Устройство выбора диапазона измерения для статистического анализа Советский патент 1983 года по МПК G06G7/52 

Изобретение относится к измерениям вероятностных характеристик слу чайных процессов и может быть испол)3овано при проектировании адаптивных статистических анализаторов, в информационно-измерительных системах. оперативной переработки экспериментальной информации, в системах автоматического управления и контроля, а также в ряде других областей измерительной техники для выбора диа пазона измерений. Известно устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь, цифровой дискриминатор, схему изменения уррвня анализа, матричный коммутатор, генератор импульсов выборок , схему , задающую число выборок, схемы совпадения и счетчики, которое позволяет анализировать плот ности распределения мгновенных значений стационарных процессов 1. Известен также статистический ана лизатор случайных процессов, который содержит входные устройства,про цессоры, блоки центрального и местного управления командами, блок тригонометрических функций и выходные устройства, который позволяет определять плотности распределения мгновенных значений, максимумов, длительностей выбросов и др. 2 . Наиболее близким к предлагаемому является устройство, включающее сово купность блоков, служащих для выбора диапазона измерений, входящего в сос тав многофункционального сигнала циф рового анализатора, позволяющего из мерять ллотность распределения,спект мощности и корреляционную функцию случайного сигнала, содержащее во входной части «масштабирующий усилитель с резистивными делителями на входе и в цепи отрицательной обрат-ной связи, а также коммутирующие элементы (переключатели), управляющи этими делителями З. , Данное устройство не может автом тически -выбирать диапазон измерения Цель изобретения - повышение быс родействия устройства путем автомат ческого выбора коэффициента передач входного усилителя (.масштаба по аргументу ). Поставленная цель достигается тем, что в устройство выбора диапаз на измерения для статистического ан ЛИЗа, содержащее масштабирующий .уси литель, информационный вход которог является входом устройства, а выход подключен к информационному входу управляемого делителя напряжения и является информационным аналоговым выходом устройства, выход управляемого делителя напряжения соединен с управляющим входом масштабирующего усилителя, введены триггер, генератор импульсов, элемент И, реверсивный счетчик, регистр установки ис-ходного состояния, источники опорного напряжения и дискриминатор размаха, состоящий из двух компараторов, двух элементов НЕ и элемента И, выход которого подключен к первому входу триггера и является управляющим выходом устройства, а входы элемента И дискриминатора размаха соединены соответственно с выходами элементов НЕ, входы которых объединены соответственно с вы 1итающим и суммирующим входами реверсивного счетчика и подключены к выходам соответственно первого и второго компараторов, первые входэ которых объединены и подключены к выходу масштабирующего усилителя, а вторые входы первого и второго компараторов соединены соответственно с выходами первого и второго источников опорного, напряжения, при этом выход триггера соединен с информационньлм входом элемента И, управляющий вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выход которого подключен к управляющему входу управляемого делителя напряжения и является информационным выходом устройства, а установочный вход ревер.сивного счетчика соединен с выходом регистра установки исходного состояния, вход которого подключен к второму входу триггера. На чертеже представлена функциональная схема устройства. Вход масштабирующего усилителя 1подключен к информационному входу 2устройства, а выход, являющийся информационным аналоговым выходом 3 устройства, соединен с входом управляемого делителя 4 напряжения, выход которого подключен к входу отрицательной обратной связи масштабирующего усилителя 1. Дискриминатор 5 размаха имеет в своем составе элементов НЕ компараторы 6 и 7 и 7„ и элемент И 8, причем одни входы компараторов объединены и подключены к выходу масштабирующего усилителя 1, другие входы соединены с выходами источников 9- и 9 опорного напряжения, а выходы