RU2032939C1

RU2032939C1 - Dispersion meter

Info

Publication number: RU2032939C1
Authority: RU
Inventors: В.С. Солдатенко
Original assignee: Солдатенко Владимир Стальевич
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1995-04-10

Abstract

FIELD: computer engineering. SUBSTANCE: dispersion meter has centering unit, full-wave rectifier, AND gates, flip-flop, clock pulse generator, pulse former, former of time intervals, indicator, detector, frequency divider and frequency-to-voltage converter. EFFECT: increased precision. 1 dwg

Description

Изобретение относится к специализированным средствам и может быть использовано для оперативной обработки быстроменяющихся процессов. The invention relates to specialized tools and can be used for online processing of rapidly changing processes.

Известно устройство для определения дисперсии [1] содержащее генератор импульсов, счетчик, регистр, группу элементов И, блок возведения в квадрат, два сумматора, блок вычисления, дешифратор, две группы элементов 2И-ИЛИ, три элемента задержки, элемент запрета с соответствующими связями, обеспечивающими работоспособность устройства. Недостатками устройства являются узкий диапазон частот и низкая точность измерения. A device for determining the dispersion [1] containing a pulse generator, a counter, a register, a group of AND elements, a squaring unit, two adders, a calculation unit, a decoder, two groups of 2-OR elements, three delay elements, a prohibition element with corresponding connections, ensuring the operability of the device. The disadvantages of the device are a narrow frequency range and low measurement accuracy.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому изобретению является цифровой измеритель дисперсии [2] содержащий блок центрирования, двухполупериодный выпрямитель, компаратор, генератор тактовых импульсов, цифроана- логовый преобразователь, формирователь импульсов, два элемента И, формирователь пачек импульсов, индикатор, формирователь интервала измерения, триггер, кнопку. При этом блок центрирования, двухполупериодный выпрямитель, компаратор, индикатор соединены последовательно, вход сброса индикатора соединен с выходом триггера, вход установки в "1" которого является входом запуска измерителя, выход компаратора поступает на вход формирователя импульсов и первый вход элемента И, на второй вход которого поступает выход генератора тактовых импульсов, который также поступает на вход цифроаналогового преобразователя и на вход элемента И и вход формирователя интервала времени измерения, выход цифроаналогового преобразователя связан со вторым входом компаратора, выход элемента И поступает на второй вход формирователя пачек импульсов, выход которого поступает на второй вход второго элемента И, третий вход которого связан с выходом формирователя интервала измерения. Closest to the technical solution to the proposed invention is a digital dispersion meter [2] comprising a centering unit, a half-wave rectifier, a comparator, a clock, a digital-to-analog converter, a pulse shaper, two I elements, a pulse train shaper, an indicator, a measurement interval shaper, trigger button. In this case, the centering unit, the half-wave rectifier, the comparator, the indicator are connected in series, the reset input of the indicator is connected to the trigger output, the installation input to "1" of which is the meter start input, the comparator output goes to the pulse former and the first input of the And element, to the second input which receives the output of the clock generator, which also goes to the input of the digital-to-analog converter and to the input of the And element and the input of the shaper of the measurement time interval, the output of the digital analogs of the second converter is connected to the second input of the comparator, the output of the element And goes to the second input of the shaper of the pulse packets, the output of which goes to the second input of the second element And, the third input of which is connected to the output of the shaper of the measurement interval.

Известное устройство-прототип [2] имеет низкую точность измерения и узкий диапазон рабочих частот. Это обусловлено используемым в устройстве методом измерения, который состоит в определении дисперсии путем подсчета счетчиком числа импульсов, сформированных формирователем пачек импульсов в течение периода времени, соответствующего превышению случайным процессом пилообразного напряжения, также формируемого блоками устройства. The known prototype device [2] has a low measurement accuracy and a narrow range of operating frequencies. This is due to the measurement method used in the device, which consists in determining the variance by counting the number of pulses generated by the pulse shaper for a period of time corresponding to the excess of a sawtooth voltage, also generated by the device blocks, by a random process.

