Вероятностный интегратор Советский патент 1986 года по МПК G06F7/70 

Изобретение относится к области измерений, контроля и управления и может найти применение в информационно-измерительной технике, радиотехнике и приборостроении.

Цель изобретения - увеличение точности измерения.

На фиг.1 представлена структурная схема вероятностного интегратора; на фиг.2 - схема арифметического блока; на фиг.З - схема блока масштабирования.

Вероятностный интегратор (фиг.1) содержит схему 1 сравнения, блок 2 усреднения j блок 3 масштабирования, блок 4 усреднения, блок 5 умножения арифметический блок 6, генератор 7 шума и блок 8 хранения диапазона измерения.

Арифметический блок 6 (фиг.2) содержит первый 9 и второй 10 регистры задание констант, сумматор 11, умножитель 12 и узел I3 выделения модуля.

Блок 3 масштабирования (фиг.З) содержит регистры 14 и 15 задания констант, делитель 16, сумматор 17 и умножитель 18.

В интеграторе осуществляется коррекция диапазона & в соответствии с ожидаемым разбросом значений сигнала, причем таким образом, чтобы свести к минимуму потери в точности интегрирования..

Принцип коррекции д основывается на следующем. Первой составляющей погрешности интегрирования является погрешность дискретизации. Поскольку погрешность дискретизации пропорциональна ширине диапазона & , то для уменьшения зтой составляющей необходимо уменьшение диапазона д . Однако если измеряемый сигнал смещен относительно середины диапазона д , это вызывает смещение и в оценке его интегрального значения, причем величина смещения тем больше,.чем меньше 4 Поэтому с учетом обоих факторов для заданного отклонения IS I среднего зн значения сигнала относительно центра диапазона д можно задать наилучшее (в смысле погрешности измерения) оптимальное значение л

ОПГ

ширины диапазона л .

Эмпирическая зависимость между оптимальной шириной Ajjf. и отклонением ISf получена экспериментальным путем

( результаты приведены на фиг.2) и описывается регрессионной формулой:

л 3,33 + 2,08 ISI.

Если считать, что вспомогательный сигнал имеет диапазон изменения

- т.е. центрирован, то

среднее значение измеряемого сигнала S совпадает с отклонением относительно середины диапазона О, т.е.

S ( ) А- л/2 (i;/f, - - 0,5) л ,

где fp - время превышения вспомогательного сигнала измеряемым; t - время измерения. Поскольку в предлагаемом устройстве д меняется, то в нем используется два блока усреднения. В первом блоке усреднения с постоянной времени t, , малой по сравнению со скоростью адаптации 4 , осуществляется текущая оценка среднего значения сигнала

1

S, ---- i dt Ч о

относительно некоторого короткого интервала f .

Во втором блоке усреднения осуествляется усреднение оценки S, полученной на выходе первого блока усреднения, относительно всего интервала интегрирования i

- - - S

1 J t

dt .

40 Интегратор работает следуюш 1м образом.

45

50

На один из входов схемы 1 сравнения, являющийся входом устройства, поступает измеряемый сигнал 2 , на другой вход которого поступает напряжение с выхода блока 5 умножения, равномерно распределенное в диапаГ л л 1

зоне

л л 1

о которого

задается с выхода блока В. Выходное значение блока 5 j равно

U.

55 где и - оптимальное значение диапазона;Q. - равномерно распределенная

случайная величина в диапа

3

j

2

J.

поступающая на соответствующий вход блока 5 умножения с выхода генератора 7 шума.

Схема I сравнения выполняет следующую логическую операцию

а

где X. - двухуровневый логический cifr- нап с выхода схемы 1 сравнения, принимающий уровень логических 1 и О соответственно.

Логический сигнал 5С с выхода схемы 1 сравнения поступает на вход блока 2 усреднения, работающего по принципу усредняющего звена с постоянной времени i

,

Ц

вы

-i- t

г t 1

А dt.

