Устройство для определения средне-КВАдРАТичЕСКОгО ОТКлОНЕНия Слу-чАйНОй ВЕличиНы Советский патент 1981 года по МПК G06F17/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ОТКЛОНЕНИЯ СЛУЧАЙНОЙ ВЕЛИЧИНЫ

1

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для оценки и контроля отклонения во временной области случайных величин от математического ожидания,например при измерении краевых искажений импульсов в каналах передачи дискретной информации.

Известно устройство для измерения среднеквадратического отклонения случайной величины, содержащее нелинейный преобразователь, блок усреднения, мультивибраторы -Роера., частотный смеситель и другие элементы 1.

Недостатками такого устройства являются низкая точность измерений и сложность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения среднего значения модуля и среднеквадратического отклонения случайной величины, содержащее первый счетчик, счетный вход которого подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом триггера отклонения, второй вход .первого элемента И является первьпи входом уст-

ройства, счетный вход второго счетчика подключен к выходам первого и второго ключей,.первый вход первого ключа объединен с первым входом втот рого элемента И, входом триггера отклонений, входом инвертора и является вт9рым входом устройства, второй вход второгоэлемента И объединён с первьзм входом третьего элемента

10 И, первым входом второго ключа,счетнь м входом счетчика событий и подключен к выходу третьего ключа,ин- . формационный вход которого является третьим входом устройства, выход

15 первого счетчика подключен к второму входу первого ключа и J-входу триггера переноса, выход триггера переноса подключен к второму входу второго ключа, выход второго счетчика соединен с входом блока отображения, выходы второго и третьего элементов И подключены соответственно к S и R- входам триггера отклонения, К-вход которого соединен с выходом инвер25тора 27.Недостатком известного устройства является низкая точность определения среднеквадратического отклонения случайной величины. Цель изобретения - повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены триггер зоны, триггер коррекции, счетчик зоны, счетчик памяти, блок сравнения, формирователь импульсов, три элемента И, два элемента ИЛИ, ключ и блок управления, первый управляющий вход третьего ключа подключен к выходу первого элемента ИЛИ, первый и второй выходы которого соединены соответственно с выходами первого и второго дополнительного элементов И/ первый вход первого дополнительного элемента И объединен с К и Rвходами триггера переноса, первым входом формирователя и годключён к выходу .инвертора, второй вход формирователяимпульса объединен с первым входом второго дополнитель ного элемента И и является вторым входом устройства, выход формирова теля импульса соединен с первым входом триггера зоны, первый вы ход которого подключен к второму входу первого дополнительного элемента И и первому входу третьего дополнительного элемента И второй вход которого является первым входом устройства, второй вход второго дополнительного элемен та И соединен с вторым выходом триг гера зоны, второй вход которого под ключен к выходу второго элемента ИЛ первый и второй входы которого соединены соответственно с.выходами счетчика зоны и блока сравнения, пе вый вход которого подключен к -.выход счетчика памяти,вход которого соеди нен с выходом дополнительного ключа первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго ключей, третий вход дополнительного ключа объединен с третьим входом первого элемен та ИЛИ и соединен с первым выходом триггера коррекции второй выход ко торого подключен к третьему входу третьего дополнительного элемента И, выход которого соединен q входом счетчика зоны, второй выход которого подключен к второму входу блока сравнения, первый вход триггера объ . единен с входом блока управления и соединен с выходом счетчика событий второй управляющий вход третьего кл ча подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с входом второго счетчика, третий выход блока управления подключен к второму входу триггера коррекции. Кроме того, блок управления содержит два триггера и элемент И, при этом инверсный выход первого триггера подключен к первому рходу элемента И, второй вход которого объединен со счетным входом первоготриггера и является входом блока управления, ВЫХ9Д первого триггера соединен с S-входом второго триггера, инверсный выход которого является первым выходом блока управления, выход элемента И является вторым выходом блока управления, R-входы первого и второго триггеров объединены и являются третьим выходом блока управления. На фиг.1 представлена блок-схеМа устройства; на фиг.2 - схема блока управления; на фиг.3 - временная диаграмма работы устройства. Устройство содержит формирователь 1 импульса, триггер 2 зоны, третий ключ 3, первый 4 и второй 5 дополнительные элементы И, инвертор 6, первый элемент 7 ИЛИ, первый 8 и второй 9 элементы,триггер 10 отклонений, первый элемент 11 И, первый счетчик 12, счётчик.13 событий,триггер 14 коррекции, триггер 15 переносаг третий дополнительный элемент 16 И, первый 17 и второй 18 ключи, Дополнительный ключ 19, счетчик 20 зоны, блок 21 сравнения,.счетчик 22 памяти, второй элемент 23 ИЛИ, второй счетчик 24, блок 25 отображения и блок 26. управления. Блок управ.ления содержит первый триггер 27, элемент 28 И к вторрй триггер 29, Устройство работает следующим образом. На первый вход устройства поступает последовательность квантующих импульсов, частота следования которых в п раз выше тактовой частоты. На второй выход устройства поступают импульсы тактовой частоты (Т 1-1, фиг.За), фаза отрицательных перепадов которых соответствует математическоwy ожиданию случайной величины. На третий вход устройства поступают импульсы фронтов (фиг.Зг) информации (фиг.Зв) , фаза которых случайно сме,щена относительно математического ожидания (на х ,Xj ,х. . .) . На выходе инвертора 6 формируется импульсная последовательность, сдвинутая по фазе на 180° (фиг.Зб) относительно последовательности на втором входе. Элементы 8 и 9 И представляют собой фазовый дискриминатор, на выходе которого формируются импульсы опережения (выход элемента 8 И) и отставания (выход элемента 9 И) - в зависимости от смещения фронтов относительно математического ожидания. Если импульсы на третьем входе появляются при положительном значении импульсов на втором входе, на выходе элемента 8 И появляется импульс, устанавливающий триггер 10 отклонения в состояние . Если на третьем входе импульс появляется при положительном значении Т 2-1 (фиг.Зб), триггер 10

