Устройство для определения статических моментов Советский патент 1979 года по МПК G06G7/52 

I

Изобретение относится к области определения комплексных математических характеристиками может быть использовано для широкого круга задач исследования нестационарных случайных процессов, в частности , в измерительной технике.

Известны устройства для определения статистических моментов случайных процессов, но такие устройства не обеспечивают высокой точности вычисления моментов высоких порядков 1},2 .

Из известных устройстЬ, определяющих статистические момэйты наиболее близким по технической сущности является вычислитель моментов, содержащий масштабный усилитель, первый вход которого соединен с первым выходом автоматического регулятора масштабов, второй выход которого через блок перекгаочения переходных процессов подключен кпервым входам соот ветствующих усредняющих усилителей, выходы которых являются соответствующими выходами устройства, при этом выход первого усредняющего усилителя соединен со

ВХОДОМ автоматического регулятора масштабов, второй вход первого усредняющего усилителя подключен к выходу первого квадратора, к первому входу блока умножения и через второй квадратор - ко второму входу второго усредняющего усилителя, при этом выход блока умножения соединен со вторым входом третьего ус- редняющего. усилителя 2 .

В процессе измерения статистических моментов для уменьшения погрешности умножения квадрирования, коэффициент передачи масштабного усилителя изменяется так, чтобы величина сигнала на входах квадраторов и блока умножения находиsлась в заданном диапазоне. При этом погращность блока умножения, квадраторов и усредняющих усилителей можно сделать сколь угодно малыми и основной их вклад в погрешность измерения, статистических

