SU958982A1 - Устройство дл измерени средней частоты импульсов нестационарного случайного потока - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к цифровой измерительной технике, преднаэначе .но дл  использовани  в статических анализаторах случайных процессов и может быть использовано дл  измерени  средней частоты на длитеЛьнс интервале времени с промежуточньм выходом результата измерений.

Известно устройство дл  измерени  средней частоты, содержащее счетчик входного потока-импульсов, делитель частоты, генератор импульсов перезаписи, счетчик результата измерений 1.

Недостатком этого устройства  вл етс  низка  точность измерений, св занна  с динамической ошибкой измерений и невозможность (из-за недопустимых погрешностей)-измерени  средней частоты потоков с нулевыми на определенном интервале.времени ускорени ми по частоте.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению  вл етс  устройство, содержащее первый и второй коммутаторы, первый -. и второй разностные счетные блоки, пороговый элемент, генератор импульсов перезаписи, делитель частоты, блок перезаписи, блок управлени ,

блок регулировкикоэффициента делени  и соответствующие св зи 2,

Недостатке этого устройства  вл етс  низка  точность измерений нестационарного случайного потока. Точность измерени  в динамическом режиме работы устройства  вл етс  следствием динамической ошибки в переходнсм процессе. Динамическа 

10 ошибка не остаетс  посто кной с течением времени (в данном случае от измерени  к измерению) и в неустановив шемс  режиме (при ненулевом ускорении .по частоте следовани 

15 импульсов), может, быть совершенно недопустимой. Нестационарные случайные процессы, дл  измерени  частоты которых предназначено это устройство , характеризуетс  ненулевыми сред20 ними значени ми первой, второй и т.д. производных (При посто нной средней скорости процесса, процесс будет со стационарными приращени ми ) .

25

Известному устройству присущи низка  точность измерений .в отдельные моменты времени, что св зано с динамической погрешностью; непосто нное значение погрешности от измерени  к измерению (причем это значение погрешности невозможно оценить каким-либо- образом), как следствие динамической погрешности; возможность использовани  устройства только дл  узкого класса нестационарных случайных процессов (измерени  дл  нестационарных процессой с большими значени ми ускорений по частоте св зано с недопустимыми погрешност ми) Известное устройство имеет аппаратурную пог|эешность, котора  при определенных услови х, например при монотонном уменьшении частоты исследуемого потока с течением вре.мени , накапливаетс  от измерени  к измерению. Аппаратурна  погрешность известного устройства св зана с делителем частоты, который производит деление количества импульсов входно го потока на коэффициент делени  с точностью до целых долей. Введение делител  частоты, производ щего деление и до дробных частей с определенной точностью св зано со значительным увеличением аппаратурных затрат на его построение и не исклю чает аппаратурной погрешности полностью , а лишь частично исключает ее, что в полной мере зависит от ко личества дробных разр дов в резуль тате делени . Алгоритм работы блока регулировк коэффициента делени  св зываетс  с результатом измерений значени  частоты , что неизбежно вызовет сложност его аппаратурной реализации и самого алгоритма работы. , Цель изобретени  - увеличение точ ности и расширение диапазона измере ний. Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  сред ней частоты импульсов нестационарного случайного потока, содержащее первый коммутатор, первый и второй разностные счетные блоки, пороговый элемент, генератор импульсов перезаписи , делитель частоты, блок упра лени , второй коммутатор, первый и второй выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами второго разностного счетного блока, информационный вход - соединен с выходом делител  частоты, а управл ющий вход - с пер вым выходом первого разностного счетного блока и с первым управл ющим входом первого коммутатора, пер вый информационный вход которого соединен с входной шиной, второй информационный вход соединен с выходом генератора импульсов перезаписи и входом делител  частоты, второй управл ющий вход - с первым выходом блока управлени , а первый и второй выходы - соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого разностного счетного блока, второй выход которого соединён с входом порогового элемента, выход .которого соединен с первым входом генератора импульсов перезаписи, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управлени , введены элемент ИЛИ, третий разностный счетный блок, третий коммутатор, счетчик интервалов и комбинационный сумматор,третий выход блока управлени  соединен с третьим входом второго разностного счетного блока, четвертый вход которого соединен с выходом комбинационного сумматора, первый вход которого соединен с выходом второго разностного счетного блока, а второй вход - с выходом третьего разностного счетного блока, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам, третьего коммутатора, а третий вход - к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом делител  частоты и информационным входом второго коммутатора, а второй вход - с первым управл ю щим входом делител  частоты, первым входом блока управлени , с вторым управл ющим входом первого коммутатора , с входом счетчика интервалов, выход которого подключен к второму управл ющему входу делител  частоты, информационный вход третьего коммутатора подключен к выходу генератора импульсов перезаписи, ко второму информационному входу первого коммутатора , к первому входу делител  частоты, а управл ющий вход - к управл ющему входу второго коммутатора , первому управл ющему входу первого коммутатора, к первому выходу первого разностного счетного блока, соединен с третьим входом разностного счетного блока. Введение в известное устройство счетчика интервалов, который определ ет количество интервалов измерени , и установка в делителе частоты коэффициента делени , соответствующего содержимому счетчика интервалов , позвол ет устранить динамическую ошибку и расширить диапазон измерений. Предположим, что в i-й момент измерени  на первый разностный счетный блок, производ щий подсчет импульсов входного потока, было подано импульсов, а во втором разностном счетном блоке находилось при этомЗначение п, соответствующее точному значению количества импульсов за (i - 1) предыдущие интервалы измерений длительностью Т, В соответствии с алгоритмом работы устройства, аналогичным алгоритму работы известного устройства 2,

