Вычислитель статистических моментов Советский патент 1981 года по МПК G06G7/52 

(54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬ СТАТИСТИЧЕСКИХ МОМЕНТОВ

1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для измерения числовых характеристик совокупности стационарных и нестационарных случайных процессов с высокой точностью.

Известен вычислитель статистических моментов, содержащий цифроаналоговые преобразователи, аналого-ци({1ровые преобразователи, ключи, блоки управления, нуль-органы и запоминающие устройства 1.

Однако такие вычислители очень сложны при аппаратурной реализации и не позволяют измерять многомерные статистические моменты.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является вычислитель статистических моментов, содержащий усилитель, выход которого подключен ко входу первого усредняющего усилителя, вход усилителя явл ется входом вычислителя, второй, третий и четвертый усредняющие усилители 2.

Недостатком известного вычислителя является низкая точность оценки статистических моментов из-за наличия преобразователей.

Цель изобретения - повышение точности вычислителя.

Поставленная цель достигается тем, что в вычислитель статистических моментов введены три сумматора, генератор пилообразного напряжения, источник эталонного напряжения, блок извлечения квадратного корня и блок извлечения кубического корня, при этом первые входы первого, второго и третьего сумматоров подключены к выходу усилителя, второй вход первого сум.матора 0 и входы блоков извлечения квадратного и кубического корней объединены и соединены с выходом генератора пилообразного напряжения, третие входы первого и третьего сумматоров объединены и подключены к выходу источника эталонного напряжения, а

5 выходы первого, второго и третьего сумматоров подключены ко входам соответственно, второго третьего и четвертого усредняющих усилителей, выходы которых являются соответствующими выходами вычислителя.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Вычислитель содержит усилитель 1, первый усредняющий усилитель 2, первый 3, второй 4 и 5 сумматоры, генератор b 1илообразного напряжения, блок 7 извлечения квадратного корня, блок 8 извлечения кубического корня, второй 9, третий 10 и четвертый 1 усредняющие усилители и источник 12 эталонного напряжения. В вычислителе статистических моментов вход усилителя 1 является входом устройства, а выход соединен со входом усредняюшего усилителя 2 и с первыми входами сумматоров 3-5, второй вход сумматора 3 соединен с выходом генератора 6 непосредственно, второй вход сумматора 4 подключен к выходу генератора 6 через блок 7 извлечения квадратного корня, второй вход сумматора 5 подключен к выходу генератора 6 через блок 8 извлечения кубического корня, выходы сумматоров 3-5 соединены со входами усредняющих усилителей 9-11 соответственно, а выход источника 12 постоянног(1 напряжения подключен к третьим входам сумматоров 3 и 5. Выходы усредняющих усилителей 2, 9, 10 и 11 являются выходами вычислителя. Вычислитель статистических моментов работает следующим образом. При отсутствии входного сигнала с выход,а генератора 6 напряжение Ur 11 - П ,гр/ где Un - амплитуда; Tfi-период напряжения Up пилообразной формы; i - номер периода U(-, поступает на вторые входы сумматора 3 непосредственно, сумматора 4 - в виде уЦ-, так как проходит через блок 7 извлечения ква.дратного корня и сумматора 5 - в видеУи, так как проходит через блок 8 извлечения кубического корня. Благодаря постоянному смещению UQ, поступающему с выхода источника 12 постояпного напряжения, на третьи входы сумматоров 3 и 5, для которых Ug,biv 0 при при отсутствии входного сигнала, на выходах сумматоров 3 и 5, напряжение отсутствует, а на выходе сумматора 4 напряжение симметрично и центрировано, поэтому на выходах вычислителя статистических моментов в результате получают нулевые выходные сигналы. При поступлении входного сигнала через усилитель 1 этот сигнал Ux усредняется в усредняющем усилителе 2, на выходе которого получают первый статистический моментYi 4-JLI,(t)dt Кроме того, Ux Тюступает на первые входы сумматоров 3-5, смещая переменные напряжения на выходах сумматоров 3-5 и в результате на выходах усредняющих усилителей 9-11 получают величины у, уз и YI соответственно тт Y. 4-j S2dt; Y3 44S3dt; Y4 4-iS4dtj гдеЗ и S., - площади «верщин переменного напряжения на входах усредняюп1их усилителей 9 и 11; 83 - разность площадей положительной и отрицательной частей переменного напряжения на входе усредняющего усилителя 10. Эти площади в свою очередь равны s,.f(u4:) &ч-Лг7п). оIn о П где tfl, t3 и t4 -длительность импульсов, образующих площадь Si, 83 и t находят на у(У1овия () LL, т. е. f - си V )«c. Итак . UbtMvn Hi г.-Тп i lo (),,(.V Постоянные коэффициенты при U могут быть всегда устранены выбором соответствующих коэффициентов при интегрировании. Окончательно получают.,. Y2 f Y3 f fUxdt; у4 .dt, т. е. на выходах усредняющих усилителей 9-11 образуются соответотвенно второй, тре тий и четвертый статистические моменты. В предлагаемом устройстве производится возведение исследуемого процесса в требуемую степень по мгновенным значениям с последующим усреднением полученных результатов, потому частота пилообразного напряжения Ur должна отличаться не менее чем на два порядка от крайней частоты в спектре сигнала: если «пила периодическая, то лучще, если период следования Ur является случайным - результат от этого не изменится, но не будет «биений на выходе сумматора, которые возможны при совпадении одной или более- спектральных составляюидих в U и Up. Введение указанных блокор позволяет резко повысить точность, расширить частотный и динамический диапазоны устройства при меньщих аппаратурных затратах, что значительно расщирит сферу применения вычислителя статистических моментов и устранит необходимость разработки простых измерителей статистических моментов с высокими метрологическими характеристиками. Формула изобретения Вычислитель статистических моментов, содержащий усилитель, выход которого подключей ко входу первого усредняющего усилителя, вход усилителя является входом вычислителя, второй, третий и четвертый усредняющие усилители, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности, в него введены три сумматора, генератор пилообразного напряжения, источник эталонного напряжения, блок извлечения квадратного корня и блок извлечения кубического корня, при этом первые входы первого, второго и третьего сумматоров подключены к выходу усилителя, второй вход первого сумматора и входы блоков извлечения квадратного и кубического корней объединены и соединены с выходом генератора пилообразного напряжения, третие входы первого и третьего сумматоров объединены и подключены к выходу источника эталонного напряжения, а выходы первого, второго и третьего сумматоров .подключены ко входам соответственно второго, третьего и четвертого усредняющих усилителей, выходы которых являются соответствующими выходами вычислителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 318033, кл. G 06 F 15/36.