устанавливается в О, Отрицательные перепады на втором входе (Т 1-1) устанавливают триггер отклонений в состояние , а положительные в состояние О. На выходе триггера 10 могут формироваться импульсы с длительностью от фронтаопережения до такта Т2-1 (при наличии фронта опережения); от такта Т1-1 до фронта отставания; от такта Т1-1 до Т2-1 (неизвестно, будет ли фронт отставания в данном тактовом интервале).

В первом и третьем случае величина отклонения от математического ожидания подсчитывается с превышением истинного значения отклонения на половину такта. Для исключения этого используется следующий принци Емкость первого счетчика 12 равна половине такта, поэтому если в этом счетчике хранилось число К, при поступлении количества импульсов, равных емкости счетчика, т.е. половины такта, сохраняется в счетчике число К и возникает единица переноса.

К +п К+единица переноса. Эта единица переносится во второй счетчик 24 и счетчик 22 памяти только тогда, когда она сформирована во время истинного отклонения фронта от математического ожидания, импульсы 1 и 2 (фиг.Зе) переносятся, а импульсы 3 и 4 не переносятся,так как сформированы вне истинной зоны. Импульс 1 (фит.Зе) переносится через ключ 17 (фиг.Зе), так как он формируется во время положительного импульса на входе 2, (ключ 17 управляет переносом в зоне фронтов опереже ния). Единица переноса переводит триггер 15 переноса в состояние 1 до момента времени, соответствующего Т2-1 (фиг.Зж). При этом открывается ключ 18, который управляет переносом в зоне фронтов отставания. Единица переноса запоминается в триггере 15 переноса, и если фронт отставания поступает на ключ 18, сам импульс фронта осуществляет перенос через ключ 18 единицы переноса, хранящейся в триггере 15. Если же фронт отстаивания в этот период не поступает, единица переноса стирается из триггера 15 тактом Т2-1. Таким образом, импульс 2 (фиг.2е) переносится фронтом отставания (фиг;2и), импульсы 3 и 4 (фиг.2е) не переносятся.

Следовательно, во втором счетчике 24 и счетчике 22 памяти (при открытом ключе 19) осуществляется последовательное суммирование пакетов импульсов X,,X,.j,Xr,, т.е. суммируются отклонения импульсов от математического ожидания за время, определяемое счетчиком 13 событий, который определяет объем измерений.