после перезаписи во втором разностном счетном блоке записано число п , п,.;.. (1)

где i.- содержимое счетчика интервала , равное количеству интервалов измерени ; п - содержимое второго разност ного счетного блока после

перезаписи. . . Полученное (1) значение п-  вл етс  точным значением среднего количества за врем  Т импульсов, усредненных по всему диапазону измерени , если п. в свою очередь  вл етс  то.чным значением. Методом математической индукции можно показать,что значение п. - точное значением,если не принимать во внимание оишбку при делении делителем частоты

Окончательное значение средней частоты на . 1-ом -интервале определ етс  формулой

f. Р (2). .

В большинстве практических случаев значение Т выбираетс  кратным дес ти, т.е. равным 10 (,1,...), а значит вычисление по формуле (2) сводитс  только к смещению зап той в результате измерени  и почти не требует дополнительных аппаратных затрат.

Если не учитывать аппаратную погрешность делител  частоты, то точность измерени  средней ча.стоты импульсов нестационарного случайного потока остаетс  посто нной на всем интервале измерений и определ етс  соотношением

.-

(3)

Устранение аппаратной погрешности в предлагаемом устройстве производитс  с помощью третьего разностного счетного блока, третьего коммутатора, схемы ИЛИ и комбинацион .ного сумматора. С введением этих блоков суммарна  погрешность на любом интервале измерени  всегда определ етс  формулой {1},

На фиг.1 изображена структурна  схема устройства дл  измерени  средней частоты импульсОв нестационарного случайного потока; на фиг,2 временна  диаграмма работы блока управлени ; на фиг.3 - схема блока управлени  .-

Устройство дл  измерени средней частоты импульсов нестационарного случайного потока сострит из первого кош4утатора I,. первого разностного счетного блока 2, порогового элемента 3, генератора 4 импульсов перезаписи , делител  частоты 5, второго коммутатора б, второго разностного Счетного блока 7, блока 8 управлени  злемента 9 ИЛИ, третьего разностного счетного блока 10 третьего коммутатора 11 и счетчика 12 интервалов и комбинационного сумматора 13. .

