SU659969A1 - Цифровой измеритель суммы размахов разнопол рных выбросов случайного процесса - Google Patents

Description

1

Цифровой измеритель суммы размахов разнопол рных выбросов случайного процесса предназначен дл  использовани  в информационно-измерительной технике, в частности нри построении анализаторов параметров случайного процесса.

Известно аналоговое устройство дл  измерени  экстремальных значений функций, содержащее суммирующие цепи и интеграторы 1.

Однако аналоговые устройства дл  измерени  экстремальных значений функций обладает низкой точностью измерени .

Известно также цифровое след щее устройство , содержащее преобразователь входного сигнала в частотно-импульсный сигнал , частотный нуль-орган, счетчик импульсов , преобразователь кода во врем -импульсный сигнал ,2.

Однако указанное устройство не обеспечивает достаточной точности при измерении экстремальных значений функций.

Целью предлагаемого цифрового измерител  суммы размахов разнопол рных выбросов  вл етс  повышение точности измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровой измеритель суммы размахов разнопол рных выбросов случайного процесса , содержащий последовательно соединенные преобразователь аналогового случайного процесса во врем -импульсный снгнал, частотный нуль-орган, счетчик импульсов , преобразователь кода во врем импульсный сигнал, введены дополнительные счетчик импульсов, преобразователь кода во врем -импульсный сигнал и блок вычитани  .частот, первый и второй входы которого соединены с выходамн основного

и дополнительного преобразователей кода во врем -импульсный сигнал, а выход блока вычитани  частот подключен ко второму входу частотного нуль-органа, причем выход дополнительного счетчика импульсов

соединен со входом дополнительного преобразовател  кода во врем -импульсный сигнал, а вход дополнительного счетчика импульсов соединен со вторым выходом частотного нуль-органа.

На фиг. 1 представлена структурна  схема цифрового измерител  размаха разнонол рных выбросов случайного процесса; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов .

Цифровой измеритель суммы размахов разнопол рных выбросов случайного процесса содержит преобразователь 1 аналогового случайного процесса во врем -нмпульсный сигнал, частотный нуль-орган 2,

счетчик импульсов 3, преобразователь 4 кода во врем -импульсный сигнал, счетчи к импульсов 5, преобразователь 6 кода во врем -импульсный сигнал, блок 7 вычитани  частот. Работа цифрового измерител  суммы размахов разнопол рных выбросов случайного процесса заключаетс  в следующем. Математическое ожидание стационарного случайного процесса определ етс  по следующей формуле где Хг - дискретные выборки случайного процесса x(t), а л - число выборок за врем  наблюдени . Выражение (1) можно распространить на случай определени  математического ожидани  размахов выбросов случайного стационарного процесса x(t), где Хр - размах выбросов, представл ющих собой рассто ние в единицах измерени  величины x(t) меладу двум  соседними экстремумами функции x(t), причем Xp+i - размах между i-ым и ()-biM эстремумами при положительной производной функции x(t) в промежутке времени между этими экстремумами, Хр - при отрицательной производной x(t). Тогда -У J «+ Л Р-1 --ТГ- Р-ь р V (x,//.w), + где  +, пчисло размахов Хр . и Хр соответственно за врем  наблюдени  случайного процесса x{t). Дл  определени  математических ожиданий согласно выражени м (2, 3, 4) необходимо производить измерение всех размахов Xp+i и просуммировать их за врем  наблюдени  x(t). Входной аналоговый сигнал а (фиг. 2) x(t} поступает на преобразователь 1 (фиг. 1), с выхода которого снимаетс  врем -импульсный сигнал, например частотноимпульсный сигнал Fx{t) с частотой импульсов , пропорциональной входному сигналу а x(t) (фиг. 2). Тогда преобразователи 4 и 6 преобразуют коды в частотноимпульсные сигналы FI и FZ соответственно. На выходе блока 7 вычитани  частот по вл етс  разностный сигнал fo - i- 2Частотный нуль-орган 2 имеет два выхода: на первом выходе получаетс  разносный сигнал / FI FX-FO (фиг. 2), на втором выходе -{-AFz Fo-Fy. Пусть в начальный момент времени оба счетчика обнулены, тогда /i 0 и . При подаче входного сигнала FX разностный сигнал по вл етс  на первом выходе частотного нуль-органа 2. Путем преобразовани  выражени  дл  Д/i можно показать , что часть устройства, содержаща  счетчик импульсов 3, преобразователь 4 и блок 7 и частотный нуль-орган 2 представл ют собой след щий лреобразователь , (F, + F,)-F,, (5) Так как согласно условию, вначале работы , то F,.F,-F,. Импульсы AFi поступают на счетный вход счетчика импульсов 3, заполн   его объем. Код, снимаемый с выхода счетчика импульсов 3, преобразуетс  линейно преобразователем 4 в частотно-импульсный сигнал FI. Таким образом, исход  из выражени  (5), видно, что FI  вл етс  сигналом обратной св зи в этом след щем преобразователе . Следовательно, код счетчика импульсов 3 следит за изменением входного сигнала FX (а, следовательно, и х(/)). В точке А (фиг. 2), имеетс  экстремум, за которым производна  от x(t) мен ет свой знак на противоположный (на минус). В точке А , за точкой А 0, так как разность, выражение (5), становитс  отрицательной, счет импульсов счетчиком импульсов 3 прекращаетс , и в нем хранитс  значение кода, соответствующего точке А, преобразователь 4 вырабатывает сигнал . С точки А начинают по вл тьс  импульсы на втором выходе частотного нуль-органа 2 f,F,F,-F (F,-F,)-F,. (6) Втора  часть устройства, состо ща  из счетчика импульсов 5, преобразовател  6 и блока 7 вычитани  частот и частотного нуль-органа 2 также представл ет собой след щий преобразователь, у которого входной сигнал равен разности (Fi-FX), и сигнал обратной св зи FZ. Таким образом , на участке за точкой А входной сигнал равен ()-сигнал на фиг. 2. Код, снимаемый с выхода счетчика импульсов 5, следит за изменени ми входного сигнала, т. е. повтор ет форму сигнала в, до точки Б, где существует следующий экстремум. В точке Б , следовательно , .,-FB , т. е. в счетчике импульсов 5 накапливаетс  код, пропорциональный разности FA-FB, следовательно, пропорциональный размаху между соседними экстремумами Xp-i (фиг. 2, стрелка д). За точкой Б , так как ( F,-Fx) (Fj,-Fx) F2, счет импульсов счетчиком 5 прекращаетс ,

