инверсный выход второго разряда счетчика подключен к третьему входу третьего элемента И, а прямой выход второго разряда счетчика соединен с третьим входом первого элемента И, вторым входом третьего элемента ИЛИ и первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому выходу блока управления, инверсный выход триггера соединен с первым входом второго элемента И, выход которого подключен ко второму выходу блока управления, выход источника тактовых импульсов соединен со вторым входом третьего элемента И, выход которого подключен к первому входу третьего ,элемента ИЛИ, выход третьего. элемента ИЛИ соединен с третьим выходом блока управления, четвертый выход блока управления подключен к выходу источника тактовых импульсов, а пятый выход блока управления соединен с выходом одновибратора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Мирский Г. Я,.Аппаратурное определение характеристик случайных процессор. М., "Энергия", 1972, с, 280-334.2. Авторское свидетельство СССР У 458832, кл. 6 06 Р 15/36, 1972 (прототип).817564 Составитель В. Фукаловедактор В. Петраш Техред Ж.Кастелевич Корректор В. Бутягаее 963 7/74 к иал ППП "Патент", гУжгород., ул. Проектная, 4 Тираж 748 ВНИИПИ Государст по депам изоб 035, Москва, ЖПодписное енного комитета С етений и открытий Раушская наб.,