Коммутатор 1 состоит из элемента 15 И, элемента 16 НЕ, элемента 17 И, элемента 18 НЕ, элемента 19, ИЛИ, элемента 20 И. -

Генератор 4 импульсов перезаписи

состоит из элемента 21 И, генератора 22 пр моугольных импульсов,- элемента 23 И.

Коммутатор 11 состоит из элемента 24 И, элемента 25 НЕ, элемента

26 И.

Коммутатор 6 состоит из элемента 27 И, элемента28 НЕ, элемента 29 И. Блок управлени  8 состоит из .элемента генератора 30 формировани  эталонной длительности (Т), элемента ,31 НЕ, влока 32 формировани  короткого импульса, RS-триггёра 33. элементов ИЛИ-НЕ - 34 и 35,. блока 36 формировани  короткого -импульса.

Коммутатор 1 предназначен дл  коммутации импульсных сигналов,поступающих на него с входной шины 14 и с выхода генератора 4 импульсов перезаписи, Второй управл ющий

вход коммутатора 1 соединен с первым выходом блока управлени  8/ первый управл ющий вход - с первым выходом- первого разностного -счетного блока 2, а первый и второй информационные входы с входной, шиной 14 и с выходом генератора 4 соответственно .

При поступлении на первый управл йщий вход коммутатора 1 кода i

последний коммутирует на свойпервый

выход, соединенный с суммирующим

входом блока 2, входную шину 14. При поступлении на первый управл ющий вход кода О кс 1мутатор 1 коммутирует вход генератора 4 или на

свой первый выход (в случае, если на его втором управл ющем входе код ) или на свой второй выход, соединенный с вычитающим входом блока 2 (в случае, если на его втором

У Р ллющем входе код О).

Разностные счетные блоки 2,7 и 10 представл ют собсй реверсивные П)-разр дные счетчикн (1 2,7,10) , и предназначены дл  подсчета импульсов , поступающихна их суммирующий или вычитающий Bxoffn.

Третий и четвертый входы разностных счетных блоков 2,7 и 10 предназначены дл  занесейи  в них значений , поступгиощих на их четвертые

входы под действием управл ющего .импульса, поступающего на их третьи входы.