Время L определяет длину скользящего интервала усреднения измеряемого сигнала при условии, что 4 на этом интервале остается практически неизменным, Значение с выхода блока 2 усреднения поступает на вход блока 3 масщтабирования, в котором осуществляется масштабирование усредненного на интервале i ла в соответствии с &

значения сигна3 (

6Hv,- где .

/и.

,Г о,5)а

3 г

г максимальное значение напряжения, которое может быть на выходе блока 2 усреднения.

Напряжение с выхода блока 3 масштабирования поступает на вход блока 4 усреднения, где осуществляется усреднение значения сигнала, полученного для оптимизации д , со значениями, накопленными в предыдущие моменты времени. .

-, -V1

.«.,

где - время усреднения, равное всему времени работы устройства. Напряжение с выхода блока 4 усред

нения поступает на вход арифмети242941 .4

ческого блока 6, напряжение с выхода которого равно

и«ы., 3,33 2,08 IU,,J 3,33 + 2,08 tSt.

Выходное напряжение узла вьщеле- ния модуля равно

I S I. .

10

15

25

30

ивы., IU,,J

20

Первый регистр 9 хранит значение, равное постоянному множителю 2,08. Выходное напряжение умножителя I2 равно

.ьи,, V,, .2.08 2,08 (SI.

Второй.регистр 10 хранит постоянное значение одного из слагаемых, равное 3,33; Выходное значение сумматора 11 равно

«.., О.ы.,/ 3,33 3,334-2,08 ISL

Выходное напряжение арифметического блока 6 равное оптимизированному значению диапазона вспомогательного случайного равномерно распределенного процесса, поступает на вход блока 8 хранения и в дальнейшем уже используется для измерения входного сигнала .

В момент включения интегратора в блоке 8 хранения диапазона измерения заносится начальное значение (возможно максимальное) л. Благодаря обратной связи между сигналами . ил 35 значение последнего адаптируется к значению измеряемого сигнала.

Формул

изобретения

1. Вероятностный интегратор, содер- жащий схему сравнения, первый вход которой является входом интегратора, второй вход соединен с выходом блока умножения, первый вход которого подключен к выходу генератора шума, а а выход схемы сравнения через первый блок усреднения соединен с первым информационным входом блока масштабирования, второй информационный вход

которого объединен с вторым входом блока умножения и подключен к выходу блока хранения диапазона измерения, вход установки начального значения диапазона которого является устано г

вочным входом интегратора, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности, он содержит второй блок усреднения, вход которого

соединен с выходом блока масштабирования, а выход является выходом ин- тегратора, арифметический блок,состоящий из первого и второго регистров задания констант, сумматора, умножителя и узла выделения модуля, вход которого соединен с выходом второго блока усреднения, а выход подключен к первому входу умножителя, второй вход которого соединен с выходом первого регистра задания констант, а выход умножителя подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго регистра задания констант, а выход сумматора подключенк информационномувходу блока хранениядиапазона измерения.

фиг. 2

2. Интегратор по п. 1, о т л и- чающийся тем, что блок масштабирования содержит первьш и вто- 5 рой регистры задания констант, сумматор, умножитель и делитель, первый вход которого является первым информационным входом блока, второй вход соединен с выходом первого регистра, а выход делителя подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго регистра, а выход сумматора соединен с первым входом умножителя, 15 второй вход и выход которого являются соответсвенно .вторым инфор- мационньпч входом и выходом блока .

10

Изобретение относится к области, измерений, контроля и управления и может найти применение во всех отраслях науки и техники, где требуется производить измерение сигналов методом статистических испытаний. Цель изобретения - увеличение точности измерения. Поставленная цель достигается включением в устройство блоков,, осуществляющих адаптацию диапазона генерации вспомогательного равномерно распределенного сигнала по степени его .отклонения от середины диапазона. Новизна предлагаемого вероятностного интегратора заключается в том, что в него включены второй блок усреднения и ари4 1етический блок, задающий по отклонению сигнала от середины диапазона оптимальную ширину последнего. Кроме того, для решения поставленной задачи характерны функциональные вьтолнения арифметического блока и блока масштабирования.- Г з.п. ф-лы, 3 Ш1. Ф (Л to 4; 1C со 4i