Устройство для определения плотности распределения вероятностей случайных процессов Советский патент 1982 года по МПК G06G7/52 

иаменной плотности луча, будет пропорционально плотности вероятности :исследуемого напряжения. Ток микроамперметра характеризует плотность вероятности в дифференциальном коридоре, определяемом размерами пластин ки. Для того, чтобы эффективный дифференциальный коридор определялся только размерами пластин с помощью регулируемого источника, подбирают соответствующий потенциал -на дополнительном электроде. Уровень анализа изменяют при помощи развертывающего пилообразного напряжения с гене ратора. Достоинством известного устройства является широкий диапазон рабочих частот 2 . .Однако точность измерений невелика, При больших значениях измеряемых плотностей вероятностей (О,1 и более величина относительной погрешности составляет не менее % и обусловлена в основном нелинейностью разверты вающего напряженияi При измерении малых плотностей вероятностей (0.001 0,01) большая погрешность (10-20%) обусловлена в основном низкой.точностью определения среднего значения тока через пластинку, так как вероятность появления луча в ее окрестности мала. По этой же причине невоз можно измерение плотностей вероятнос тей менее 0,001, так как ток пластин ки при этом будет иметь вид импульсо далеко отстоящих по времени друг от друга и появляющихся в моменты Перес чений лучом ЭЛТ пластинки. Среднее значение тока этих импульсов, появля ющихся со случайным периодом, определяется с большой погрешностью. Кроме того, когда это среднее значение будет соизмеримо с собственными шумами электроннолучевой трубки, измерения невозможны. Цель изобретения - повышение точ-. ности измерений. Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения плотности распределения случайных процессов, содержащее усилитель, вхо которого является входом устройства, а выход соединен с первой парой горизонтально отклоняющих пластин электроннолучевой трубки типа Политрон, дополнительно содержит генератор импульсов, генератор ступенчатого напряжения, ограничитель и счет ,мик импульсов, причем выход генерато ipa ступенчатого напряжения подключен к второй паре горизонтально отклоняющих пластин электроннолучевой трубки типа Политрон и управляющему входу счетчика импульсов, сигнальный вход которого через ограничитель соединен с дополнительным электродом электроннолучевой трубки типа Политрон, а выход генератора импульсов подключен к входу модуляции электроннолучевой трубки типа Политрон и управляющему входу генератора ступенчатого напряжения. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - поясняющие временные диаграммы. Устройство содержит входной усилитель 1, электроннолучевую трубку типа Политрон, генератор 3 импульсов, генератор ступенчатого напряжения, ограничитель 5, счетчик 6 импульсов. Устройство работает следующим образом. Исследуемый сигнал через входной усилитель поступает на пластины X. ЭЛТ2, которая в исходном состоянии закрыта по току. На модулятор М этой ЭЛТ (не показан) с генератора 3 импульсов поступают положительные импульсы с периодом следования Тц, периодически открывающие трубку по току навремя, равное длительности импульсов. Если в моменты импульсов луч ЭЛТ попадает на пластину Р, то в ее цепи появятся импульсы тока.. Этот ток образует на входном сопротивлении блока 5 импульсы напряжения. В блоке 5 эти импульсы форми-. руются по амплитуде и длительности и поступают в счетчик 6 импульсов. Генератор ступенчатого напряжения вырабатывает напряжение, форма которого изображена на фиг. 2. В течение интервала времени ДТ напряжение этого генератора постоянно, затем изменяется скачком. Это напряжение в. .качестве развертывающего поступает на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ, осуществляя развертку луча в горизонтальной плоскости. Кроме того, это напряжение поступает на счетчик импульсов, осуществляя сброс в ноль его показаний в момент скачка развертывающего напряжения. В интервал времени ДТ счетчик считает импульсы, поступающие на него с блока 5. Оценка плотности

вероятности w(x)-Ax определяется при этом соотношением

W(x)-Ax . ai

где п - число импульсов, сосчитанных счетчиком за интервал времени лТ;

Tft период следования импульсов генератора 3.