Третий вход блока 2 соединен с третьим, выходом блок.а управлени  В,. а четвертый вход - с выходом комби национного сумматора 13. Третий вход блока 10 соединен с выходом элемента 9 ИЛИ, а на четве том входе блока 10 всегда набран к 000. .. ..0001 . Третий и четвертый входы блока предназначены дл  его обнулени  си налом Сброс с выхода блока управлени  8 (этой св зи на фиг.1 не показано). . Второй выход счетного блока 2, соединенный с входом порогового элемента 3 представл ет собой всё его Tifi разр да. Выход второго счетного блока 7 представл ет собой проинвертирован ные п его разр ды. Выход третьего счетного блока 10 - соответствующие его разр дам . - : .... Первый .выход блока 2 представл е .т собой одноразр дный код 1 или О , что зависит от знака со держимого в разностном счетном бло ке 2. Положительное его содержимое характеризуетс  кодом О , а отри цательное - кодом . . Пороговый элемент 3 предназначен дл  определени  нулевого значени  в п -разр дном коде, поступающем на его вход с выхода разностного счетного блока 2: при. нулевом значении этого кода на его выходе вырабатывает.с  код О , в противном случае - код . Генератор 4 импульсов перезапис . представл ет собой (фиг;1) генератор 22 пр моугольных импульсов, вы ход которого блокируетс  с помощью элементов 21 и 23 И сигналами, поступающими с выходов порогового элемента 3 и блока 8. Делитель 5 частоты представл ет собой делитель с переменным коэффициентом делени , коэффициент делени  которого устанавливаетс  кодОм поступающим на его второй управл ющий вход. Первый управл ющий вход предназначен, дл  сброса делител  5 в состо ние Второй и третий коммутаторы 6 и 11 предназначены дл  коммутации импульсов, поступающих на ихинформационные входы, на первый или второй их выходы. Коммутаци  производитс  с помощью сигнала, поступающего на их управл ющие входы (фиг.1 с помощью элементов 24 и 26 И и элемента 25 НЕ дл  третьего коммутатора 11 и элементов 27 и 29 И и элемента 28 НЕ дл  второго коммута .тора 6t при поступлении кода О на их управл ющие входы - коммутаци  производитс  на первнй выход, при поступлении кода i - на вто рой выход. Первые выходы второго и третьего коммутаторов.б и 11 соединены соответственно с суммирующими входами второго и третьего разностных счетных блоков 7 и 10. Вторые выходы второго и третьего коммутаторов б и 11 соединены соответственно с вычитающими входами второго и третьего разностных счетных блоков 7 и 10. Блок 8 управлени  предназначен дл  выработки управл ющих импульсов в соответствии с алгоритмом работы устройства.. . Генератор 30 формировани  эталонной длительности Т предназначен дл  выработки высокостабильных импульсов длительностью Т с периодом следовани  т. Запуск генератора 30 производитс  с входа 8 управлени .. Элемент 31 НЕ и формирователь 32 В совокупности формируют короткий отрицательный импульс длительностью С fQ . т, который коммутируетс  элементами 34 и 35 2 ИЛИ-НЕ на выход fp или k , в зависимости от состо ни  RS- триггера 33. RS-триггер 33 необходим .дл  селекции импульса TO в момент пуска устройства. RS-триггер устанавливаетс  к сигналом со входом/Пуск и сбрапервым же после сываетс  в пуска устройства (фиг.2) импульсом TO. Импульсы с длительностью Т и периодом следовани  TQ представл ют собой импульсы на первом выходе блО ка Б управлени . Длительность т при этом соответствует интервалу ;отдельного измерени  частоты импульсов . нестационарного случайного потока. Период TO в основном определ ет с  временем индикации результата Измерений за текущее значение периодов Т, которое .подсчитываетс  в счетчике 12 интервалов. . Импульсы ir представл ют собой импульсы сброса устройства в исходное состо ние и по вл ютс  на соответствующем выходе блока 8 (этот выход на фиг.1 не показан дл  упрощени  блок-схемы) только в случае сброса устройства в исходное состо ние , т.е. перед началом измере-НИИ . Длительность импульса CQ определ етс  максимальным временем сброса второго разностного счетного блока 7 или счетчика 12 интервалов. Импульсы f. формируют импульсы перезаписи в генераторе 4 и по вл ютс  на втором выходе блока 8 управлени  . Длительность импульсов перезаписи определ етс  частотой генератора 4 импульсов перезаписи и разр дностью разностнрго счетного блока 2. Импульсы TO и ( одновременно по вить.с  не могут (фиг.