Устройство для определения среднейМОщНОСТи и диСпЕРСии СлучАйНОгО пРО-цЕССА Советский патент 1981 года по МПК G06F17/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ И ДИСПЕРСИИ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА которого соединен, с выходом блока суммирования, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, выход блока сравнения подключен к первому входу элемента И, второй вход которого .соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого подОключен к первому входу запоминающего элемента, второй вход которого является входом устройства, третий вход элемента И объединен . со входом делителя и соединен с выходом генератора счетных импульсов, вход которого подключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход которого соединен с третьим входом блока суммирования, выход делителя частоты подключен ко входу первого блока пересчета, информационные выходы которого соединены с соответствующими входами первого цифроаналогового преобразователя, управляющий выход первого блока пересчета подключен ко входу второго блока пересчета, информационные выходы которого соединены с соответствующими вх дами первого цифроаналогового преобразователя, управляющий выход первого блока пересчета подключен ко входу второго блока пересчета, ин,. формационные выходы которого соедине ны с соответствующими входами второго цифроаналогового преобразователя управляющий выход второго блока пере счета подключен ко входу блока управ ления, пятый выход которого соединен с управляющим входом индикатора 12, Недостатками известных устройств .являются неодинаковая по динамическо му диапазону точность измерений, малый динамический диапазон и большое время измерений. Цель изобретения - получение одинаковой точности измерений по всему динамическому диапазону, и повышение быстродействия устройства. Поставленная цель достигается тем что в устройство введен управляемый масштабирующий накопитель, входы одной группы которого обьединены и под ключены к выходу элемента И, информа ционные выходы первого и второго бло ков пересчета соединены с соответств ющими входами другой группы управляемого масштабирующего накопителя, вход установки в ноль которого под84 лючей к шестому выходу блока управения. Кроме того, управляемый масштабиующий накопитель выполнен в виде двочного счетчика. Блок-схема устройства представлеа на чертеже. Устройство содержит генератор 1 четных импульсов, запоминающий элеент 2, делитель 3 частоты, блок 4 равнения, первый блок 5 пересчета, торой блок 6 пересчета, элемент И 7, первый дифроаналоговый преобразователь 8, второй цифроаналоговый пре-бразователь 9, блок 10 суммирования, правляемый масштабирующий накопи- . тель 11, индикатор 12, блок 13 управения. Устройство работает следующим образом. Напряжение реализации x(t) исслеуемого процесса подается на вход устройства. которое определяет оценку средней мощности процесса Р , выделяемой на резисторе сопротивлением 1 ом, согласно выражению р- -±-N- / NУстройство работает циклически. За один цикл усредняется N дискретных выборок. Момент t выборки задается i-м импульсом опроса, поступающим на вход запоминающего элемента 2 с выхода блока 13 управления элемент запоминает напряжение x(t;) на время длительности периода опроса Тд. В этот момент образцовое напряжение, подаваемое на яход блока 4 сравнения, равно нулю, и на выходе блока сравнения - разрешающий потенциал, существующий до момента , когда образцовое напряжение становится равным (и в дальнейшем при .j превосходит) напряжению выборки x(t-f). Таким образом, блок сравнения формирует прямоугольный стробирующий импульс, длительность которого t. Тд определяется интервалом, разделяющим момент t выборки и момент tl равенства образцового напряжения напряжению выборки. Этот импульс заполняется импульсами:счетной частоты, поступаюиц-ми на вход элемента И 7 от генератора 1 с частотой F. На выходе элемента И 7 образуется пачка импульсов, число которых составляет п.С F . При наличии .на втором входе элемента И 7 разрешающего напряжения, подаваемого с выхода блока управления, пач ки импульсов проходят на импульсные входы управляемого масштабирующего н копителя 11, который к началу цикла измерения обнуляется импульсом, пост пившим на выход блока управления. Для определения мощности необходи мо, чтобы длительность импульса fj и соответственно число п импульсов в пачке были пропорциональнь), квадрату напряжения выборки x(t). Это достигается при условии, что образцовое напряжение U(t) изменяется пропо ционально корню квадратному из време ни, т.