Устройство для измерения плотности распределения экстремумов Советский патент 1984 года по МПК G06F17/18 

fП Изобретение относится к статичес кому анализу и может быть исполйзовано в информационно-измерительных системах оперативной переработки информации при создании измерительн вычислительных комплексов для проведения вибрационных испытаний динамических объектов, для обработки в системах проводной и радиотеле метрии с аналоговым представлением сигналов, а также в ряде других областей информационно-измерительной и контрольной техники. Известен статический анализатор содержащий сравнивающее устройство реверсивный счетчик, преобразователь код - аналог, потенциальные и импульсные схемь совпадения, линии задержки, ждупще мультивибраторы,, триггер, собирательную схему, дешифратор, канальные совпадения, переключатель, линейные инди каторные приборы, предназначенный для определения - функций распределения экстремумов случайных процессов tl . В данном анализаторе дрейф и гистерезЕ1с уровней срабатывания нуль-органа следящего преобразователя аналог код определяют стабильностью ширины дифференциальных коридоров и тем самым ограничивают достижимую точность анализа. Наиболее близким к изобретению является статический анализатор, .содержащий преобразователь напряжение - число импульсов, двоичньш счетчик, линию задержки, ключи пере писи кода, запоминающий регистр, преобразователь код - аналог, дифференцирующий блок, триггер, дешифратор, канальные схемы И, регистра тор. В указанном анализаторе выделение экстремумов основано на реализации алгоритма: аналого-цифровое преобразование сигнала, цифроаналоговое преобразование 5 аналоговое дифференцирование ступенчато-квантованной кривой 2. Поскольку в устройстве осутдествляется равномерная дискретизация сигнала по времени, то по уровню квантование оказывается неравномер ным. При этом самые малые значения имеют уровни квантования как раз гз области экстремума (вблизи экстрему мов скорость изменения сигнала наименьшая) . В результате при реализации метода дифференцирования нерав мерно-кваитованной ступек:.,. ой кривой )зозможны сбои (за счет .чонечной чувствкте.л.ыюсти дифференциатора и подверженности его действию помех), т.е. погрешности как по амплитуде, так и -по ко тенту по.чвления экстремума. Кроме того, S известном анализаторе при воздействии гюмек ргмеет место эффект возникновения ложных экстремумов, т.е. фиксация в регистраторе значений сигнала в моменты времени, когда реа.льные экстремумы отсутствуют, что искажает искомую плотность распределения. Цель изобретения - повышения точности измерения. Поставленная цель 1;остигается TGMs что в устройст.во ДЛЯ из; ерения плотности распределения зкстрамумов, содержащее триггер счетчик, .перзьй регистр., дешифратор, блок элементен И, регистратор, вход которого соединен с зьиодом блока элементов И, первый вход которого подключен к дешифратора, введены первьй и второй формирователи импульсов, второй регистр, блок вычитания., компаратор, генератор импульсов,, делите.пь частоты, ин:тегратор,;. злсмснт И, элемент ИЛИ, первый и второй б..аоки сравнения,. первые вкоды котортж объегдинены и являются входами устройстза, вторые входы блоков сравнения подключены к выходу интегратора, вход которого соединен- с выходом триггера, с nepBHivj входом элемента РШИ, входом записи второго регистраS входом первого ч ормирозателя импульсов и счетным .входом счетчика,; В.ЬР:ОД которого соадинен с вторьм входом блока элементов И, третий вход которого подключен к выходу второго формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом компаратора,, вход которого подключен к выходу блока вычитания 5 первый и второй входы которого соединены соответственно с .выходами первого второго регистров, выход второго регистра подключен к информагщонному входу первого ре.гистра и к входу дешифратора,, вход записи первого регистра соединен с зыкодом второго блока сравнения, выход первого блока сравнения подключен к второму входу элемента KIM о выход которого соединен с первь м входом элемента И, второй вход элемента И подключен к выходу генератора импульсов, соединенному с входом делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом триггера, выход элемента И подключен к информационному входу второго регистра, вход установки в нуль которого соединен с выходом первого формирователя импульсов. Устройство реализует метод численного дифференцирования, при котором необходимо определять конечные разности, пропорциональные значениям первой производной сигнала X(ti-)(tj- -1J f xj xU)I / d , 1-4-1 где x,(-t) - исследуемый электрический сигнал; t- - моменты отсчета. При лt const сЗ x(t) , т.