SU845164A1 - Устройство дл определени плотностиВЕРО ТНОСТи - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области автоматики и вычислительной техники , предназначено дл  измерени-  плотности веро тности экстремальных значений случайного сигнала и плотности веро тности случайного сигнала и может быть использовано в системах аппаратурного анализа случайных вибраций, где требуетс  одновременное определение плотности веро тности случайного сигнала и плотности веро тности экстремальных значений.

Известно устройство дл  определени  плотности веро тности L, содержащее сумматор, источник регулируемого посто нного напр жени , усилитель-ограничитель, источник вспомогательного пр моугольного напр жени , синхронный детектор и интегратор.

Однако устройство не измер ет одновременно плотность распределени  экстремальных значений случайного сигнала и плотность распределени  случайного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство дл  определени  плотности веро тности 2, содержащее

блок накоплени  и регистрации, первый и второй сумматоры,. первые входы которых объединены и  вл ютс  входом устройства, вторые и третьи входы сумматоров подключены соответственно к первому и второму входам источника регулируемого посто нного напр жени , к первому и второму входам вспомогательного пр мо-. .

10 угольного напр жени , выходы сумматоров соответственно через первый и второй двусторонние ограничители подключены к первому и второму блоку вычитани , выход которого

15 соединен с первым входом синхронного детектора, второй вход которого подключен к первому выходу источнику вспомогательного пр моугольного напр жени , генератор пилообразно20 го напр жени , генератор импульсов опроса и соответственно дл  положительного и отрицательного напр жении исследуемого сигнала две цепочки , кажда  из которых состоит