З) . Импульсы t/i представл ют собой импульсы управлени  параллельным переносом кода в разностный счетный блок 2 и по вл ютс  на третьем выгсоде блока 8 управлени , соединен ным/с третьим входом блока 2, Длительность импульсов t определ етс  быстродействием разностного счетног блока 2 . Комбинационный сумматор 3 предназначен дл  сс,ммировани  двоичных чисел, поступающих на его первый и второй входы. Выход комбинационного сумматора 3 соединён с четвертым входом первого разностного счетного .блока 2. Счетчик интервалбв 2 предназначе дл  подсчета количества интервалов измерени  .и дл  управлени  делителе 5 частоты. Подсосет интервалов в нем производитс  по переднему фронту им пульса Т, поступающего с первого . выхода блока 8 управлени . Выход счетчика интервалов 12 - это все ег n.j разр дов, соединенные с соответ .ствующими разр дами йа втором управ л ющем входе делител  5 частоты. . Устройство работает следующим,об разом. , .. . .- Предварительна JB блоке 8 управле ни  устанавливаетс  режим сброса. ПРИ этбм импульсом Т с первого выхо да блока 8 производитс  сброс делител  5 и через элемент 9 ИЛИ третье го разностного счетного блока 10 в исходное состо ние (одновременно с этим, производитс  подсчет входных импульсов в первом разностном -счет ном блоке 2). После этого импульсом ffl сбрасываютс  в б счетчик 12 интервалов и второй разностный счет ный блок -7 (эта св зь на фиг. 1 дл  упрощени  не .показана) , а далее, импульсным сигналом u-j .с третьего вых .ода блока 8 производитс  занесение в первый разностный блок 2 суммы 11 1 .... 11 инверсное значе . . ние содержимого блока 7 -содержимое бло0 00 .... О .0 на 10, Т..е. производитс  обнуление первого разностного счетного блока 2. На этом заканчиваетс  режим сброса , после чего импульсом длительностью Т Спервого выхода блока управлени  8 производитс  занесение в счетчик 12 интервалов значени  плюс один , обнулениё делител  5 частоты и третьего разностного счетного блока 10 (делитель 5 частоты и третий разностный счетный блок 10. уже были обнулены при сбросе ) и коммутаци  входной шины 14 через -элементы 15 И и 19 ИЛИ на- суммирующий вход первого разностного счетного блока 2, который подсчитывает число импульсов исследуемого импульсного сигнала за врем  Т. i . После окончани  импульса Т блоком 8 управлени  формируетс  импульс 1, который, поступа  на второй вход генератора 4 импульсов перезаписи , разрешает, в случае, если на выходе порогового элемента 3 код . , прохождение импуль сов генератора 22 через элементы 21 и 23 И на вход делител  .5 частоты, коэффициент делени  в котором установлен на значение ,один (это значение занесено в счетчик 12 интервалов). Эти же импульсы с выхода генератора:4 поступают /на второй информационный вход первого коммутатора 1 и коммутируют- . с  .последним на вычитающий вход первого разностного счетного 2, в котором перед этим было занесено положительное число импульсов входного импульсного потока. Одновременно- с поступлением на делитель 5 импульсы генератора 4 через третйй коммутатор 11 коммутируютс  на. суммирующий вход третьего разностного счетного блока 10 (на управл ющий вход третьего .коммутатора 11 подан код О и он пропускает импульсы генератора 4 через элемент 24 И). Процесс заполнени  третьего разностного счетного блока 10 продолжаетс  до тех. пор, пока на выходе делител  5 частоты не по витс  импульс , который через элемент .9 1Л.ЛИ поступит на третий вход третьего разностного счеТноГо блока Ю и сбрасывает его в исходное-состо ние 00 ... .01. Этим же импульсом с выхода делител  3- частоты производитс  изменение содержимого второго разностного счетного блока 7 на . плюс единицу, второй коммутатор б коммутирует элементом 27 И выход делител  5 на суммирующий вход вто-рого счетного разностного блока 7. ПрЬцесс эаполнени  первого,второго и третьего разностных счетных блоков 2, 10 и 7 продолжаетс , до тех пор, пока в первом разностном счетном блоке 2 не окажетс  нулевое значение, которое .фиксируетс  пороговым элементом 3, на выходе которбго при этом по витс  код О , который, поступа  на вход элемента 21 И, блокирует импульсы генератора 22. При этом, в третьем разнОСтном счетном блоке 10 записываетс  число, paSHoe сумме единицы .и остатка от делени  содержимого первого разностного счетного блока 2 в момент окончани  импульса Т на содержймо.е счетчик.а 12 интервалов, а во втором разностном блоке 7 . заноситс  число, равное целой, части от этого делени . В данном случае;

