Способ задания интервалов времени давыдова а.в. Советский патент 1980 года по МПК G04F5/00 

1

Изобретение относится к электронным времязадающим устройетвам и может быть примепено в автоматике и телемеханике, в системах программного управления и в цифровых следяп 1,их системах автоматпче- 5 ского регулирования.

Известны способы задания ннтервалов временн 1, заключающиеся в том, что генерируют первичные времениые иптервалы и осуществляют их последующее суммнро- 10 ванне.

Типовые устройства задания интервалов времени, как правило, состоят из устройств формирования первичных временных интервалов - задающих генераторов ста- 15 бильпой частоты (первичный временной интервал - период колебаний или время релаксации) и устройств суммирования первпчных временных интервалов (делителей частоты) . для формировання задан- 20 ных временных интервалов. В качестве задающих генераторов непользуются схемы с установленным значением связи между фпзическими величииами времязадающи.к элемеитов (кварцевых резонаторов, камер- 25 тонов, линий задержки, R-L-С-ценей и т. д.) и частотой колебаппй (релаксации) электрических величпн (тока, напряжения в схеме).

К недостаткам известных способов и уст- 30

ройств относятся сложность формирования ультраболыиих времениых интервалов, обеспечения широкого динамического дпапазона формпруемых временных ннтервалов н обеспечения точностн задания и формирования временных ннтервалов в широком временном диапазоне. Указаиные трудности возрастают ири расщнренпи диапазона формируемых временных интервалов в область ультрабольщпх времен и приводят к тому, что нрп формировании временных интервалов более с с началом диаиазона формированпя с 1 с (динамический диапазоп более е) применяются в основном электромеханические устройства.

Цель изобретения - расширеиие временного диапазона формируемых иитервалов времени в область ультрабольщих временных интервалов, повыщенпе точности и стабнльности задания временных интервалов в щпроком дианазоие временных интервалов.

Указаиная цель достигается снособом, основанным на геиерацнн временных интервалов, по которому генерируют случайные электрические спгналы с параметрамн, етатистически расиределеиными во времени, например сигналы случайных чисел в двоичиой форме, из последовательности генерируемых случайных сигналов производят логическую выборку сигналов с заданием условия логической выборки по соотношениюр -7Т где Р - вероятность акта логической выборки случайного сигнала из числа генерируемых; t - формируемый временной интервал;f - частота генерации случайных сигналов;Л - коэффициент логической выборки. При этом величину коэффициеита логической выборки устанавливают с учетом дисперсии величины временного интервала между актами выборки и точности формирования временных интервалов, регистрируют частоту появления актов выборки и производят деление частоты появления актов выборки с коэффициентом деления, равным коэффициенту логической выборки. На чертел е приведена функциональная схема устройства, реализуюидего сиособ. Устройство содержит генератор 1 случайных импульсов, генератор 2 стабильной частоты, вентиль 3, счетчик 4 импульсов, формирователь 5 имнульсов, блок 6 логической выборки, формирователь 7 имиульсов, счетчик 8 имиульсов. Сущность сиособа заключается в следующем.„,,,.,j Первой операцией способа является генерация случайных электрических сигналов с параметрами, статистически распределенными во времени. В качестве параметров, статистически расиределеиных во времени, могут использоваться, ианример, временной интервал между импульсами, амплитуда импульсов, заряд и т. д. В общем случае любой параметр может быть преобразован в числовую форму; для рассмотрения способа в общем виде предположим, что генерируемыми случайными сигналами являются сигналы случайных чисел в кодовой форме, например в виде двоичиого кода. Операция геперации случайных чисел может быть осуществлена, например, с использованием генератора щумовых имиульсов с дискриминацией имиульсов на выходе генератора по уровню амплитуды, при этом выходиая последовательность импульсов распределена по закону Пуассона. Полученная последовательность импульсов может быть преобразована в случайные электрические сигналы с заданным законом распределения, в том числе в сигналы двоичных кодов случайных чисел с постояппой плотностью вероятности в диапазоне чисел от /п.м„11 до тмако с полным дпапазопом -/И тмако-пг ши, с частотой генерации случайных чисел / (например, при помощи двоичного счетчика импульсов и генератора тактовых импульсов остаиовки счета). Второй операцией способа является логическая выборка сигналов с заданием условия логической выборки по соотношению Р где Р - вероятность акта логической выборки случайиого сигнала из числа генерируемых; t - формируемый времеиной интервал;f - частота генерации случайных чисел;/( - коэффициент логической выборки. Применительно к рассматриваемому случаю генерации случайных чисел условием логической выборки может быть сравнение каждого генерируемого числа с определенным числом mi n, причем число п должно быть заключено в иитервале между мигг и максПри ПОСТОЯННОЙ ПЛОТНОСТИ вероятности распределеппя случайных чисел вероягность появленпя числа п среди геперируемых равна Р -- - л При задании условия логической выборк 1 по порогу выделения чисел п-/Пмин, т. е. ири выделении из числа генерируемых чисел, по своей величине, меньщих л, но больщих WMIIH, вероятность совершения акта выборки равна п - Жмин при этом средняя частота появления актов выборки F f.P f Практически вторая операция реализуется сравнением каждого генерируемого случайного числа с заданным по условию выборки числом п и выделением из генерируемых чисел тех чисел, которые удовлетворяют заданному условию логической выборки. Число п при установлении логическо выборки определяется ио требуемой величине формируемого временного интервала с учетом выражения (1). В соответствии с выражением (4) иервичный временной интервал между актами выборки равен / .(5) / f-P Из выражения (1) формируемый временной интервал t равен t

Отсюда следует

t-Kt

(7) (8) К-М

-

f-t

Третьей операцией способа является регистрация частоты появления актов выборки F, которая производится путем формироваиия времепных отметок появления актов выборки, т. е. формированием импульсов напряжения на каждый свершившийся акт выборки и соответственно временных интервалов между двумя иоследовательными актами выборки.