Целью изобретения является расширение диапазона рабочих частот и повышение точности измерения. The aim of the invention is to expand the range of operating frequencies and improve measurement accuracy.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее индикатор, последовательно соединенные блок центрирования, двухполупериодный выпрямитель и первый элемент И, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, второй элемент И и формирователь временных интервалов, а также кнопку и триггер, причем вход установки в "1" триггера связан с кнопкой, а вход установки в "0" триггера соединен с выходом формирователя временных интервалов, выход триггера поступает на вторые входы элементов И, вводятся последовательно соединенные первый формирователь импульсов, делитель частоты, детектор биений, преобразователь частоты в напряжение, интегратор, второй формирователь импульсов, выход которого соединен со вторым входом детектора биений, причем выход интегратора поступает на вход индикатора, а выход первого элемента И поступает на входы формирователей импульсов. This goal is achieved by the fact that in a device containing an indicator, a centering unit connected in series, a half-wave rectifier and a first element And, series-connected clock pulses, a second element And and a shaper of time intervals, as well as a button and a trigger, and the installation input to "1 "the trigger is connected to the button, and the input to the" 0 "trigger is connected to the output of the time slot former, the trigger output goes to the second inputs of the AND elements, they are connected in series the first pulse former, frequency divider, beat detector, frequency to voltage converter, integrator, second pulse generator, the output of which is connected to the second input of the beat detector, the integrator output being fed to the indicator input, and the output of the first AND element being fed to the pulse former inputs.

Принцип работы устройства можно пояснить следующим образом. The principle of operation of the device can be explained as follows.

Число выбросов случайного, нормально распределенного сигнала определяется выражением
N_E= N₀·exp

-

(1) где N_o число пересечений случайным сигналом нулевого уровня;
N_Е число пересечений случайным сигналом уровня Е;
D дисперсия случайного сигнала.The number of outliers of a random, normally distributed signal is determined by the expression
N _E = N ₀ · exp

-

(1) where N _{o is the} number of crossings by a random signal of the zero level;
N _{E is the} number of crossings by a random signal of level E;
D is the dispersion of a random signal.

Число пересечений нулевого уровня и уровня Е за время измерения Т можно определить по формулам
N_o f_o ˙ T; (2)
N_E f_E ˙ T, где f_o частота пересечения сигналом нулевого уровня;
f_Е частота пересечения сигналом уровня Е.The number of intersections of the zero level and level E during the measurement T can be determined by the formulas
N _o f _o ˙ T; (2)
N _E f _E ˙ T, where f _{o is the} frequency of the signal crossing the zero level;
f _{E the} frequency of crossing the signal level E.

Из формул (1) и (2) получаем
f_E= f₀·exp

-

(3)
Из формулы (3) можно сделать вывод о том, что
D E²; (4)
когда
ln

-0,5 (5)
Используя формулу (5), имеем, что равенство (4) справедливо при следующем соотношении частот f_E и f_o:
f_E 0,606 f_o. (6)
Таким образом, определив f_o, сформировав f_E, согласно зависимости (6), можно получить величину уровня Е. Далее, проградуировав шкалу индикатора по квадратичной зависимости, имеем значение дисперсии D. При этом шкала индикатора относительно измеряемой величины Е является линейной.From formulas (1) and (2) we obtain
f _E = f ₀ exp

-

(3)
From formula (3) we can conclude that
DE ² ; (4)
when
ln

-0.5 (5)
Using formula (5), we have that equality (4) is valid in the following ratio of frequencies f _E and f _o :
f _E 0.606 f _o . (6)
Thus, having determined f _o , having formed f _E , according to dependence (6), we can obtain the value of level E. Next, by grading the indicator scale by a quadratic dependence, we have the dispersion value D. Moreover, the indicator scale relative to the measured value E is linear.

Диапазон рабочих частот может достигать сотен мегагерц, поскольку он зависит только от быстродействия формирователей. Точность процесса измерения дисперсии повышается за счет сокращения числа промежуточных преобразований исходного процесса. The range of operating frequencies can reach hundreds of megahertz, since it depends only on the speed of the formers. The accuracy of the dispersion measurement process is improved by reducing the number of intermediate transformations of the original process.