е выделение экстремального значения основано на реализации первого достаточного условия существования экстремума функции x(y) extrx(t)/i ti если si nlxCtj+T )-x(t)(t;) - x(ti, )-Ь(2) образом, суждение о прохождении сигнала через экстремум формируется при смене знака текущей конечной разности. На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Устройство содержит схемы 1 и 2 сравнения, интегратор 3, триггер 4 делитель 5 частоты, генератор 6 импульсов, элемент ИЛИ 7, элемент ИЗ, регистры 9 и 10, блок 11 вычитания, компаратор 12, формирователь 13 импульсов, блок элементов И 14, дешифратор 15, регистратор 16 5 формирователь 17 импульсов, счетчик 18. Выход генератора 6 импульсов подсоединен к элементу И 8 и через делитель 5 частоты - к триггеру 4, выход которого подключен непосредственно к интегратору 3, счетчику 18, одному входу элемен- та ИЛИ 7, первому управляющему вхо ду регистра 9 и через формирователь 1/ импульсов - к установочном входу регистра 9. Выход интегратор соединен с одними входами схем 1 и сравнения, другими входами подключ ными к источнику исследуемого сигн ла. Выход схемы 1 сравнения соедин с другим Бхсдом элемента ИЛИ, выход которой через элемент И подсоединен к информационному входу регистра 9, а выход схемы 2 сравнения соединен с входом записи регистра 10. Выходы регистра 9 .подключены к информационным входам регистра 10, входам дешифратора 15 и одним входам блока 11 вычитания, другие входы которого соединены с выходами регистра 10. Выходы дешифратора подключены к информационным входам блока элементов И 14, одна группа управляющих входов которого соединена с выходом счетчика, другая группа управляющих входов соединена с выходом формирователя 13 импульсов, а выходы блока злекектов И подключены к регистратору 16. Выходы блока вычитания соединены с компаратором 12. выход которого подключен к формирователю 13 иг-шульсов, Устройство функционирует следующим образом. Напряжение реализации исследуемого электрического сигнала x(t) (фиг. 2а) поступает на входы схем 1 и 2 сравнения, на вторые входы которых подается треугольное напряжение (фиг. 2с) J снимаемое с интегратора 3. Это треугольное напряжение получается путем интегрирования прямоугольных импульсов, вырабатываемых триггером 4 (фиг. 25), которьн, в свою очередь, управляется через делитель 5 частоты от генератора 6 импульсов. Рассмотрим работу схемы, начиная с момента времени t (фиг. ) . Положительный фронт прямоугольного импульса с триггера 4 воздействует на интегратор , KOTOpbtfi начинает формировать ветвь треугольного напряжения с положительным наклоном. При этом положительным потенциалом прямоугольного импульса триггера, прошедшим через элемент ИЛИ 7, открывается элемент И 8, которь:; обеспечивает прохождение импульсов заполнения зс(п ° генератора 6 на регистр 9. Последний работает в режиме накопления (суммирования) импульсов. При достижении треугольным напряжением х значения входного сигнала x(t) в момент времени t. в регистре 9 накопится число N9() f5дп , пропорциональное значению сигнала X(t, )K-(t,-t,)K.,N;, где К - коэффициент преобразования (,-fпостоянньй коэффициент. т, в момент равенства напряжения вход го сигнала x(t) и напряжения интег тора Xj (т.е. в момент t) схема 2 сравнения вырабатывает импульс (фиг. 2в), которьй обеспечивает перепись значения кода Ng из регис ра 9 в буферный регистр 10, после чего регистр 9 продолжает накопление импульсов до окончания положительной йетви треугольного напряжения, т.е. до момента t . В момен времени t на выходе триггера 4 формируется отрицательный фронт, при этом регистр 9 переключается в режим вычитания, а элемент И открыт за счет положительного потенциала схемы 1 сравнения, так как 3.,x(t) . Следовательно, в промежуток времени от момента t до момен та равенства треугольного и входно го напряжений (t), регистр 9 вычи тает импульсы (фиг. 23). Как только треугольное напряжение становится меньше входного, схема 1 сравнения переводится в состояние, при котором элемент И 8 закрывается. Совершенно очевидно, что остав raeeqa значение кода регистра 9 (N ) пропорционально значению входного напряжения в момент t -, т.