Устройство для цифрового определения средних значений сигналов Советский патент 1984 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано для измерения и оперативного контроля текущих средних зн чений сигналов. Известно устройство для измерени средних значений сигналов, содержащее усилитель, соединенный с одним из входов первой схемы сравнения, второй вход которой связан с генера тором вспомогательных случайных импульсов, а выход подключен к логической схеме ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИЛИ, свя занной с входами реверсивного счетчика, генератор стробирукяцих импуль сов, подключенный к управляющему входу первой схемы сравнения, втору схему сравнения, связанный с реверсивным счетчиком цифро-аналоговый преобразователь, соединенный с второй схемой сравнения, второй вход которой подключен к генератору вспо могательных случайных импульсов, а выход связан с логической схемой ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИЛИ СП. , Это устройство не позволяет достичь высокой точности измерения , вследствие приближенности алгоритма сглаживания, так как в нем измерени средних сигналов производится как измерение вероятности непревышения заданного случайного сигнала с равHCwepHbM распределением напряжения входного сигнала. Известен также измеритель .средних значений нестационарных.случайных процессов, содержащий счетноимпульсный модулятор, первый счетчик, блок элементов И, первый элемент И, одновибратор, генератор импульсов, делитель частоты, причем вход счетно-импульсного модулятора, является входом устройства, выход генератора импульсов подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом счетно-импульсного модулятора и входу делителя частоты, выход которого подключен к входу одновибратора, выход которого соеда нен с вторым входом первого элемента И, входом установки в нуль первого счетчика и управляющими входами блока элементов И, вход которого подключен,к выходу первого счетчика, вход которого соединен с выходом счетно-импульсного модулятора, блок регистрации., вход которогп подклю«сен к выходу элементов И 2 3. В данном измерителе реализуется цифровой аналог интегрального оператора текущего сглаживания без его упрощения или аппроксимации. Недостатком этого измерителя является ограниченная точность измерения текущих средних значений сигналов. Погрещность измерения текущих средних значений сигнапов зависит от длительности интервала сглаживания 1(д . Например, при определении среднего значения нестационарного случайного процесса x{t) выражение для погрешности измерения имеет вид: . « гясхл мк. f I где6„ - максимальное среднеквадратическое отклонение случаи ной функции x(t) в интервале Т, «ГА . Млх максимальный интервал корреляции на участке сглаживания/m(ty -максимальное значение модуля второй прсдазводной от математического ожидания случайной функции x(t) на участке Tg. В известном измерителе длительность интервала сглаживания Т,|.д постоянна, так как зависит только от достоянной частоты генератора импульсов и постоянного коэффициента деения делителя Частоты. Следовательно, эта длительность Т не связана с текущими характеристиками сигнала и не может в процессе измерения изменяться в соответствии с ними. Недостатком известного измерителя является также невозможность непрерывного получения текущих средних сигналов в произвольные моменты интервала сглаживания для оперативного контроля исследуемого процесса . Цель изобретения - повышение точности измерения текущих средних значений сигналов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее счетно-импульсный модулятор, йервьй счетчик, вход которого подключен к выходу счетно-импульсного модулятора, вход которого является входом устройства, делитель частоты, первый элемент И, генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу счетно-импульсного модулятора и к входу установки в нуль делителя частоты, блок элементов И, блок регистрации, вход которого соединен с выходом блока элементов И, введены элемент задержки,, преобразователь код - число импульсов, второй счетчик, третий счетчик, триггер, блок определения минимальных импульсных значений, блок определения максимальных значений, входы блока определения максимальных значений и блока определения минимальных значений соединены с входом устройства, выход блока минимальных значений подключен с ответственно к первому входу триггера, вкЪду установки в нуль первого счетчик и входу установки в нуль второго счетчика, вход которого соединен с входом делителя частоты, выход блока определения максимальных значений подключен к второму входу триггера и управляющим входам блока элементов И, входы которого подключены к инфор мационным входам третьего счетчика, вход которого соединен с выходом делителя частоты,выход триггера подключен к второму входу первого эле-; мента И,выход которого соединен соответственно с входами установки в нуль делителя частоты и третьего счетчи ка, а также с входом второго счетчщка и входом элемента задержки, выхбд которого подключен к управляющему .входу преобразователя код - число им пульсов, вход которого соединен с вы ходом первого счетчика. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит счетно-импульньй модулятор 1, первый счетчик 2, , генератор 3 импульсов, первый элемент 4, элемент 5 задержки, преобразователь 6 код - число импульсов, второй счетчик 7, делитель 8 частоты третий счетчик 9, блок 10 элементов И, блок 11 регистрации. Схема 8 опре деления времени сглаживания содер- 10 4 жит, например, блок 12 определения минимальных значений, блок 13 определения максималы1ых значейий и Tpjirгер 14. Устройство работает следующим образом . Текущее среднее значение сигнала x(t) определяется методом сглаживания с помощью цифрового аналога интегрального оператора текущего сглаживания . Интервал сглаживания Т,;рд разбивается на. я интервалов опроса и алгоритм вьиисления среднего значения, соответствующий интегральному оператору текущего сглаживания, имеет вид: Длительность интервала сглаживания определяется текущими характеристиками сигнала и выбирается равной, например, промежуткам времени между моментами достижения минимума и мрментами достижения максимума сигнала. Среднее значение сигнала на интервале сглаживания измеряется методом дискретных выборок, число которых переменно и равно К q+l, где К - содержимое второго счетчика 7. При достижении сигналом x(t) ми1шмального значения блок 12 вьщает импульс начала сглаживания, который поступает на входы установки нуля первого счетчика 2 и второго счетчика 7 и сбрасывает их в нулевое состояние. Одновременно импульс начала сглаживания подается на вход триггера 14 и устанавливает его в оакое состояние, когда первый элемент И открывается. При этом импульсы с генератора импульсов 3 начинают поступать на счетно-импульсный модулятор 1, элемент 5 задержки, второй счетчик 7 импульсов, делитель 8 частоты и третий счетчик 9. В момент появления каждого импульса-выборки на управляющем входе модулятора 1 напряжение исследуемого сигнала x(t) преобразуется в пропорциональное число импульсов, которые проходят в первый счетчик 2, накапливающий их. Одновременно каждый импульс-выборка, попав на входы установки нуля делителя 8 частоты и счетчика 9, сбрасывает их в нулевое сое1тояние, а, попав на вход счетчика 7 подсчитывается им. В результате этого в счетчике 7 накапливается число импульсов-выборок К и на его выходе образуется код, определяющий коэффициент деления делителя 8 частоты с управляемым коэффициентом деления. Импульсы-выборки, задержанные элементом 5 задержки на время преоб разования сигнала x(t) в модуляторе 1, запускают преобразователь 6 код число импульсов. Преобразователь 6 преобразует код числа, накопленного в счетчике 2, в пропорциональное число импульсов, которое делится делителем частоты в К раз и фиксиру ется счетчиком 9. Такиг образом, после прохождения первого импульса-вьйорки, когда К 1 и коэффициент деления делител частоты равен единице, содержимое счетчика 9 пропорционально .x(t + iT.,), после прохождения второго импульсавыборки пропорционально. : x(t)H-x(t+To) 1 x(t + iT) 21 + 1 а после прохождения (q+1)-r6 импуль са-выборки пропорционально x(t)+x(t+T ) + . ..+x() -п- q+1 Следовательно, содержимое счётчи ка 9 в любой момент интервала сглаживания пропорционально среднему зн чению исследуемого сигнала x(t) за прошедшую часть этого интервала. При достижении сигналом x(t) мак симального значения блок 13 определ ния моментов максимума вьщает импул конца сглаживания, который через 4 триггер 14 запрещает прохождение импульсои-выборок через элемент 4 и тем самым завершает цикл усреднения сигнала x(t) . Одновременно импульС конца сглаживания запускает блок 10 и среднее за время сглаживания значение сигнала x.(t) фиксируется в блоке 11. Использование схемы определения времени сглаживания, элемента задержки, преобразователя код - число импульсов, второго Счетчика, делителя частоты с управляемым коэффициентом деления и третьего счетчика выгодно отличает предлагаемое устройство от указанного прототипа, являющегося базовым объектом. Предлагаемое устройство позволяет усреднить сигнал на интервале сглаживания с переменной длительностью, определяемой по текущим.характеристикам счетчика, и, следовательно, повьниает точность измерения текущих средних значений. Так, например, при измерении смещенного синусогадального сигнала x(t) X sinujt устройство обеспечивает определение среднего значения Хр без методической погрешности при минимальном времени сглаживания сг/Г 1 Методическая погрешность базового объекта с постоянным временем сглаживания, не связаннь с текущими характеристиками сигнала, в этом случае может достигать величины 4 s-Xj, (еСли границы интервала сглаживания совпадают с фазой сигнала О и 180). Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает возможность получения текущих средних значений сигнала в любые произвольные моменты интервала сглаживания. Это увеличи- . сферу применения устройства и устраняет необходимость разработки ряда точных цифровых измерителей средних значений сигнала для измерительных систем, систем автоматического контроляи систем технической диагностики.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНИХ ЗНАЧЕНИЙ СИГНАЛОВ, содержащее преобразоват ель напряжения в код, первый счетчик, вход которого подключен к выходу счетно-импульсного модулятора,вход которого является входом устройства, делитель частоты, первый элемент И, генератор импульсов, выход которого соединен с первь1М входом первого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу преобразователя напряжения в код и к входу установки в нуль делителя частоты, блок элементов И, блок регистрации, вход которого соединен с выходом блока элементов И, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены элемент задержки, преобразователь код - число и 1пульсов, второй и третий счетчики, триггер, блок определения минимальньк значений, блок определения максимальных значений, входы блоков определения максимальных значений и блока определения минимальных значений соединены с входом устройства, выход блока минимальных значений подключен, к первому входу триггера, входу установки в нуль первого счетчика и входу установки в нуль второго счетчика, выход которого соединен с первым входом делителя частоты, выход блока определения максимальных значений подключен к второму входу триггера и управляющему входу блока элементов И, входы KOToporcS подключены к инфор(Л мационным выходам третьего счетчика, вход которого соединен с выходом делителя частоты, выход триггера подкл1рчен к второму входу первого элемента И, выход которого соединен с входами установки в нуль делителя частоты, и третьего счетчика, а также б входом установки в ноль 00 второго счетчика и входом элемента задержки, выход которого подключен со к управляющему входу преобразоваел теля код-число импульсов, и уформаэо ционный вход которого соединен с 4ik ВЫХОДОМ первого счетчика, выход преобразователя код-число импульсов подключен к второму входу делителя частоты.