Статистический анализатор Советский патент 1981 года по МПК G06F17/18 

1 . Изобретение относится к устройствам амплитудного статистического анализа случайных процессов и.может быть использовано при ресурсных испытаниях механических объектов, в системах экстремального регулиров ния и управления, а также в ряде областей информационно-измерительно и контрольной техники. При испытаниях машин и механизмо на прочность, надежность и долговеч ность одним из основных методов систематизации .случайных нагрузок является метод экстремумов, предусматривающий подсчет макисмумов Н. (минимумов Й«) на различных уровнях В результате анализа строят ступенчатую кривую (гистограмму) или кривую распределения экстремумов W(H) .11. Однако для процессов с широким частотным спектром такой подход дает завышенные оценки прочности и долговечности при случайном режиме нагружения.Разновидностью метода является подсчёт экстремумов, наибольших между пересечениями процесс X (t) среднего уровня х.В этом случае на участке между двумя nejpeceчениями.берется только одно значение: максимум-максиморум н. или минимум-миноморум Н,. .. При систематизации таким способом выпадает часть колебаний малой амплитуды. Но это приводит к меньшей погрешности в оценке усталостной прочности, чем при классификации по всем экстремумам. Известен статистический анализатор, содержаний преобразователь напряжение-число импульсов, двоичный счетчик, ключи, регистр, преобразователь код-аналог, дифференциатор, триггер, дешифратор, схемы И, регистратор 2. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является статистический анализатор, содержащий аналого-цифровой преобразователь, буферный регистр., синхронизатор, схему сравнения кодов, триггер, переключатель, регистратор 3, Недостатками известных анализа- торов является то, что анализ проводится путем сортировки и подсчета всех экстремумов, которые в общем случае могут быть коррелирован между собой, что приводит к загрузке запоминающий устройств ввиду завышенного объема обрабатываемых данных, кроме того, в результате анализа по полному объему весх экстремумов получаются завышенные оценки усталостной прочности испытываемых Г; объектов.

Цель изобретения - повышение точности анализатора путем сокращения объема обрабатываемой информации .

Поставленная цель достигается тем, что в статистический анализатор содержащий аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения кодо и к первому информационному входу буферного регистра, выход которого соединен со вторым входом схемы .сравнения кодов и с информационным входом регистратора, синхронизирующий вход буферного регистра подключен к первому выходу синхронизатора, второй и третий выходы которого соединены с синхронизирующими входами соответственно схемы сравнения кодов и аналого-цифрового преобразователя, в него введены элемент И, формирователь импульсов, элемент задержки, усилитель-ограничитель, центрирующий фильтр в пороговый блок, первый вход которого объединен с информационными входами аналого-цифрового преобразователя, центрирующего фильтра и является входом анализатора, второй вход порогового блока соединен с выходом центрирующего фильтра, а выход подключен к входу усилителяограничителя, выход которого соединен с первым входом элемента И непнепосредственно, а через формирователь импульсов подключен к входу фиксации регистратора и входу элемента- задержки, выход которого соединен со вторым информационным входом буферного регистра, третий ий- формационный вход которого подключен к выходу элемента И, второй вход которого соединен с выходом схемы сравнения кодов.

На фиг. 1 показан анализатор, структурная схема; на фиг. 2 представлена диаграмма работы анализатора.

Статистический анализатор состоит из аналого-цифрового преобразователя 1, центрирующего фильтра 2 и порогового блока 3, выход которого через усилитель-ограничитель 4 подсоединен к формирователю 5 импульсов. Выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с.о входами схемы 6 сравнения кодов и буферного регистра 7. Выход схемы сравнения кодов через элемент И 8, другой вход кото рого подключен к выходу усилителяограничителя 4, соединен со входом буферного регистра 7. Выходы последнего подсоединены к входам схе.мы сравнения кодов и регистратора 9 (многоканального). Выход формирователя 5 импульсов подк;1ючен непосредственно к регистратору 9 и через элемент 10 задержки - к буферному регистру 7. Выходы синхронизатора 11 соединены со входами аналогоцифрового преобразователя 1, схемы 6 сравнения кодов и буферного регистра 7 .

Сущность изобретения заключается в аппаратурной реализации указанного ; выше способа анализа экстремумов, наибольших между, пересечениями процессом среднего уровня. Покажем эф-, фективность этого способа с точки зрения сокращения числа анализируемых экстремумов на примере нормального стационарного широкополосного случайного процесса с плотностью распределения

4 -Xl

-eaF

.w(x)

(i)

и корреляционной функцией , )--Ъ(ь)ъ( (2)

где нормированная корреляционная функция;

оС/ - постоянный коэффициент. Определим среднее число экстремумов на интервале между соседними нулями процесса. Задача сводится к определению числа,

-

,

где N - число нулей процесса на интервале реализации Т; Kf - число экстремумов на той же

реализации.

Число экстремумов Ы, реализации процесса х (t) можно представить как число нулей реализации х (t) на том же интервале (нормальный стационарный процесс дифференцируем). Тогда, как пбказано в работе.