Например, при измерении среднего значения модуля кр аевых искажений импульсов от математического ожидания с точностью 1% при объеме счетчика 13 событий,равном 1000, емкость первого счетчика 12 должна составлять 50, а емкость второго счетчика - 1000. Так как среднеквадратическое отклонение Ъ связано со средним значением модуля коэффициентом 1,2, емкость счетчика со0бытий увеличивается в 1,2 раза, т.е. равна 1200. Счетчик 22 памяти должен измерять то же количество, импульсов, что и второй счетчик 24,но с умножением на коэффициент К,

5 для чего счетный вход у счетчика 22 образовывается при подключении не к его входу, а к входу определенного разряда (например для получения в счетчике памяти числа К о при . ), счетный вход организуется

0 при подключении на вход второго раз ряда счетчика 22). Таким образом, второй счетчик 24 хранит величины , а счетчик памяти 22 - величины кЪ Формирователь 1 импульсов фор5мирует короткие импульсы от перепадов тактов Т2-1 и Т1-1 для запуска триггера 2 зону. Триггер 2 зоны переводится в состояние тактом Т1-1 и открывает элемент 16

0 И, через который квантующие импульсы поступают на счетчик 20 зоны,емкость которого равна половине такта, до совпадания с числом, записанным в счетчике 22 памяти (кЪ) , регистри5руемым блоком 21 сравнения. Импульс совпадения через элемент 2.3 ИЛИ переводит триггер зоны 2 в состояние О. Затем триггер 2 зоны переводится вновь в состояние тактом

0 Т2-1, а останавливается моментом заполнения счетчика 20 зоны (фиг.Зк, л), т.е. если отрезок.от Т1-1 до импульса совпадения со счетчиком 22 памяти равен вЛ, отрезок от Т2-1 до заполнения равен Т/2-К, значит отре5зок от заполнения счетчика зоны 20 до текущего такта Т1-1 составляет Т/2 - (Т/2-КЬ) Kto (на фиг.Зк,л показаны сигналы на прямом и инверсном выходах триггера 2 зоны). Таким об0разом, на выходе э.пементов 4 и 5 И формируются две симметричные относительно математического ожидания зоны (Т1-1-К э) и (-ICb-Tl-1) , если условным нулем считать математическое ожи5дание, т.е. Т1-1. (фиг.3м,н). На выходе элемента 7 ИЛИ (фиг.Зо)формируется симметричная относительно математического ожидания зона (-Kfe-+Kb), которая управляет прохождением через

0 входной ключ 3 фронтов случайных отклонений. Если Отклонение превышает , фронт не проходит через входной ключ 3 (фиг.Зп).