компараторов 6-J и б2 через элементы НЕ 7 и 72подключены к элементу И 8. Выход элемента И 8, являющийся управляющим импульсным выходом 10 устройства, соединен с одним входом триггера 11, другой вход которого подключен к выходу регистра 12 установки исходного состояния. Выход триггера 11 соединён с одним входом элемента И 13, другим входом подключенного к выходу генератора 14 импульсов, а выходом соединенного со счетным входом реверсивного счет чика 15. Управляющие входы реверсив ного счетчика 15 подключены к выходам компараторов, установочные вход соединены с регистром 12, а выход р версивного счетчика 15, являющийся информационным цифровьоги выходом 16 устройства, подключен к управляемом делителю 4 напряжения. Устройство функционирует следующим образом. Напряжение реализации исследуемо го центрированного процесса х (t) по шине поступает на вход масштабирующего усилителя 1. С его выхода преобразованный сигнал k х (t), где k 1 - коэффициент передачи усилителя, по выходу 3 устройства подается на статистический анализатор (не по казан) для дальнейшего исследования т.е. выход усилителя 1 является,информационным аналоговым выходом уст ройства. Для того, чтобы максимально использовать динамический диапазон анализатора,, его функциональные возможности, объем памяти и т.п., необ.ходимо подобрать коэффициент передачи усилителя таким образом, чтобы .размах исследуемого сигнала находился в пределах х - h . (t) х, (t) - h, где R. и R - полуразмахи соответ ственно положительны и отрицательных уров ней напряжения х (t) 2xj - динамический диапазо анализатора ; h 2x,/K - ширина дифференциаль ного коридора; .К - число дифференциальных коридоров. Границы диапазона исследуемого сигнала х (t) должны находиться в пределах между нулевым и первым уро нями анализа в области отрицательных значений и между последним К-м и предпоследним К-1 -м уровнями анализа в области положительных зна чений. Поскольку при анализе исполь зуется центрированный входной сигна то можно ограничиться проверкой лиш одного из условий (.1). Для реализации рассматриваемого условия согласования диапазонов предлагается уст ройство автоматического выбора коэф фициента передачи масштабирующего усилителя. Перед началом измерений триггер 11 находится в нулевом состоянии, что запрещает прохождение тактовых импульсов генератора 14 через элемент Я 13 на реверсивный счетчик 15 Устройство приводится в рабочее состояние регистром 12, который выдает сигнал, устанавливающий реверсивный счетчик 15 в оп{ еделенное кодовое состояние. Кодом реверсивного счетчика 15 управляется делитель 4 напряжения в цепи отрицательной обратной связи усилителя 1. Таким обралом сигналом регистра 12 устанавливается начальный коэффициент передачи k усилителя 1. Причем для ускорения последующего поиска требуемого значения масштаба целесообразно устанавливать не крайние- значения коэффициента передачи, а, например, среднее k k, где максимальное значение. Для этого в реверсивный счетчик 15 необходимо записать начальный код N М,где максимальное значение кода счетчика, п- число двоичных разрядов счетчика. Одновременно с начальной установкой реверсирного счетчика регистр 12выдает сигнал, устанавливаюмий триггер 11 в единичное состояние, что приводит к открыванию элемента И 13, пропускающего импульсы генератора 14 на счетный вход счетчика 15. Управление счетом осуществляется дискриминатором 5 размаха, в состав которого входят компараторы 6-, к 6, элементы НЕ 7п и элемент И 8. На входы компараторов 6- и 63. посту-, пает сигнал с усилителя U (t ) kr,x( t) и два напряжения ; источников 9 и 9 2 опорного напряжения о UQ- Xf - h. Если полуразмах напряжения и(t), снимаемого с усилителя 1, не превосходит уровень (igy т. е. R+tu(t) UQJ, то компаратор 6 дискриминатора 5 размаха выдает сигнал по шине , в результате чего реверсивный счетчик 15 будет работать в режиме сложения и при поступлении импульсов с элемента И 13в нем будет возрастать код. В свою очередь это приводит к увеличению коэффициента деления делителя 4 напряжения и к увеличению коэффициента kд передачи усилителя 1. В противном случае, т.