Если выбрать отношение ДТ/Т 10 , то

„-c(.

w(x).10 устройство получается прямопоказывающим, а число cL определяет положение запятой в отсчете.

Повышение точности измерений в устройстве достигается по следующим причинам.

Введение б схему новых элементов позволяет от измерения среднего значения тока пластинки перейти к измерению числа импульсов напряжения за время Д.Т. Определить факт наличия импульса {или измерить их число за определенный интервал времени) можно даже в том случае, если за весь промежуток времени дТ будет всего один импульс (или несколько). Определить же среднее значение тока пластинки в этих условиях практически невозможно.

Уровни анализа в течение времени дТ постоянны. Благодаря этому полностью устранена погрешность нелинейности развертки прототипа. .

Предлагаемое устройство позволяет определить выбранйые значения плотности распределения вероятностей в цифровом виде при непосредственном отсчете.

Итак, снабжение предлагаемого устройства указанными выше элементами позволяет полностью избавиться о аппаратных погрешностей, свойственных прототипу погрешности нелинейности развертки, погрешности измерения малых значений и невозможности измерения весьма малых значений W(X)-AX. При этом погрешности .изме-рений будут в основном определяться статистическими погрешностями, которые зависятот свойств исследуемых процессов и продолжительности интервала анализа. Кроме тбго, повышена помехоустойчивость устройства за сче стробирования сигнала импульсами с генератора 3Экспериментальная установка, реализующая предлагаемое устройство, собрана на основе ЭЛТ, изготовленной из обычной осциллографической трубки 8Л029И добавлением в нее дополнительного электрода. Рабочий диапазон частот исследуемых сигналов 0,01 Гц 20 МГц. Диапазон измеряемых выборочных значений w (х)-Лх и 1-10

Погрешности измерения плотностей вероятностей при этом w(x). не.хуже 0,01%, w(x) не хуже 0,03%i w(x) не хуже 0,U, w(x) не хуже 31 Сравнение с прототипом дает возможность установить, что при одинаковых статистических данных томность измерения предлагаемым устройством повышена для плотности вероятности 0,1 в 500 раз; для плотности вероятности 0,001-в 200 раз.

Кроме того, диапазон измеряемых значений расширен с минимального значения (x)-u 0

в прототипе до

(x).

Полученные технические параметры анализатора (частотный диапазон 0,01 Гц-20 МГц при высокой томности измерений) выгодно отличают его от существующих приборов статистического анализа.

Предлагаемое устройство,целесообразно использовать в электроизмерительной технике при аппаратурном анализе плотности вероятностей мгновенных значений случайных сигналов, когда в широком частотном диапазоне необходима высокая точность измере,НИИ.Кроме того, применение предлагаемого устройства обеспечивает большое удобство при исследовании неизвестных законов распределений, при использовании его для контроля распределения, для демонстрации того или иного типа распределений.

Формула изобретения /

Устройство для определения плотности распределения вероятностей случайных процессов, содержащее усилитель, вход которого является входом устройства, а выход соединен с первой парой горизонтально отклоняющих пластин электроннолучевой трубки типа Политрон, отличающ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно дополнительно

содержит генератор импульсов, генеplTop ступенчатого напряжения, ограничитель и счётчик импульсов, причем выход генератора ступенчатого напряжения подключен к второй паре горизонтальнр отклоняющих пластин электроннолучевой трубки типа Политрон и управляющему входу счетчика импульсов, сигнальный вход которого через ограничитель соединен с дополнительным электродом электроннолучевой трубки типа Политрон, а выход генератора импульсов подключен к входу модуляции электроннолучевой трубки

типа Политрон и к управляющему входу генератора ступенчатого напряжения .,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М., Энергия, 1972,

с. .

2.Lien Н. Probability Density Measurement with an Electrode Monuted in the Fase. Rev. of Sc|. Justr, 1959, Vf 12 (прототип).