Триггер 14 коррекции с блокрм 26

5 управления управляют первым и йторым циклом измерений. Вначале, при сбросе, триггер 14 устанавливается в состояние и открывает ключ 19 и элемент 7 ИЛИ. При этом входной ключ 3 открывается в течение всего первого цикла, все фронты поступают в схему измерений,- Элемент 16 И оказывается закрытым, а формирователь 1 импульса, триггер 2 So ны, элементы 4 и 5 И оказываются заблокированными, так как элемент 7 ИЛИ открыт триггером 14. Все отклонения регистрируются первым 12 и вторым 24 счетчиками и счетчиком 22 памяти. При заполнении счетчика 13 событий, регистрирующим конец первого цикла, триггер коррекции устанавливается в состояние ,, ключ 19 закрывается, элемент 16 И открывается, а схема 7 ИЛИ начинает управляться элементами 4 и 5 И. В счетчике 22 сохраняется память величины КЪ, в результате чего счетчик 20, триггер 2, Элементы 4 и 5 И и элемент 7 ИЛИ формируют симметричную зону {-KU-rKt) , которая не пропускает в течение второго цикла через входной ключ 3 грубые промахи-отклонени превышающие КЬ. Так, например запрещено отклонение Хо на фиг.Зв, так как оно превышает интервал КЬ на фиг.Зо. Блок управления по окончанию первого цикла сб-расывает второй счет чик 24, и во втор.ом цикле, регистрируемым вторым заполнением счетчика 13, уточненный результат измерения Ь записан во второй счетчик 24. Конец второго цикла, регистрируемый вторым заполнением счетчика 13 реги трируется блоком управления 26, кото рый закрьшает входной ключ 3. Лля повторения цикла измерений необходимо .дать сброс из блока управления по которому триггер коррекции 14 устанавливается в состояние , открывается входной ключ 3 и сбрасывается показание второго счетчика 24. Если счетчик 22 памяти имеет элементы памяти, хранящие результат измерений КЪ, а сам счетчик использовать для подсчета уточненной, величины КЪ после отбрасывания промахов, Можно осуществить измерение ti методом последовательных приближений: вначале определяется, величина КЪ и запоминается, например, в регистре памяти,затем (в следукяцем цикле) отбрасываются промахи и уточняется величина КЪ счетчиком памяти и новая, уточненная величина записывается в регистр памяти и т.д. Технико-экономический эффект уст ройства состоит в повышении точности измерений путем устранения грубых промахов- в измерениях, что особенно в.ажно при автоматизации измерений . Формула изобретения Устройство определения среднеквадратического отклонения случайной величины, содержащее первый счетчик , счетный вход которого подключён к выходу первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом триггера отклонения, второй вход первого элемента И являетсй первьм входом устройства, счетный вход второго счетчика подключен к выходам первого и второго ключей, первый вход первого ключа объединен с первьом входом второго элемента И, J-входом триггера отклонения, входом инвертора и является вторым входом устрой- ства, второй вход второго элемента И объединен с первым входом третьего элемента И, первым входом второго ключа, счетным входом счетчика событий и подключен к выходу третьего ключа, информационный вход которого является третьим входом устройства, выход первого счетчика подключен к второму входу первого ключа и J входу триггера, выход триггера переноса подключен к второму входу второго ключа, выход второго счетчика соединен с входом блока отображения, выходы второго и третьего элементов И подключены соответственно к S и Rвходом триггера отклонения, К-вход которого соединен с выходом инвертора, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности, в него введены триггер зоны, триггер коррекции, счетчик зоны, счетчик памяти, блок сравнения, формирователь импульсов, три дополнительных элемента И, два элемента ИЛИ, дополнительный ключ и блок управления, управляющий вход третьего ключа подключен к выходу первого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго дополнительных элементов И, первый вхоД первого дополнительного элемента И соединен с К и R-входами триггера переноса, первым входом формирователя импульсов и подключен к выходу инвертора, второй вход формирователя импульсов объединен с первым входом второго дополнительного элемента И и является вторым входом устройства, выход формирователя импульсов соединен с первым входом триггера зоны, первый выход которого подключен к второму входу первого дополнительного элемента И и первому входу третьего дополнительного элемента И, второй вход которого является первым входом устройства, второй вход второго дополнительного элемента И соединен с вторым выходом триггера зоны, второй вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами счетчика зоны и блока сравнения, первый вход которого подключен к выходу счетчика памяти, вход которого соединён с выходом дополнительного ключа, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго ключей, третий вход дополнительного ключа объединен с третьим входЬм первого элемента ИЛИ и соединен с первым входом триггера коррекции, второй выход которого подключен, к третьему входу третьего дополнительного элемента И, выход которого соединен с входом счетчика зоны, второй выход которого подключен к второму входу блока сравнения, первый вход триггера объединен с входом блока управления и,соединен с выходом счетчика событий, .второй управляющий вход третьего ключа подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого соединение входом второго счетчика, третий выход блока

управления подключен к второму входу триггера коррекции.

2. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок управления содержит два триггера и элемент И, при этом инверсный выход первого триггера подключен к первому входу элемента И, второй вход которого объединен со счетным входом первого триггера и является входом блока, выход первого триггера соеди0нен с S-входом второго триггера,, инверсный выход которого является первым выходом блока, выход элемента И является вторым выходом блока, R-входы первого и второго триггеров

5 объединены и являются третьим выходом блока.

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

1: Авторское свидетельство СССР 363995, кл. G Об G 7/32, 1970.

0

2.Авторское свидетельство СССР № 662943, кл. G 06 F 15/36, 1976.