Устройство для определения коэффициента затухания узкополосного случайного процесса Советский патент 1984 года по МПК G06G7/52 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при измерении статистических характеристик случайных процес сов, 3 частности в машиностроении, турбиностроении, железнодорожном транспорте, медицине. - Известно устройство для измерения коэффициента затухания случайных процессов, предназначенное для исследования процессов с любым законом распределения. Устройство содержит два входных блока, ан лого-цифровой преобразователь (АЦП двухполюсный переключатель, генератор тактовых импульсов, генератор пилообразного напряжения, генераторы гармонических сигналов, умножители соединенные с усреднителями сравнивающие устройства, триггеры и счетчики импульсов LIJ . Недостатками устройства являются значительные погрешности при измере НИИ коэффициента затухания, аппаратурная сложность и невозможность из мерения коэффициента затухания в ре альном масштабе времени. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, состоящее из последовательно соединенных модулятора ампли тудно-импульсной модуляции (АИМ), амплитудного селектора, формирующего, одновибратора, cxeiyoji совпадения и первого счетчика импульсов. Генератор импульсов соединен одним выходом с входоммодулятора АИМ, а вторым входом - с входами второго счетчика импульсов и схемы задержки, выход которой соединен с входом схемы совпадений. Выход форм рующего одновибратора соединен с зк дом схемы задержки. Модулятор АИМ п образует сигнал в равномерную после довательность импульсов. Этот сигна поступае,т на амплитудный селектор Импульсы, превысившие порог селекции (среднее значение сигнала), воз действуют на одновибратор, который и формирует стандартные импульсы, Эти импульсы поступают на схему со впадения и линии задержки. На выход схемы совпадения сигнал появляется только при одновременном появлении импульса одновибратора и дифференцирующей цепи линии задержки. Общее количество импульсов подсчитыва счетчики. Устройство вычисляет корр ляционную функцию случайного процес са. При измерении коэффициента затухания случайного процесса осущест вляют аппроксимацию корреляционной функции математическим выражением, из которого определяют коэффициент затухания 23, PJНедостатки указанного устройства низкая точность и невозможность измарения коэффициента затухания случайных процессов в реальном масштабе времени. Это связано с необходимостью при измерении коэффициен-та затухания случайных процессов предварительного измерения корреляционных функций, их усреднения и измерения коэффициентов затухания исследуемого процесса, по графикам. Цель изобретения - повышение точности определения.коэффициента затухания. Указанная цель достигается тем, что в устройство для определения коэффициента затухания узкополосного случайного процесса, содержащее одновибратор/ выход которого соединен с информационным входом счетчика, введены ключ, генератор тактовых импульсов, первый и второй интеграторы, фазовйй детектор, усилитель-ограничитель, сумматор, квадратор, блок извле . чения квадратного корня, аналого-цифровой преобразователь и блок деления, первый вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а второй вход подключен к выходу счетчика, управляющий вход которого объединен с управляющим входом ключа и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, информационный вход ключа объединен с входом первого интегратора и является информационным входом устройства, а выход ключа через фазовый детектор подключен к первому входу усилителя-ограничителя, второй вход которого подключен к источнику постоянного напряжения, а выход соединен с входом одновибратора,первый и второй входысумматора подключены соответственно к выходам ключа и первого интегратора, а выход сумматора через последовательно соединенные квадратор, второй интегратор и блок извлечения квадратного корня подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, прич выход блока деления является выходом устройства. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, на фиг. 2 эпюры напряжения на выходах блоков. Устройство (фиг. 1) содержит Ключ 1, вход которого является .информационным входом устройства, а выход через фазовый детектор 2 подключен к первому входу усилителя-ограничителя 3, второй вход которого соединен с источником постоянного напряжения, а выход через одновибратор 4 подключен к информационному входу счетчика 5, выход которого соединен с первым входом блока б деления, выход которого является выходом устройства, выход генератора 7 тактовых импульсов соединен с управляющими входами ключа 1 и счетчика 5, первый вход сумматора 8 подключен к выходу ключа 1, а выход через квадратор 9, интегратор 10 и блок 11 извлечения квадрат ного корня подключен к входу аналог цифрового преобразователя 12, выход которого подключен к второму входу блока 6 1еления, Вход другого интегратора 13 соединен с информационн входом ключа 1, а выход - с вторым входом сумматора 8. Известно, что среднее число поло жительных выбросов случайной фазы узкополосного процесса в единицу времени равно Ы-Д. CD где ро - вторая производная корреляционной функции узкополосного процесса 3 . Для процессов корреляционной функцией видае cosut можно написать „ Подставив (2) в (.1) , получают otCSx Ь ДЧо Г Следовательно, коэффициент затухания определяют по формуле 2ffлfaNtl.ol Устройство работает следующим образом. Случайный узкополосный процесс в виде электрического сигнала посту пает через ключ 1 на вход фазового детектора 2, который выделяет напря жение, пропорциональное случайной фазе узкополосного сигнала. Напряжение с фазового детектора 2 в виде пилообразных импульсов подается на вход усилителя-ограничителя 3. Фазо вый детектор 2 состоит из последова тельно соединенных дифференцирующей цепочки, усилителя и генератора пил образного напряжения. На фиг. 2Ь представлена последовательность коротких импульсов, которую получают с выхода усилителя, входящего в состав фазового детекто ра 2. Эти импульсы используются для запуска генератора пилообразного напряжения, при этом генерация пил срывается следующим импульсом. На фиг. 2 приведено пилообразн .напряжение с выхода фазового детектора, соответствующее величине случайной фазы анализируемого процесса Усилитель-ограничитель 3 состоит из последовательно соединенных усилителя и схемы сравнения амплитуд, на второй вход которой подается пороговое напряжение VQ . Второй вход схемы сравнения амплитуд, входящей в состав усилителя-ограничителя J, одновременно является и его вторым входом. Напряжение V соответствует обратной величине от граничной частоты диапазона измерения. .С выхода усилителя-ограничителя 3 электрический сигнал подается на вход одновибратора 4, который формирует прямоугольные импульсы в моменты достижения пилообразными импульсами максимумов. Счетчик 5 подсчитывает число пилообразных импульсов за время действия разрешающего напряжения от генератора 7 тактовых импульсов. В сумматоре 8 происходит центрирование электрического сигнала, прошедшего ключ 1. На второй вход сумматора 8 подается сигнал с выхода второго интегратора 13, который является текущим средним процесса. С выхода сумматора 8 центрирован ный сигнал, прошедший ключ 1, квадрач-; тируется квадратором 9, затем интегрируется первым интегратором 10. Сигналы с выхода первого интегратора 10 подаются на вход блока 11 извлечения квадратного корня, где и измеряется среднеквадратичное значение процесса. Затем электрический сигнал с выхода блока 11 извлечения квадратного корня подается на вход аналого-цифрового ч. i преобразователя 12, где преобразуется в цифровой код. На первый вход блока 6 деления поддается число с выхода счетчика 5, которое соответствует среднему числу по ложительных выбросов случайной фазы у узкополосного процесса в единицу времени . На второй вход блока б деления подается код, пропорциональный средне квадратичному значению исследуемого случайного процесса. Соответственно, на выходе блока 6 деления получают коэффициент затухания этого процесса. единичные интервалы времени формируются в генераторе 7 тактовых импульсов, который выполнен в виде мультивибратора. Проведенные сравнительные испытания Макетного образ-ца, по изобретению и базового устройства, в качестве ко торого выбран прототип показали, чтеГ за счет исключения аппроксимации косвенных результатов точность измерения коэффициента затухания для широкополосного класса случайных процессов повысилась на 15%, при этом результаты измерений жестко привязаны к текущему времени, испытаний. Предлагаемое устройство также можно включать в контур управления, что позволяет обеспечить автоматическую защиту от разрушения при возникновении аварийных ситуаций, связанных с возникновением различных мощных