е. если (t) Ug, сигнал выдается компаратором бч, по шине 4 , что приводит к уменьшению кода счетчика 15 и коэффициента передачи усилителя. Как только выполнится условие и Q2 4 Г 1 -v выходах обоих компараторов появятся нулевые потенциалы, в результате чего элемент И 8 выдаст сигнал по шине ,, при этом триггер 11 переводится в нулевое состояние, прекращается счет и, следовательно, поиск оптимального масштаба усиления. Тем же сигналом элемента Н 8 дается команда начала измерения статистическому анализатору, т.е. выход элемента И 8 (, шина 10) является управляющим импульсным выходом устройства. На выходе реверсивного сче чика 15 после окончания поиска хранится код, характеризующий коэффициент передачи усилителя { масштаб по аргументу ) где 1Со постоянный множитель, а коэффициенты 0 могут принимать значения О или 1 в зависимости от состояния соответствующих разрядов счетчика. Следовательно, выход реверсивного счетчика 15 является информационным цифровым выходом уст ройства. При повторных измерениях характе ристик того же процесса И (t) осуществлять предварительную установку реверсивного счетчика 15 не нужно. В этом случае на выбор оптимального масштаба будет тратиться минимал ное время в пределах 1-2 тактов (пр стационарном процессе время поиска равно нулю}. - Регистр 12 в простейшем случае представляет собой регистр с «снопоч ным переключателем, осуществляющий запись начального кода в счетчик 15

X(i) 0Н и кнопку Пуск, от которой производится перевод триггера 11 в единичное состояние. Однако при таком выполнении решается только задача поиска оптимального коэффициента передачи усилителя, возможности включения статистического анализатора, работающего совместно с предлагаемым устройством выбора диапазона Измерения, в состав автоматических систем управления и контроля не имеется. Для решения этой задачи в качестве блока начальной установки можно использовать интерфейсные блоки ВМ, ИИС, а также блоки сопряжения других автоматических систем. В этом случае появляется возможность управления устройством по программе ЭВМ (или по. программе испытаний системы). В частности, можно устанавливать начальное значение коэффициента передачи k исходя из априорной информации или на основе результатов предыдущих измерений; Таким образом, применение предлагаемого решения позволяет сократить общее время анализа случайных процессов путем автоматизации входного устройства и использовать подобные статистические анализаторы в,системах автоматического управления и контроля. л

УСТРОЙСТВО ВЫБОРА ДИАПАЗОН/v ИЗМЕРЕНИЯ ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА, содержащее масштабирующий усилитель, информационный вход которого является входом устройства, а выход подключен к информационному входу управляемого делителя напряжения и является информационным аналоговым выходом устройства, выход управляемого делителя напряжения соединен с управляющим входом масштабирующего усилителя, отли.чающееся тем, что, с целью повышения быстродействия путем автоматической уста- новки коэффициента передачи усилителя, оно содержит триггер, генера тор импульсов, элемент. И, реверсивный счетчик, регистр установки, исходного состояния, источники опорного напряжения и дискриминатор размаха, состоящий КЗ двух компараторов, двух элементов НЕ и элемента И, выход которого подключен к первому входу триггера и является управляющим выходом устройства, а входы эле- мента И дискриминатора размаха соединены соответственно с выходами элементов НЕ, входы которых объединены соответственно с вычитающим и суммирующим входа1У1И реверсивного счетчи- , ка и подключены к выходам соответственно первого и второго компараторов , первые входы которых объединены и подключены к выходу масштабирующего усилителя, а вторые входы W первого и второго компараторов соединены соответственно с выходами первого и второго источников опорного напряжения, при этом выход триггера соединен с информационным 5 входе элемента И, управляющий, вход которого по.дключен к выходу генератора импульсов, а выход соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выход которого подк.пючен к управляющему входу упрёшляемого дели теля напряжения и является информационным выходом устройства, а установочный вход реверсивного счетчика соединен с выходом регистра уста:новки исходного состояния, вход которого подключен к второму входу триггера.