На чертеже представлена функциональная схема устройства. The drawing shows a functional diagram of the device.

Измеритель содержит: блок 1 центрирования, двухполупериодный выпрямитель 2, элемент И 3, формирователь импульсов 4, делитель частоты 5, детектор биений 6, преобразователь частоты в напряжение 7, интегратор 8, индикатор 9, формирователь импульсов 10, генератор тактовых импульсов 11, триггер 12, элемент И 13, формирователь 14 временных интервалов, кнопку 15. The meter contains: centering unit 1, a half-wave rectifier 2, element 3, pulse shaper 4, frequency divider 5, beat detector 6, frequency to voltage converter 7, integrator 8, indicator 9, pulse shaper 10, clock pulse generator 11, trigger 12 , element And 13, shaper 14 time intervals, button 15.

Блок 1 центрирования, двухполупериодный выпрямитель 2, элемент И 3, формирователь 4, делитель частоты 5, детектор 6 биений, преобразователь 7, интегратор 8, индикатор 9 соединены последовательно, при этом выход элемента И 3 соединен с первым входом формирователя 10, управляющий вход которого связан с выходом интегратора 8, а выход соединен со входом детектора 6 биений, кроме этого, генератор 11 тактовых импульсов, элемент И 13, и формирователь 14 соединены последовательно, причем входы триггера 12 связаны с кнопкой 15 и с выходом формирователя 14, выход триггера 12 поступает на вторые входы элементов И. Centering unit 1, half-wave rectifier 2, element 3, driver 4, frequency divider 5, beat detector 6, converter 7, integrator 8, indicator 9 are connected in series, while the output of element 3 is connected to the first input of driver 10, whose control input is connected to the output of the integrator 8, and the output is connected to the input of the detector 6 beat, in addition, the clock generator 11, the element And 13, and the shaper 14 are connected in series, and the inputs of the trigger 12 are connected to the button 15 and with the output of the shaper 14, the output tr igger 12 goes to the second inputs of the elements I.

Измеритель дисперсии работает следующим образом. The dispersion meter works as follows.

До начала измерения обрабатываемое напряжение U_x(t), моделирующее стационарный эргодический нормальный процесс х(t) подается через блок 1 центрирования на вход выпрямителя 2. С выхода последнего выпрямленное и центрированное напряжение (U_x(t) поступает на первый вход элемента И 3. Процесс измерения D начинается с момента нажатия кнопки 15, при опускании которой на выходе триггера 12 формируется напряжение, разрешающее прохождение импульсов стабильной частоты с генератора 11 через элемент И 13 на вход формирователя 14 и прохождение выпрямленного и центрированного напряжения на входы формирователя 4 и формирователя 10. В начальный момент времени оба формирователя 4 и 10 формируют импульсы с частотой следования (частотой пересечения нулевого уровня входным сигналом). В этот момент
f_E f_o;
Е О.Before the measurement, the processed voltage U _x (t) simulating a stationary ergodic normal process x (t) is supplied through the centering unit 1 to the input of the rectifier 2. From the output of the last, the rectified and centered voltage (U _x (t) is supplied to the first input of the And 3 element The measurement process D starts from the moment the button 15 is pressed, when lowering it, a voltage is generated at the output of the trigger 12, allowing the stable pulses to pass from the generator 11 through the element 13 to the input of the shaper 14 and the rectified passage and centered voltage to the inputs of the shaper 4 and the shaper 10. At the initial moment of time, both shapers 4 and 10 form pulses with a repetition rate (the frequency of the zero level crossing the input signal).
f _E f _o ;
E O.

