1
Цифровой измеритель суммы размахов разнополярных выбросов случайного процесса предназначен для использования в информационно-измерительной технике, в частности нри построении анализаторов параметров случайного процесса.
Известно аналоговое устройство для измерения экстремальных значений функций, содержащее суммирующие цепи и интеграторы 1.
Однако аналоговые устройства для измерения экстремальных значений функций обладает низкой точностью измерения.
Известно также цифровое следящее устройство, содержащее преобразователь входного сигнала в частотно-импульсный сигнал, частотный нуль-орган, счетчик импульсов, преобразователь кода во время-импульсный сигнал ,2.
Однако указанное устройство не обеспечивает достаточной точности при измерении экстремальных значений функций.
Целью предлагаемого цифрового измерителя суммы размахов разнополярных выбросов является повышение точности измерения.
Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель суммы размахов разнополярных выбросов случайного процесса, содержащий последовательно соединенные преобразователь аналогового случайного процесса во время-импульсный снгнал, частотный нуль-орган, счетчик импульсов, преобразователь кода во времяимпульсный сигнал, введены дополнительные счетчик импульсов, преобразователь кода во время-импульсный сигнал и блок вычитания .частот, первый и второй входы которого соединены с выходамн основного
и дополнительного преобразователей кода во время-импульсный сигнал, а выход блока вычитания частот подключен ко второму входу частотного нуль-органа, причем выход дополнительного счетчика импульсов
соединен со входом дополнительного преобразователя кода во время-импульсный сигнал, а вход дополнительного счетчика импульсов соединен со вторым выходом частотного нуль-органа.
На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового измерителя размаха разнонолярных выбросов случайного процесса; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов.
Цифровой измеритель суммы размахов разнополярных выбросов случайного процесса содержит преобразователь 1 аналогового случайного процесса во время-нмпульсный сигнал, частотный нуль-орган 2,
счетчик импульсов 3, преобразователь 4 кода во время-импульсный сигнал, счетчи к импульсов 5, преобразователь 6 кода во время-импульсный сигнал, блок 7 вычитания частот. Работа цифрового измерителя суммы размахов разнополярных выбросов случайного процесса заключается в следующем. Математическое ожидание стационарного случайного процесса определяется по следующей формуле где Хг - дискретные выборки случайного процесса x(t), а л - число выборок за время наблюдения. Выражение (1) можно распространить на случай определения математического ожидания размахов выбросов случайного стационарного процесса x(t), где Хр - размах выбросов, представляющих собой расстояние в единицах измерения величины x(t) меладу двумя соседними экстремумами функции x(t), причем Xp+i - размах между i-ым и ()-biM эстремумами при положительной производной функции x(t) в промежутке времени между этими экстремумами, Хр - при отрицательной производной x(t). Тогда -У J «+ Л Р-1 --ТГ- Р-ь р V (x,//.w), + где я+, пчисло размахов Хр . и Хр соответственно за время наблюдения случайного процесса x{t). Для определения математических ожиданий согласно выражениям (2, 3, 4) необходимо производить измерение всех размахов Xp+i и просуммировать их за время наблюдения x(t). Входной аналоговый сигнал а (фиг. 2) x(t} поступает на преобразователь 1 (фиг. 1), с выхода которого снимается время-импульсный сигнал, например частотноимпульсный сигнал Fx{t) с частотой импульсов, пропорциональной входному сигналу а x(t) (фиг. 2). Тогда преобразователи 4 и 6 преобразуют коды в частотноимпульсные сигналы FI и FZ соответственно. На выходе блока 7 вычитания частот появляется разностный сигнал fo - i- 2Частотный нуль-орган 2 имеет два выхода: на первом выходе получается разносный сигнал / FI FX-FO (фиг. 2), на втором выходе -{-AFz Fo-Fy. Пусть в начальный момент времени оба счетчика обнулены, тогда /i 0 и . При подаче входного сигнала FX разностный сигнал появляется на первом выходе частотного нуль-органа 2. Путем преобразования выражения для Д/i можно показать, что часть устройства, содержащая счетчик импульсов 3, преобразователь 4 и блок 7 и частотный нуль-орган 2 представляют собой следящий лреобразователь , (F, + F,)-F,, (5) Так как согласно условию, вначале работы , то F,.F,-F,. Импульсы AFi поступают на счетный вход счетчика импульсов 3, заполняя его объем. Код, снимаемый с выхода