n U4{k /M k m Ofl(k/i + 1 1 , где n - содержимое второго разностного счетного блока 7 после перезапири;

т - содержимое третьего разностного счетного блока 10 после перезаписи; k - содержимое первого размоетного . счетного блока 2 по окончании импульса Т (среднее значение частоты за первое измерение); i - содержимое счетчика 12 интервалов (), По завершению импульса f происходит блокирювка выхода генератора 4 элементом 23 И. В этот момент на третьем выходе блока 8 упраблени  по вл етс  импульс, который производит занесение в первый разностный счетный блок 2 суммы

m + n -п ,

где т - содержимое третьего разностного счетного блока 10; п - инверсное значение содержимого второго разностного счетного блока 7. При этом заканчиваетс  измерение дл  первого интервала длительностьют

По истечении определенного интервала времени (это врем , например, может определ тьс  временем индикации результата) на первом выходе блока 8 управлени  по вл етс  импуль Т (фиг,2), который сбрасывает передним фронтом в делитель 5 частоты и третий разностный счетный блок 10, устанавливает в счетчике 12 интервалов зна1ение равное двум и, поступа  на элемент 15 И, разрешает прохождение импульсов исследуемого потока на суммарный вход первого разностного счетного блока 2. После окончани  импульса Т на втором выходе блока 8 управлени  по вл етс  импульс tr-, (фиг,2), который разрешает прохождение импульсов генератора 22 на выход генератора 4 импульсов перезаписи, В том случае, когда содержимое первого разностного счетного блока 2 равно нулю,этого конечно, не произойдет, что не мен ет дальнейшего алгоритма работы. Импульсы с генератора 4 поступают на вход делител  5 частоты, на второй информационный вход первого коммутатора 1 и на информационный вход третьего коммутатора 11 до тех пор, пока не произойдет обнуление первого разностного счетного блока 2, после чего выход генератора 4 блокируетс  элементом 21 И.

Во втором разностном счетном блоке 10 при зтом остаток от делени  содержимого первого разностного счетчика блока 2 на содержимое счетчика 1 увеличен на единицу (аналогично первому интервалу измерени ), а результат во втором разностном счетном блоке 7 увеличен на значение, равное целой части от этого делени  (аналогично первому интервалу измерени ) , Эти значени  будут соответственно равны

L I

(

с по влением импульса Vq на третьем выходе блока 8 управлени  в первый разностный счетный блок 2 будет занесена сумма

) (V)..

-По

где п - инверсное значение кода n,j

во втором разностном счетном блоке 7.

В дальнейшем алгоритм работы устройства аналогичен опиЬанному,

На i-с л интервале измерени  значение п-, которое  вл етс  результатом измерени  частоты нестационарного случайного потока за все врем  измерений, равное IT, будет определ тьс  выражением:

|К. + т. +п.

:VU4 Г h/K .+m. 4П,

( Г V

41 (4)

Нетрудно показать, что это зна ченйё . вл етс  с.редним значением 40 частоты, умноженным на интервализмерений Т (средн   частота при этом определ етс  выражением (2) ивычисленным с точностью до цетшх единиц в выражении (4).1

45 .Таким образом, точность изме рени  1астоты исследуемого случайного потока не зависит от номера интервала 1 и остаетс  всегда меньшей значени  /Т (выражени  (2) и {4), что качественно отличает предлагаемое устройство от известных, в том числе и прототипа. Этим .достигаетс  независимость вида нестационарного случайного потока (его ускорение и ГС все более высокие производные по частоте следовани  могут бить произвольными ) и точности измерени , т.е. раслиир етс  диапазон измерений прототипа.

„ Кроме этого, предлагаемое устройство позвол ет значительно расширить верхний предел измерени  по частоте за счет снижени  точности измерений и без увеличени  аппара- . турных затрат,

Claims (2)

1.Лвторское свидетельство СССР 586397, кл. G 01 R 23/02, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР №673933,кл.С 01 R 23/02,1979.(прототип)

ги:. .

: Фиг.З