С выхода формирователя 4 частота f_o поступает на вход делителя частоты 5 с коэффициентом деления 1,647. На выходе делителя частоты 5 имеем частоту 0,607 f_o. На первый вход детектора 6 биений поступает частота 0,607 f_o с выхода делителя частоты 5, а на второй вход частота f_о с выхода формирователя 10. На выходе детектора 6 биений снимается частота Δf, равная
Δ f f_o 0,607 f_o (7)
Эта частота поступает на вход преобразователя 7, который формирует напряжение, соответствующее частоте Δ f. Это напряжение поступает на интегратор 8, где формируется напряжение Е смещения, поступающее на управляющий вход формирователя 10 и вход индикатора 9. В результате этого уменьшается величина f_Е, формируемая формирователем 10. Процесс продолжается до момента, когда Δ f становится равной нулю. При этом на управляющий вход формирователя 10 подается напряжение Е смещения, равное величине уровня, при котором выполняется равенство (4). Поскольку шкала индикатора 9 проградуирована по квадратичной зависимости, то значение напряжения, отображаемого индикатором, равно величине дисперсии случайного сигнала X(t).From the output of the shaper 4, the frequency f _o goes to the input of the frequency divider 5 with a division ratio of 1,647. At the output of the frequency divider 5, we have a frequency of 0.607 f _o . The frequency 0.607 f _o from the output of the frequency divider 5 is supplied to the first input of the beat detector 6, and the frequency f _о from the output of the shaper 10 is supplied to the second input. The frequency Δf equal to
Δ ff _o 0.607 f _o (7)
This frequency is fed to the input of the Converter 7, which generates a voltage corresponding to the frequency Δ f. This voltage is supplied to the integrator 8, where the bias voltage E is generated, which is supplied to the control input of the shaper 10 and the indicator input 9. As a result, the value of f _E generated by the shaper 10 decreases. The process continues until Δ f becomes equal to zero. At the same time, a bias voltage E is supplied to the control input of the shaper 10 equal to the level level at which equality (4) is satisfied. Since the indicator scale 9 is graduated quadratic, the voltage displayed by the indicator is equal to the variance of the random signal X (t).

При переполнении формирователя 14 с его выхода поступает импульс на вход триггера 12. В результате этого заканчивается поступление исследуемого сигнала на измеритель и завершается процесс измерения. When the shaper 14 is overflowed, a pulse is transmitted from its output to the input of the trigger 12. As a result of this, the test signal arrives at the meter and the measurement process ends.

Предлагаемый измеритель обладает существенными преимуществами по сравнению с известными. Диапазон рабочих частот определяется только быстродействием формирователей 4 и 10, и может достигать сотен МГц. За счет исключения из общего алгоритма функционирования ряда операций, свойственных известным устройствам, повышена точность и быстродействие измерения, а также существенно упрощена конструкция измерителя дисперсии и улучшены характеристики его надежности. Шкала индикатора 9 является линейной относительно измеряемой величины Е, что позволяет использовать устройство в автоматизированных измерительных системах. The proposed meter has significant advantages over known ones. The range of operating frequencies is determined only by the speed of the shapers 4 and 10, and can reach hundreds of MHz. Due to the exclusion from the general algorithm of functioning of a number of operations inherent in known devices, the measurement accuracy and speed have been increased, the design of the dispersion meter has been significantly simplified and its reliability characteristics have been improved. The indicator scale 9 is linear with respect to the measured value E, which allows the device to be used in automated measuring systems.

Claims

A DISPERSION METER containing a half-wave rectifier, a clock generator, two pulse shapers, two I elements, a trigger, a time shaper and a centering unit, the input of which is the information input of the meter, and the output is connected to the input of a half-wave rectifier, the output of the clock generator is connected to the first the input of the first element And, the installation input in the "1" trigger is the start input of the meter, characterized in that, in order to improve accuracy, a divider is introduced into it frequency, frequency to voltage converter, integrator and detector, the inputs of which are connected to the outputs of the frequency divider and the first pulse shaper, and the output through the frequency converter to voltage is connected to the integrator input, the output of which is connected to the input of the frequency setting of the first pulse shaper, the information input of which connected to the output of the second element And connected through the second pulse shaper to the input of the frequency divider, the output of the first element And is connected to the input of the shaper TERM interval, the output of which is connected to the setting input of "0" the flip-flop, whose single output is connected to the second input of the first AND gate and the first input of the second AND gate, a second input coupled to an output full-wave rectifier.