ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЧАЛЬНЫХ МОМЕНТОВ ЛЮБОГО ПОРЯДКА Российский патент 2010 года по МПК G06F17/18 

Предлагаемое изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники и может быть использовано для определения начальных моментов любого порядка (включая дробный) случайной величины х, а также любой функции у от случайного аргумента х-у=φ(х).

Известно устройство для определения одномерных начальных моментов K-го порядка случайного сигнала [1], содержащее интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, блок определения математического ожидания, реверсивные счетчики управления и результата, десятичный счетчик порядка момента, счетчик выборки, триггеры, элементы И, ИЛИ, НЕ, цифроаналоговый преобразователь, дешифратор, блок индикации, переключатели.

Недостатками аналога являются сложность и невысокая точность устройства.

К аналогам предлагаемого устройства относится также устройство для определения одномерных начальных моментов K-го порядка [2], содержащее блок сравнения, генератор случайного сигнала, состоящий из последовательно включенных генератора псевдослучайного сигнала и цифроаналогового преобразователя, генератор тактовых импульсов, счетчик, накапливающий сумматор, степенной преобразователь, блок индикации, блок задания начальных условий.

Недостатком аналога является значительная методическая погрешность устройства, обусловленная алгоритмом его работы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для определения начальных моментов любого порядка [3], содержащее входной зажим, функциональный преобразователь, интегратор, источник опорного напряжения, компаратор, одновибратор, первый и второй счетчики, генератор прямоугольных импульсов, блок деления, индикатор.

Недостатком прототипа является невысокая точность, обусловленная наличием в схеме устройства аналогового интегратора, выполненного на операционном усилителе и конденсаторе.

Техническая задача, решаемая изобретением, - повышение точности устройства.

Указанная техническая задача решается благодаря тому, что в устройство для определения начальных моментов любого порядка, содержащее входную клемму, аналого-цифровой преобразователь, функциональный преобразователь, блок деления, индикатор, первый одновибратор, генератор прямоугольных импульсов, счетчик, информационный выход которого соединен с входом делителя блока деления, выход которого соединен с информационным входом индикатора, входная клемма через аналого-цифровой преобразователь соединена с входом функционального преобразователя, дополнительно введены таймер, первый и второй регистры, второй одновибратор, сумматор, первый вход которого подключен к выходу функционального преобразователя, а выход через первый регистр соединен с информационным входом второго регистра, информационный выход которого соединен с объединенными вторым входом сумматора и входом делимого блока деления, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с объединенными тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя и таймера, выход переполнения которого соединен с объединенными тактовым входом счетчика и входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход окончания цикла преобразования которого соединен с входом первого одновибратора, выход которого соединен с объединенными входом управления записью первого регистра и инверсным входом второго одновибратора, выход которого соединен с входом управления записью второго регистра.

Существенными отличиями предлагаемого технического решения являются введение новых элементов в схему устройства (таймера, первого и второго регистров, второго одновибратора, сумматора) и использование новых связей между элементами. Указанные существенные отличия обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение точности устройства.

На чертеже представлена схема устройства.

Цифровое устройство для определения начальных моментов любого порядка содержит входную клемму 1, соединенную с входом аналого-цифрового преобразователя 2, информационный выход которого соединен с входом функционального преобразователя 3, выход которого соединен с первым входом сумматора 4, выход которого через первый регистр 5 соединен с информационным входом второго регистра 6, информационный выход которого соединен с объединенными вторым входом сумматора 4 и входом делимого блока 7 деления, выход которого соединен с информационным входом индикатора 8, генератор 9 прямоугольных импульсов, выход которого соединен с объединенными тактовыми входами таймера 10 и аналого-цифрового преобразователя 2, выход окончания цикла преобразования которого соединен с входом первого одновибратора 11, выход которого соединен с объединенными входом управления записью первого регистра 5 и инверсным входом второго одновибратора 12, выход которого соединен с входом управления записью второго регистра 6, выход переполнения таймера 10 соединен с объединенными входом запуска аналого-цифрового преобразователя 2 и тактовым входом счетчика 13, информационный выход которого соединен с входом делителя блока 7 деления.