()

гдеру(О) - значение второй производной от нормированной корреляционной функции процесса при , и аналогично

(5)

Значение второй производной от коэффициента корреляции р, (t) -V при С 0 равно pjj (0) -2з. Коэффициент корреляции производной процесса определим из слелу1оЕ.1е1о соотношения

piW,| -e V-2-t), («)

тогда значение-второй производной от (6) при Т/ 0 будет иметь вид j)y(0)-6ot. Подставляя найденные коэффициенты в (3), получим Следовательно, при реализации метода подсчета экстремумов с пересечением среднего уровня необходимо анализировать в f3 раз меньше значений, чем при подсчете всех экстре мумов , Устройство функционирует следующ образом. Исследуемый.процесс х (t) преобразуется аналого-цифровым преобразо вателем (АЦП) 1 в параллельный код периодом выборки, задаваемым синхро низатором 11. Одновременно исследуе мый процесс поступает на центрирую}ций фильтр 2, который выделяет его среднее значение х, и на пороговый блок 3, где осуществляется вычитани среднего значения из входного сигна т.е. Uo, x(t)-x. Следовательно, .пороговый блок 3 пропускает участки исследуемого процесса x(t), превыша ющие уровень среднего значения х (. 2, а) . С помощью усилителяограничителя 4 сигналы превышения, снимаемые с порогового блбка 3, преобразуются в прямоугольные импул сы (П - импульсы), длительности которых равны интервалам между пересечениями процессом среднего уровня (фиг. 2,6). Взаимное временное согласование работы блоков анализатора осуществляет синхронизатор 11. В первый такт производится измерение значения входного процесса с помощью АЦП. Во второй - сравнение кода АЦП И содержимого буферного регистра 7, с помощью схемы 6 сравнения кодов, в третий - перепись кода АЦП в регистр 7| после чего цикл повторяется. Перепись кода .из АЦП в регистр осуществляется по сигналам, снимаемым с шины (больше) схемы б сравнения кодов, которые вырабатываются только в том случае, если текущее значение кода АЦП превышает предыдущее значение кода, хранящееся в регистре 7, т.е. N N. Импульсы записи со схемы 6 сравнения кодов поступают на буферный регистр 7 через элемент ИВ, который открывается на время действия каждого П - импульса, снимаемого с усил ителя-ограничителя 4. Таким образом, к моменту окончания очередного П-импульса в буферном регистре накапливается значение Н наибольшее между пересечениями пр цессом .среднего уровня (значения 2 и 6, фиг. 2, а). Задиим фронтом П-импульса запускается формирователь 5, который вырабатывает импульс (фиг. 2,в), фиксирующий накопленное значение в многоканальном регистраторе 9. Тот же импульс, прошедщий через элемент 10 задержки (фиг . 2, г) , осуществляет установку буферного регистра 7 в нулевое состояние, подготавливая тем самым схему, к следующему измерению. Если использовать в схеме 6 срав- нения кодов выходную шину (меньше)V и производить установку буферного регистра 7 в единичное состояние (на схеме не показано), а также осуществлять запись в регистр по правилу N с N-y, то в последнем будут накапливаться значения Н„,.,наименьшие на интервалах пересечения (значение 5 , фиг. 2, а) . Таким образом, за время анализа в многоканальном регистраторе, использующем предварительную дешифрацию поступающих кодов, накапливается информация о плотности распределения наибольших W(H.)- или наименьших W (.) значений случайного процесса на интервалах между пересечениями им среднего уровня. Это позволяет сократить объем обрабатываемых данных, что обеспечивает снижение погрешности в определении оценок усталостной прочности и долговечности механизмов. Формула изобретения Статистический анализатор, содержащий аналого-цифровой преобразователь , выход которого подключен к первому входу схемы сравнения кодов и к первому информационному входу буферного регистра, выход которого соединен со вторым входом схемы сравнения кодов и с информационным входом регистратора, синхронизирующий вход буферного регистра подключен к первому выходу синхронизатора, второй и третий выходы которого соединены с синхронизирующими входами соответственно схемы сравнения кодов и аналогоцифрового преобразователя, о т л иающийс я тем, что, с целью повышения точности анализатора, он содержит элемент И, формирователь импульсов, элемент задержки, усиитель-ограничитель , центрирующий ильтр к пороговый блок, первый вход которого объединен с информа- ионными входами аналого-цифрового . реобразователя, центрирующего фильта и является входом анализатора, торой вход порогового блока соеди ен с выходом центрирующего фильтра.

а выход подключен к входу усилителяограничителя, выход которого соединен с первым входом элемента И непосредственно, а через формирбватель импульсов подключен к входу фиксации регистратора и входу элемента задержки, выход которого.соединен со.вторым информационным входом буферного регистра - третий информационный вход которого подключен к выходу элемента И второй вход которого соединен с выходом схемы срдвнения кодов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Слобин Б.З., Трофимов О.Ф., Статистический анализ измерений случайной нагруженности для оценки накопления устгшостного повреждения Вестник машиностроения , 1966,

10.

2.Авторское свидетельство СССР 399868, кл, G 06 F 15/36, 1972.

3.Авторское свидетельство СССР 506869, кл. G 06 Р 15/36, 1974 (прототип).