е. x(tj)KQNy . Значение кодов NQ, хранящееся в рассматриваемый момент в регистре, и Ng, хранящееся в регистре, поступают на блок 1 вычитания, который осуществляет определение их разности i N Ng-NQ, Пропорциональной первой конечной разности сигнала, т.е. . Полученная разность анализируется компаратором 12. Если исследуемый сигнал монотонне возрастает, то асегда выпол-няется условие , если убывает то наоборот - . При изменении знака разности с + на - исследуемьш сигнал переходит через максимум и компаратор формирует логический перепад напряжения из единицы в нуль, при изменении знака разности с - на + сигнал переходит через минимум и компаратор формирует логический перепад из нуля в единицу. По этим ..ерепадам напряжения формирователь 13 импульсов вырабатывает сигналы в моменты -max win о орыми открывается блок элементов И 14. При этом коды экстремальных значений N(,,) или N(t.), которые хранятся в указанные моменты в регистре 9, сортируются дешифратором 15 по каналам и записываются в регистратор 16. С началом каясдого положительного полупериода импульса триггера запускается формирователь 17 импульсов, который вырабатывает сигнал установки регистра 9 в нулевое состояние, после чего цикл измерений текущей конечной разности повторяется и т.д. Количество периодов прямоугольных импульсов, вырабатываемых триггером, подсчитывается счетчиком 18. При наборе заданного объекта статистики сигналом переполнения счетчика 18 блок элементов И 14 закрывается и анализ на этом заканчивается. Перед началом измерения необходимо осуществить установку схемы в исходное состояние. Для этого регистры 9 и 10, счетчик 18, а также регистратор 16 обнуляются (с целью упрощения чертежа цепи установки исходного состояния на схеме условно не показаны). В результате анализа в многоканальном регистраторе 16 накапливается информация о плотности распределения . максимумов У(,), минимумов W(Xj) либо их совместное распределение W(xn,e.xp х„.). Таким образом, использование для ьщеления экстремумов случайного проесса метода численного дифференциования, при котором осуществляется равнение значений, представленных одами, позволяет исключить эффект озникновения ложных экстремумов, начительно повысить надежность и очность определения реальных экстреальных значений и, следовательно. ОЧНОСТЬ измерения плотности распрееления экстремумов. Заданная допусимая погрешность анализа обеспечиается соответствующим выбором отноения tacTOT треугольного и входного апряжений (число отсчетов на период сследуемого сигнала).

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСТРЕМУМОВ, содержащее триггер, счетчик, первый регистр, дешифратор, блок элементов И, регистратор, вход которого соединен с выходом блока элементов И, первый вход которого подключен к выходу дешифратора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введеныпервый и второй формирователи импульсов, второй регистр, блок вычитания, компаратор, генератор импульсов, делитель частоты, интегратор, элемент И, элемент ИЛИ, первый и второй блоки сравнения, первые входы которых объединены и являются входами устройства, вторые входы блоков сравнения подключены к выходу интегратора, вход которого соединен с выходом триггера, с первым входом элемента ИЛИ, входом записи второго регистра, входом первого формирователя импульсов и счетным входом счетчика, выход которого соединен с вторым входом блока элементов И, третий вход которого подключен к выходу второго формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом компараторя, вход которого подключен к выходу блока вычитания, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго регистров, выход второго регистра подключен к информационному входу первого регистра и к входу дешифрато(Л ра, вход записи первого регистра соединен с выходом второго блока сравнения, выход первого блока сравнения подклчюен к второму входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход элемента И подключен к выходу .генератора импульсов, соединенному с входом делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом СХ) триггера, выход элемента И подключен к информационному входу второго регистра, вход установки в нуль которого соединен с выходом первого формирователя импульсов.