Рассмотрим работу устройства в двух вариантах применения.

А. Вариант применения устройства для определения начальных моментов исходного случайного процесса x(t)

На входной зажим 1 подается исследуемый случайный процесс x(t). На выходе аналого-цифрового преобразователя 2 появляется цифровой код, пропорциональный процессу

Этот код прикладывается к входу функционального преобразователя 3, который в этом варианте применения используется в качестве степенного преобразователя.

На выходе функционального преобразователя 3 появляется двоичное число, пропорциональное степени «k» процесса x(t), выходной код функционального преобразователя 3 равен

Таймером 10, на вход которого поступают импульсы от генератора 9 прямоугольных импульсов, формируется интервал выборки Δt. Выходной импульс таймера 10 засчитывается счетчиком 13 и запускает аналого-цифровой преобразователь 2. Импульсом с выхода окончания цикла преобразования аналого-цифрового преобразователя 2 запускается одновибратор 11, импульс с выхода которого поступает на вход управления записью регистра 5, а также на вход одновибратора 12, импульс с выхода которого поступает на вход управления записью регистра 6. Код с выхода регистра 6 поступает на вход делимого блока деления и на вход сумматора 4, который вычисляет сумму выборок по формуле

Сумма S пропорциональна интегралу от функции x^k. Число выборок N подсчитано счетчиком 13.

Интервал усреднения T может быть определен по формуле

Поэтому вероятностный начальный момент k-го порядка может быть определен по формуле

Формула (5) реализуется блоком 7 деления - выходной код блока 7 деления пропорционален измеряемому моменту µ_kx. Значение момента непрерывно отображается на цифровом индикаторе 8.

Б. Вариант применения устройства для определения начальных моментов функции y=φ(х) от случайного аргумента х.

Устройство работает так же, как и в варианте А.

Однако функциональный преобразователь 3 обеспечивает на выходе код в соответствии с формулой

На индикаторе 6 отображается значение момента µ_kу.

По моментам µ_kx и µ_kу определяется степень износа исследуемого электрооборудования за время T в относительных единицах.

Преимуществами предлагаемого устройства по сравнению с известными являются меньшая погрешность, а также за счет применения цифрового алгоритма обработки информации возможность реализации на современной микроэлектронной базе, например AVR-микроконтроллерах.

Источники информации

1. Авторское свидетельство №1108464 СССР, МПК G06F 17/18, 1983.

2. Авторское свидетельство №922769 СССР, МПК G06F 17/18, 1980.

3. Авторское свидетельство №2041496 СССР, МПК G06F 17/18, 1991 (прототип).

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники и может быть использовано для определения начальных моментов любого порядка случайной величины, а также любой функции от случайного аргумента. Достигаемый технический результат - повышение точности определения начальных моментов любого порядка. Цифровое устройство для определения начальных моментов любого порядка содержит входную клемму, аналого-цифровой преобразователь, функциональный преобразователь, сумматор, два регистра, блок деления, индикатор, два одновибратора, генератор прямоугольных импульсов, таймер и счетчик. 1 ил.

Цифровое устройство для определения начальных моментов любого порядка, содержащий входную клемму, аналого-цифровой преобразователь, функциональный преобразователь, блок деления, индикатор, первый одновибратор, генератор прямоугольных импульсов, счетчик, информационный выход которого соединен с входом делителя блока деления, выход которого соединен с информационным входом индикатора, входная клемма через аналого-цифровой преобразователь соединена с входом функционального преобразователя, отличающееся тем, что в него дополнительно введены таймер, первый и второй регистры, второй одновибратор, сумматор, первый вход которого подключен к выходу функционального преобразователя, а выход через первый регистр соединен с информационным входом второго регистра, информационный выход которого соединен с объединенными вторым входом сумматора и входом делимого блока деления, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с объединенными тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя и таймера, выход переполнения которого соединен с объединенными тактовым входом счетчика и входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход окончания цикла преобразования которого соединен с входом первого одновибратора, выход которого соединен с объединенными входом управления записью первого регистра и инверсным входом второго одновибратора, выход которого соединен с входом управления записью второго регистра.