счетчика импульсов 3, преобразуется линейно преобразователем 4 в частотно-импульсный сигнал FI. Таким образом, исходя из выражения (5), видно, что FI является сигналом обратной связи в этом следящем преобразователе. Следовательно, код счетчика импульсов 3 следит за изменением входного сигнала FX (а, следовательно, и х(/)). В точке А (фиг. 2), имеется экстремум, за которым производная от x(t) меняет свой знак на противоположный (на минус). В точке А , за точкой А 0, так как разность, выражение (5), становится отрицательной, счет импульсов счетчиком импульсов 3 прекращается, и в нем хранится значение кода, соответствующего точке А, преобразователь 4 вырабатывает сигнал . С точки А начинают появляться импульсы на втором выходе частотного нуль-органа 2 f,F,F,-F (F,-F,)-F,. (6) Вторая часть устройства, состоящая из счетчика импульсов 5, преобразователя 6 и блока 7 вычитания частот и частотного нуль-органа 2 также представляет собой следящий преобразователь, у которого входной сигнал равен разности (Fi-FX), и сигнал обратной связи FZ. Таким образом, на участке за точкой А входной сигнал равен ()-сигнал на фиг. 2. Код, снимаемый с выхода счетчика импульсов 5, следит за изменениями входного сигнала, т. е. повторяет форму сигнала в, до точки Б, где существует следующий экстремум. В точке Б , следовательно, .,-FB , т. е. в счетчике импульсов 5 накапливается код, пропорциональный разности FA-FB, следовательно, пропорциональный размаху между соседними экстремумами Xp-i (фиг. 2, стрелка д). За точкой Б , так как (F,-Fx) (Fj,-Fx) F2, счет импульсов счетчиком 5 прекращается,
и в нем хранится значение размаха .Vp-i, одновременно появляются импульсы по первому выходу частотного нуль-органа 2 Af 1± согласно выражения (5)
Af..:z(f, + /,)-f,(f,-fB)-f}- (7)
Открывается первый блок следящего преобразования, и код счетчика импульсов 3, имея уже значение точки А, за точкой Б начинает следить за изменениями входного сигнала FX от точки Б до точки В, этому соответствует подъем графика б за точкой Б. В точке в наступает следующий экстремум, при этом , следовательно, на этом участке FI FB-FE Fp+i, а код в счетчике импульсов 3 пропорционален сумме /i fA-j- p+b т. е. пропорционален размаху Хр+.
За точкой в, AFi 0; , открывается второй блок следящего преобразования, в которой накапливается код, равный в точке Г сумме размахов (xp- - -Xp-z). За точкой Г снова открывается первый следящий блок, работающий до следующего экстремума, при наступлении которого в счетчике импульсов 3 накапливается код, равный сумме (.
Таким образом, в конце времени наблюдения в счетчике импульсов 3 накапливается код +
л. 1
а в счетчике 5 - код
N,X,i,
1
согласно выражений (3, 4). Для получения суммы всех размахов необходимо, чтобы разностный сигнал FO, снимаемый с выхода блока 7 вычитания частот, следил за всеми изменениями входного сигнала FX, что достигается выбором постоянной времени Т обоих следящих схем предлагаемого устройства, передаточные функции которых в процессе слежения описываются также выражением (5).
Аналогично протекает работа измерителя суммы размахов в случае фазоимпульсного входного сигнала, т. е. когда преобразователь 1 преобразует входной аналоговый сигнал x(t} в последовательность импульсов с переменным периодом следования, тогда преобразователи 4 и 6 также должны формировать фазо-импульсные сигналы.
Формула изобретения
Цифровой измеритель суммы размахов разнополярных выбросов случайного процесса, содержащий последовательно соединенные преобразователь аналогового случайного процесса во время-импульсный сигнал, частотный нуль-орган, счетчик импульсов и преобразователь кода во времяимпульсный сигнал, отличающийся тем, что, с целью повыщенпя точности измерения, в него дополнительно введены счетчик импульсов, преобразователь - код во время-импульсный сигнал и блок вычитания частот, первый и второй входы которого соединены с выходами преобразователей кода во время-импульсный сигнал, а выход блока вычитания частот подключен ко второму входу частотного нуль-органа, причем выход дополнительного счетчика импульсов соединен со входом дополнительного преобразователя - код во времяимпульсный сигнал, а вход дополнительного счетчика импульсов соединен со вторым выходом частотного нуль-органа. Источники информации,
принятые во внимание при экспертизе
1.А. В. Блохин. Аппаратурный анализ характеристик случайных сигналов. М., Энергия, 1976, с. 29-44.
2.Новицкий П. В. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л., «Энергия, 1970, с. 398, рис. 14-10.
J
иг.Г
Фиг.,