е. U(t). Так как в момент t - напряжение. U(t)0, то fj Чо U(-t;)-x(t)X(i), а -- Следовательно, --7(i)K/)X(t.) ,1 Напряжение U(t), rtpинятoe в качестве образцового, обладает непостоян ством погрешности дискретности, меро которой может служить отношение приращения образцового напряжения ДУ, отнесенное к числу счетных импульсов nj , прошедших через элемент И 7 за время, в течение которого образцовое напряжение изменилось от U , т.е. на величину дУй образцовое напряжение медленно растет и поэтому для измерения больших уровней входной величины время измерения будет больше. Указанные недостатки устраняются за счет изменения масштаба (сжатие по оси абсцисс. Изменение масштаба получается за счет того,что с ростом образцового напряжения счетные импульсы заносятся на старшие разряды масштабирующего накопителя 11, который выполнен в виде двоичного счетчика, счетные импульсы в который могут заноситься как на первый, так и в старшие разряды. Правило, по которому заносятся импульсы на различные разряды, обеспечивает постоянство --9 при любых i и пропорцип;ональность числа на накопителе п квадрату выборки, п k x(t .) п- J т вописываемом устройстве в качестве образцового напряжения используется ступенчатое напряжение, образуемое двумя видами ступеней, мелких и крупных, которые с требуемой точностью аппроксимируют напряжение U(t). Формирователь ступенчатого напря жения состоит из генератора 1 счетных импульсов и делителя 3 частоты, представляющих источник сигналов, который задает шаг дискретности длительности мелкой ступеньки, первого блока пересчета 5 и первого цифроаналогового преобразователя 8, образующих блок формирования мелких ступеней, пересчетного блока 6 и цифроаналогового преобразователя 9, выполняющих функцию формирования крупных ступеней, и управляемого блока 10 суммирования, осуществляющего суммирование напряжений ступеней обеих видов. Работа формирователя начинается с момента поступления на вход генератора 1 счетных импульсов сигнала с выхода блока управления. С этим сигналом синхронизированы первый импульс опроса, поступающий на первый вход запоминающей ячейки блока управления и разрешающего потенциала на вход элемента И 7, определяющего продолжительность цикла измерения (усреднения). Счетные импульсы с периодом f птэдаются с выхода генератора в делитель 3 частоты с коэффициентом деления g. На выходе делителяобразуются импульсы с периодом следования ДТ , задающим шаг дискретности - длительность мелких ступеней. Эти импульсы поступают в первый блок 5 пересчета, представляющий собой счетчик емкостью т импульсов. Следовательно, после каждых т им- , пульсов, поступающих на вход блока 5, на его управляющем выходе появляется один импульс. На информационных выходах первого блока 5 пересчета образуется кодовая комбинация, соответствующая числу импульсов, зафиксированных в этом блоке и преобразуемая цифроаналоговым преобразователем 8 в напряжение мелких ступеней. Для достижения необходимой точности аппроксимации образцового напряжения ступенчатым, закон изменения высоты мелких ступеней с м-1 такта линейный, но на первых тактах, когда аппроксимируется ачальный участок, такой закон не довлетворяет и выбран в соответтвии с изложенным вьш1е критерием остижимого постоянства и на тих же т- начальных тактах, кодо. , - г ; вал комбинатия на выводах nepisoro блока 5 пересчета подается, на вхогды 14 управляемого масштабирующего накопителя 11, где используется для управления масштабомj т.е. опре деляет, на , какой разряд управляемого. масштабирующего накопителя 11 подаются счетные импульсы с выхода элемента И 7. В проверенной реализации описываемого устройства m 10 отношение высот мелких ступанек за первые 10 тактов определяются соотношением :h.:hj:h,h-y:h3:hg 0:1:2:2:4:4:8:8:8 и счетные импульсы подаются за время существования первой мелкой ступеньки - на первый разряд управляемого масштабирующего накопителя; второй и третьей - на второй; четвертой, пятой, шестой - на третий; седьмой, восьмой, девятой - на четвёртый. С управляющего выхода блока 5 пересчета импульсы подаются на вход второго блока 6 пересчета, период следования которых равен m дТ. Следовательно, числа во втором блоке 6 пересчета, а значит и кодовые комбинации на его информационных выходах изменяются в т раз реже, чем в первом блоке. Кодовая комбинация подается с выхода цифроаналогового преобразователя 9, который преобразует число в напряжение, пропорциональное корню квадратному. Выходы второго блока пересчета также управляют масштабированием накопителя 11. Наприжение целких ступенек с выхода первого цифроаналогового преобразователя и грубых ступеней с вы да второго цифроаналогового преобр зователя подаются на входы управляемого блока 10 суммирования. На вых этого блока получается напряжение, представляющее сумму напряжений кру ных и мелких ступеней. С каждой нов крупной ступенью должен изменяться наклон огибающей мелких ступеней. Д осуществления этого импульса с упра ляющего выхода второго блока пересч этого блока гПл импульсо та (.