узкополооных составляющих в исследуемых процессах.

Положительный эффект заключается в прямом измерении коэффициента затухания, что существенно упрощает процесс измерения, так как при этом не требуется получение корреляционных функций и т.п.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАТУХАНИЯ УЗКОПОЛОСНОГО СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащее одновибратор, выход которого соединен.с информационным входом счетчика, о тл и чающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены ключ, генератор тактовых импульсов, Первый и второй интеграторы, фазовый детектор, усилитель-ограничитель, сумматор, квадратор, блок извлечения ква:дратного корня, аналого-цифровой преобразователь и блок деления, первый вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а второй вход - к выходу счетчика, управляющий вход которого объединен с управляющим входом ключа и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, информационнь1й вход ключа объединен С входом Первого интегратора и является информационным входом устройства, а выход ключа через фазовый детектор подключен к первому входу усилителя-ограничителя, второй вход которого подключен к источнику постоянного напряжения, а выход сое- Q динен с входом одновибратора, первый s и второй входы суь алатора подключены (Л соответственно к выходам ключа и nepi вого интегратора, а выход сумматора через последовательно соединенные квадратор, второй интегратор и блок извлечения квадратного корня подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, причем выход блока деления является выходом устройства.

fZ

11

Фиг. 1

а

МЛ.лулуЧл /у,,

2

V4 /A /-/rv

II IIIIIIIIIIIIIIIIHIIII

Фиг г