и в нем хранитс  значение размаха .Vp-i, одновременно по вл ютс  импульсы по первому выходу частотного нуль-органа 2 Af 1± согласно выражени  (5)

Af..:z(f, + /,)-f,(f,-fB)-f}- (7)

Открываетс  первый блок след щего преобразовани , и код счетчика импульсов 3, име  уже значение точки А, за точкой Б начинает следить за изменени ми входного сигнала FX от точки Б до точки В, этому соответствует подъем графика б за точкой Б. В точке в наступает следующий экстремум , при этом , следовательно, на этом участке FI FB-FE Fp+i, а код в счетчике импульсов 3 пропорционален сумме /i fA-j- p+b т. е. пропорционален размаху Хр+.

За точкой в, AFi 0; , открываетс  второй блок след щего преобразовани , в которой накапливаетс  код, равный в точке Г сумме размахов (xp- - -Xp-z). За точкой Г снова открываетс  первый след щий блок, работающий до следующего экстремума , при наступлении которого в счетчике импульсов 3 накапливаетс  код, равный сумме (.

Таким образом, в конце времени наблюдени  в счетчике импульсов 3 накапливаетс  код +

л. 1

а в счетчике 5 - код

N ,X,i,

1

согласно выражений (3, 4). Дл  получени  суммы всех размахов необходимо, чтобы разностный сигнал FO, снимаемый с выхода блока 7 вычитани  частот, следил за всеми изменени ми входного сигнала FX, что достигаетс  выбором посто нной времени Т обоих след щих схем предлагаемого устройства , передаточные функции которых в процессе слежени  описываютс  также выражением (5).

Аналогично протекает работа измерител  суммы размахов в случае фазоимпульсного входного сигнала, т. е. когда преобразователь 1 преобразует входной аналоговый сигнал x(t} в последовательность импульсов с переменным периодом следовани , тогда преобразователи 4 и 6 также должны формировать фазо-импульсные сигналы.

Claims (2)

1.А. В. Блохин. Аппаратурный анализ характеристик случайных сигналов. М., Энерги , 1976, с. 29-44.

2.Новицкий П. В. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л., «Энерги , 1970, с. 398, рис. 14-10.

J

иг.Г

Фиг.,