емкость поступают на вход блока управления Последний формирует сигналы-команды подаваемые с выхода на вход блока суммирования, управляющие весами, 58 . которыми выходное напряжение первого цифроаналогового .Преобразователя суммируется с выходным напряжением второго цифроаналорового преобразователя. В результате ко входу блока 4 сравнения подводится напряжение, которое состоит из мелких ступеней, изменяющихся с тактом дТ. С этим напряжением, аппроксимирующим образцовое напряжение U(t), сравнивается запомненноенапряжение. Рациональным выбором чисел m и т можно уменьшить погрешность аппроксимации до необходимой величины. г За N выборок (опросов) в накопителе 11 накапливается чксло . k S x(t. )1. . -- где Pj - оценка средней мощности случайного процесса (или оценка дисперсии при центрированном процессе x(t) Количество выборок N (продолжительность цикла усреднения) задается блоком управления и число, накопленное за цикл усреднения-, сигналом-, поступающим на вход индикатораJпереносится на последний из накопителей. Если выбрать числа N так, чтобы k2 N 10- (а - целое число), то 10 и устройство получается прямопоказывающим. Преимущество предлагаемого устройства по сравнению с известным заключается в том, что по всему динамическому диапазону получается постоянной погрешность измерения (величина ее зависит от числа ступеней ) увеличивается динамический диапазон измеряемых величин и сокращается время измерения. Устройство, за исключением запоминающей ячейки и частично управляемого блока суммирования, вьшолняется на цифровых интегральных схемах, что существенно уменьшает аппаратурную погрешность определения средней мощности и дисперсии случайного процесса, повьшает метрологическую надежность, а следовательно, эффективность использования устройства в системах автоматического управления, передачи информации, производственного контроля, информационно-измерительных системах, в технике связи.

Формула изобретения

Устройство для определения средней мощности и дисперсии случайного процесса, содержащее запоминающий элемент,выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока суммирования, первый и второй входы которого соединены .соответственно с выходами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, выход блока сравнения подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к первому входу запоминающего элемента, второй вход коJTOporo является входом устройства, третий вход элемента И объединен со входом делителя и соединен с выходом генератора счетньк импульсов, вход которого подключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход которого соединен с третьим входом блока суммирования, выход делителя частоты подключен ко входу первого блока пересчета, информационные выходы которого соединены с соответствуюпщми входами первого цифроаналогового преобразователя, управляющий вьгход первого блока пересчета подключен ко входу второго блока пересчета, информационные выходы которого соединены с соответствующими входами второго цифроаналогового преобразователя, управляющий выход второго блока пересчета подключен ко входу блока управления, пятый выход которого соединен с управляющим входом индикатора, отличающееся тем,что, с целью получения одинаковой точности измерений по всему динамическому диапазону и повышения быстродействия, в устройство введен управляемый масштабирующий накопитель, входы одной группы которого объединены и подключены к выходу элемента И, информационные выходы первого и второго блоков пересчета соединены с соответств-ующими входми другой группы управляемого масштабирующего накопителя, вход установки в ноль которого подключен к

.шестому выходу блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР по заявке № 2457807/18-24, кл. G 06 F 15/36, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР по.заявке № 2721558/18-24, кл. G 06 F 15/36, 1979.