0 моментов вносит масштабный усилитель. Кроме того, аддитивная погрешность масштабного усилителя воспринимается как нестационарность исследуемого процесса. Выходную величину устройства можно записать как: (X4.Ax)J где K(j - идеальное значение коэффициакта масштабного, усилителя, X г входная величина, ДХ - погрешность, приведенная ко входу масштабного усилителя. Или по каждому выходу устройства: (х.4Х)КоХ(1+.№) , у К (Х 2ХДХ + )К/х2(14-21 4б) , (х 4- ДХ ) (d+3fff3e., (. + . (l4&-f6& -b46 5), где & - аддитивная погрешность масштабного усилителя. Таким образом, погрешность масштабного усилителя полностью входит в резуль тат измерения и все более влияет на резупьтат измеретшя при возрастании номер ( I ) измеряемого момента ( у ), что значительно снижает точность измерения статистических моментов. Це,лью настоящего изобретения являет ся пов&1шение точности устройства изме ренця статистических моментов. Поставленная цель достигается тем, что в него введены входной и выходной переключатели, первый и второй инверторы и дополнительный усредняющий усй« -пцтель,, вход которого соединен с первым входом входного переключателя и является входом устройства, а выход дополни.тельного усредняющего усилителя через первый инвертор соединен со вторым входом входного й эр вкпючатёля выход кото рого соединен со вторым входом масштаб ного усилителя, выход которого подключен ко входу выходного переключателя, первыйвыход которого соединен со входо второго инвертора, выход которого соединен со вторым выходом выходного переключателя, со вторым входом четвертого усредняющего усилителя, со входом перво го квадратора и со вторым входом блока умножения. На чертеже представлена бпок.-схема устройства. Устройство содержит входной перёкл1о чатель 1, на вход которого подается входной сигнал непосредственно, а на вто Jroft вход - через последовательно соедин ные дополнительный усредняющий усилитель 2 и первый инвертор 3. Выход входного переключателя 1 подключен через масштабный усилитель 4 ко входу выходного переключателя 5, выходы которого один через второй инвертор 6, а другой непосредственно подключены ко входам усредняющего -усилителя 7, квадратора 8 и блока умножения 9. Выхол квадратора 8 подключен ко входам усредн$пощего усилителя 10, блока умножения 9 и квадратора 11, выход которого подключен ко.входу усредняющего усилителя 12. Выход блока 9 подключен ко входу усредняющего усилителя 13, а выход усредняющего усилителя 10 подключен ко входу автоматического регулятора масштабов 14, один выход которого подключен йа управляющий вход масштабного усилителя 4, а другой выход через блок кскгаЬчения переходного пропесса 15 подключен к управляющим входам усредняющих усилителей 7, 10, 12 и13. Работа устройства для определения статистических моментов осуществляется в два такта: в первом такте переключатели 1 и 5 стоят в Положении (а), при этом входной сигнал х проходит через переключатель 1 и масштабный усилитель 4 с коэффициентом передачи, приводится к диапазону, необходимому .для выполнения операций умножения и квадрирования с высокой точностью, далее проходит через переключатель 5 и усредняется в усредняющих усилителях 7, 10, 12,13, предварительно возведенный в степени с первой по четвертую с помощью квадраторов 8 и 11, а также блока умножения 9. Автоматический регулятор масштаба 14 позволяет поддерживать выходную величину масштабного усилителя 4 в требуемом диапазоне, а также увеличивает быстродействие устройства с помощью блока исключения переходного процесса 15, и при этом на выходах устройстЬва появляются вепичйнь ,) а на выходе инвертора 3 величина (-Х ). Во втором такте гтпереключатели ста-вятся в положение {Ъ} к при этом величина ( -X ) с выхода инвертора 3 проходит через масштабный усилитель 4, на выходе которого появляется величина ( + ДХ ),затем через инвертор 6, принимая значение { К X - ДХ),далее возводится в степень с первой по четвертую, с помощью квадраторов 8 и 11 и блока умножения 9, и усредняется в усредняющих усилителях 7, 10, 12, 13с уже имеющимися там величинами, то есть во втором такте на выходы устройства поступает величина у2« к„|х-дч)} а в результате усреднения с величиной, полученной в первом такте, на соответствующих Выходах устройства получим: )/2 -К,х , yW.y V K fuas), yNybyjV2-K x(), /( -Kjx(u iss-. zsM. Таким обраром, из уравнения преобразования исключаются все. нечетные степени аддитивной погрещности масштабного усилителя, то есть погрешность измерения ставится величиной второго порядка малости и растет значительно медленнее при увегшчении порядка измеряемого момента, а следовательно, точность измерения статистических моментов знпчительно возрас- тает. Применение новых элементов-переключателей, инверторов в усредняющего усили теля выгодно отличает предлагаемое устройство для определения статистических моментов от указанного прототипа, так ка уменьшается погрешность более чем до второго порядка малости, обусловленная аддитивной погрешностью масштабного усилителя, что увеличивает точность измерения статистических моментов и устраняет необходимость разработки измерителей статистических моментов, близким по метрологическим характеристикам к описанному измерителю. Формула изобретения Устройство для определения статистических моментов, содержащее масштабный усилитепь, первый вход которого cobnviнен с первым выходом автоматического регулятора масштабов, второй выход которого через блок исключения переходных процессов подключен к первым входам соответствующих усредняющих усилителей, выходы крторых являются срответствующрми выходами устройства, при этом выход первого усредняющего усилителя соединен со входом автоматического, регулятора масштабов, второй вход первого усредняющего усилителя подключен к выходу первого квадратора, к первому входу блока умножения и через второй квадратор - ко второму входу второго усредняющего усилителя, при этом выход блока умножения соединен со вторым входом третьего усредняющего усилителя, отличающееся тем, что. целью повышения точности устройства в него введены входной и выходной переключатели,, первый и второй инверторы и дополнительный усредН5Оощий усилитель, вход которого соединен :С первым входом входного переключателя и является входом устройства, а выход .дополнительного усредняющего усилителя через первый инвертор соединен со вторым входом входного переключателя, выход которого соединен со вторым входом масштабног усилителя, выход которого подключен ко входу выходного переключателя, первый выход которого соединен со вторым; выходом ВЫХОДНОГО переключатепя, со вторым входом четвертого усредняющего усилителя, со входом первого квадратора и со вторым входом блока умножения. Источники информашш, прин5ггые во нимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР, 475625,. «л. С 06 F 15/36, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР, 318ОЗЗ, кл. G. Об F- 15/36, 197О.