Практическая реализация третьей операции может заключаться, ианример, в пропускании импульса тактового генератора, задающего частоту генерации случайных чисел, на вход блока логической выборки нри каждом акте сравиеиия, нри котором выполняются условия логической выборки.

Четвертой операцией способа является деление зарегистрироваииой частоты следования импульсов F, соответствуюц;их актам выборки, с коэффициентом деления, равиым коэффицйеиту /С логической выборки (т. е. по существу суммирование временных иитервалов ), до нолучення формируемого интервала времени t.

Как известно, нри произвольной выборке числа из конечного диапазона случайных чисел с периодическим повторением испытаний на выборку действует бииоминальиый закон распределения актов выборки, иричем при регистрации количества актов выборки за время t относительная среднеквадратнчная ногрешиость числа актов выборки равиа

- - (9)

VTt

Подставляя вместо величины t ее значения из выражений (7) и (5), получаем

.(10)

У К

Выражеиие (10) характеризует статистическую иогрешность формировання выходных временных иитервалов и, как видно из выражения, не зависит от темиературиых и временных дестабилнзирующих факторов и оиределяется только коэффициеитом деления частоты актов выборки.

Сформированный временной интервал после окончания четвертой оиерации равен

t .-.(11)

/ л - лгмин

Из выраження (11) можно вывести следующее.

Граница диаиазона способа по ультрабольщнм временным иитервалам не имеет нринциниальных ограииченнй, при

л- -тмип, . При постоянных велнчинах /С н / точность установки временного интервала зависит от величины М. н также не имеет иринципиальных ограничений. При практической реализации требуемые величины данных характеристик устанавлнваются соответствующей емкостью регистров сравнения чнсел.

Температурная и временная стабильиость интервалов времени онределяются

стабильностью частоты /, а следовательно, может быть равна стабнльиости кварцевых генераторов прн их иримененин в качестве генераторов тактовых импульсов. Частот;з

геиерации / не требует перестройки, поэтому отиадает исобходимость в широкодиаиазонных перестраиваемых ио частоте генераторах и соответственно необходнмость обеснечення их линейности в широком динамнческом диаиазоне.

Характеристика устройства как функция вида / ф(«) однозначна во всем диаиазоне формируемых времеииых интервалов, какнм бы большим ои ни был.

При измеиении величииы t в широком временном интервале не требуется системы изменення коэффициентов пересчета пли дешифраторов, так как измерение величины t ироизводится изменением условий лог 1чсской выборки, т. е. иеиосредствеиныы нвoдorv числа порога логической выборки в блок сравнения кодов, нри этом во всем динамическом дианазоне, сколь бы большим ои ни был, сохраняется постоянной

величина статистической иогрешности.

Динамический диапазон формируемых временных иитервалов оиределяется величиной М и тоже ие имеет нринциииальных ограничений. При нрактнческой реализадни величина М устанавливается исходя из требуемого динамического диапазона временных иитервалов.

Динамический диаиазои и закон его изменения может изменяться изменением j cловий логической выборки. Так, напрнмер, логика сравиеиия чисел и выборки может быть иостроеиа иа двойиом иоследовательиом логическом иороге, т. е. фиксированне только таких актов выборки, когда услоВИЮ выборки удовлетворяют два последовательных случайных , при этом вероятность выборки равна

D/ (я мин)PS

(12)

м

Соответственно прп тройной последовательной выборке вероятность выборки равиа РЗ , J д

Способ и устройство могут найтн также примененне в автоматических комнлексах. работающих в автоиомном режиме с длительным цгистом, например, в автоматических метеорологических станциях.

Формула изобретения

1. Способ задания интервалов времени, основанный на генерации временных интервалов, отличающийся тем, что, с целью расширения временного диаиазона формируемых интервалов времени в область ультрабольших временных интервалов, повышения точности и стабильности задания интервалов времени, генерируют случайные электрические сигналы с параметрами, статистически распределенными во времени, например сигналы случайных чисел в двоичной форме, из иоследогзательности генерируемых случайных сигналов производят логическую выборку сигналов с заданием условия логической выборки по соотношению

К f-t

Р

где Р--вероятность акта логической выборки случайного сигнала из числа генерируемых;

i - формируемый временной интервал;

f - частота генерации случайных сигналов;

Л - коэффициент логической выборки, причем величину коэффициента логической выборки устанавливают с учетом дисперсии величины временного интервала между актами выборки и точности формироваиия временных интервалов, регистрируют частоту появления актов выборки и производят деление частоты появлеиия актов выборки с коэффициентом деления, равным коэффициенту логической выборки.

Источники информации, принятые во внимание при экснертизе 1. Гольданский В. И. и др. Статистика отсчетов при регистрации ядерных частиц. Щ. ГИФМИ, 1959, с. 57-59.