25 из последовательно соединенных элемента И, модул тора и аналого-цифрового преобразовател  (АЦП).Первые входы элемента И объединены и  вл ютс  входом устройства, вторые входы объединены и подключены к выходу синхронного детектора, входу генератора импульса опроса, первому входу блока .накоплени  регистрации и первому входу генератора пилообразного напр жени , второй и третий вхо ды которого подключены к выходам элементов И, соответственно первой и второй цепочек, а выход генератора пилообразного напр жени  соединен с входом источника регулируемого посто нного напр жени , третий выход которого соединен со вторым блока накоплени  и регистрации и с другими входами модул торов первой и .второй цепочки. Другие входы АЦП объединены и подключены к выходу генератора импул; v.;OB опроса, разр дные выходы АЦП подключены соответственно к первой и второй группам входов блока накоплени  и регистрации . Это устройство не измер ет одновременно плотность веро тности экстремальных значений и плотность веро тнрсти случайного сигнала, что приводит к увеличению времени анализа . Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства за счет измерени  плотности веро тности экстремальных значений случайного сигнала при одновременном измерении плотности веро т ности случайного.сигнала. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  определени  ПЛОТНОСТИ веро тности, содержаще двусторонний ограничитель, блок накоплени  и регистрации, две цепочки соответственно дл  положительного и отрицательного напр жени  исследуемо го сигнала, кажда  из которых состоит из последовательно соединенных эл мента И, модул тора АЦП при этом пер вые входы элементов И объединены и  вл ютс  входом устройства, вторые входы объединены и подключены к пер вому входу блока накоплени  и регист рации и управл ющему входу генератора пилообразного напр жени , первый и второй информационные входы которого подключены к выходам элеме тов И соответственно первой и второ цепочек, а выход генератора пилообр ного напр жени  соединен с входом источника регулируемого посто нного напр жени , выход которого соединен со вторым входом блока накоплени  и регистрации и со вторыми входами, модул торов первой и второй цепочек другие входы АЦП объединены и подключены к первому выходу генератора импульсов опроса, а разр дные выход АЦП подключены соответственно к гру пе первых и группе вторых разр дных входов блока накоплени  и регистрации , введены реверсивный счетчик, последовательно соединенные диффе .ренцирующа  цепочка и ограничитель и последовательно соединенные нульиндикатор и триггер. Выход двустороннего ограничител  соединен с входом нуль-индикатора, а вход  вл етс  входом устройства. Выход триггера подключен к управл ющему входу генератора пилообразного напр жени  и к входу дифференцирующей цепочки. Выход ограничител  подключен к информационному входу реверсивного счетчика, информационные входы которого подключены соответственно к разр дным входам АЦП обеих цепочек,- а выход реверсивного счетчика подключен к третьему входу блока накоплени  и регистрации. Второй выход генератора импульсов опроса подключен к объединенным управл ющим входам модул торов обеих цепочек. На фиг. 1 показана структурна  схема устройства дл  определени  плотности веро тности, на фиг.2 временные диаграммы, по сн ющие работу устройства. Устройство дл  определени  плотности веро тности содержит элементы И 1 , 2, выходами соответственно подключенные к первым входам модул торов 3, 4, которые выходами соответственно соединены с первыми входами первого и второго АЦП 5, б. Дифференцирующа  цепочка 7 выходом подключена к входу ограничител  8. Двусторонний ограничитель 9, выходом соединен входом нуль-индикатора 10, выход которого подключен к входу триггера 11, выходом подключенного к вторым входам элементов И 1, 2 и к входу дифференцирующей цепочки 7, а также к первому входу генератора 12 пилообразного напр жени . Генератор 12 вторым входом подключен к выходу элемента И 1, а третьим входом - к выходу элемента И 2. Реверсивный счетчик -13, первый вход которого подключен к выходу АЦП 5, а второй вход - к выходу АЦП 6. Первые и вторые разр дные входы блока 14 накоплени  и регистрации соответственно подключены к разр дным входам АЦП 5 и 6. Первый вход блока 14 подключен к входу дифференцирующей цепочки 7, второй вход соединен соответственно со вторыми вхоцами модул торов 3,4. Генератор 15 импульсов опроса первым выходом соединен с вторыми входами АЦП 5 и б, а вторым входом подк.иючен соответственно к третьим входам модул торов 3 и 4. Источник 16 регулируемого посто нного напр жени  входом соединен с выходом г-енераторгг- 12 а входом соединен с третьими входами модул торов 3 и 4 и со вторым входом блока 14. Вход 17 устройства подключен к первым входам элементо; И и к ограничителю 9. Устройство работает следующим образом. Напр жение исследуемого сигнала U-17 (t) (фиг. 2 а) поступает на вход 17 устройства и одновременно на первые входы элементов И 1,2 ограничител  9. Ограничитель 9 преобразует исследуемый сигнал t) (фиг .2 а) в случайную последователь ность бипол рных ограниченных сверху и снизу импульсов. Положительные выбросы экстремальных значений исследуемого сигнала U 7- (i) , оПревышающие уровень ограничений (t) , преобразуютс  .ограничител ми 9 в по ложительную последовательность импульсов . Отрицательные выбросы экстремальных значений исследуемого Сигнала, превышающие уровень ограни чении UQPP (t) , преобразуютс  ограни чителем 9 в отрицательную последова тельность импульсов. Общее число пе сечений нг пр жени  исследуемого сигнала U.-,(t) уровн  ограничени  ( t) совпадает с числом нулей импульсного сигнала на выходе ограничител  9 . Длительности положитель ных выбросов экстремальных значений исследуемого сигнала -совпадают с дл тельност ми соответствующих положительных импульсов, поступающих с выхода ограничител  3 на вход нульиндикатора 10. Дл  отрицательных выбросов экстремальных значений исследуемого сигнала соблюдаетс  взаимнооднозначное соответствие,как и дл  положительных значений исследуе мого сигнала. Нуль-индикатор 10 фиксирует момент прохождени  нулевого уровн  напр жени  импульсной последователь ности, поступающей на его вход,формиру  на выходе положительные .импул сы и,р ( t) (фиг. 2 б), которые управ л ют запуском триггера 11. С выхода триггера 11 пp  oyгoльныe бипол рные импульсы 11,1 (t) (фиг. 2 в) .длительностью itj соответствующие положительным и Д С соответствующ отрицательным выбросам экстремальны значений исследуемого сигнала,посту пают на вторые входы элементов И 1, 2, на первые входы дифференцирующей цепочки 7, генераторов 12 и на первый вход блока 14 накоплени  и регистрации. Элементы .И 1 и 2 по третьим входам фиксированы так,, что реализаци  исследуемого сигнала и,-, и) пребы- вает в заданном амплитудном диффере циальном коридоре - UT 2ди, в пределах которого осуществл етс  анализ экстремальных значений в заданном интервале времени Т. С выхода элементов И 1, 2 на вхо модул торов 3,4 и на второй и третий вход генератора 12 поступают соответственно положительные и отрицательные импульсы, которые повтор ют форму исследуемого сигнала и If (t) (фиг. 2 а) в пределах времени д t ; д с. Генератор 12 на выходе в зависимости от пол рности исследуемого сигнала формирует пилообразные импульсы (фиг.2 г), которые поступают на вход источника 16 регулируемого посто нного напр жени . Это напр жение измен етс  пропорционально изменению наклона импульсов генератора 12 так что во врем  нарастани  пилообразного напр жени  () (фиг.2 г) оно возрастает, а во врем  спада - падает. Модул торы 3, 4 осуществл ют амплитудно-импульсную модул цию (АИМ)(фиг.2 д) при наличии на вторых и третьих входах соответственно напр жени  импульсов выбора со второго входа генератор 15 импульсов опроса и напр жени  с источника 16 напр жени . АЦП 5, 6 при поступлении импульсов to с первого выхода генератора 15 (фиг.2,ц) преобразуют импульсы ДИМ и КИМ и осуществл ют передачу информации в параллельном коде по разр дным выходам на блок 14-накоплени  и регистрации (фиг.2 3,w). Одновременно информаци  с АЦП 5, б поступает соответственно на первый и второй входы счетчика 13. Счетчик 13 в зависимости от возрастани  или убывани  напр х ени  исследуемого сигнала (с) 1фиг.2,а) работает на сложение или на вычитание. В момент реверса с выхода счетчика 1 по влени  импульс U j (. t) (фиг. 2 к) который фикс ирует момент прохождени  экстремального значени  напр жени  исследуемого сигнала. Сброс счетчика 13 осуществл етс  в момент спада импульса дС --, (фиг. 2 б) после дифференцировани  его дифференцирующей цепочкой 7 и ограничени  ограничителем 8. Импульс сброса с выхода ограничител  8 поступает на третий вход счетчика 13 каждый раз после анализа очередного выброса напр жени  исследуемого сигнала ( t) (фиг.2 а). С выхода счетчика 13 на третий вход блока 14 накоплени  и регистрации поступает импульс метки Nэкстремального значени  напр жени  исследуемого сигнала (фиг.2 к),а на второй его вход с источника 16 напр жени  подаютс  калибровочные значени  напр жени . В блоке 14 накоплени  и регистрации осуществл етс  сравне ние числа , определ емого количеством разр дов АЦП 5 или 6 в момент опроса им-. пульсами i с числом в цифровом коде, которое пропорционально изменению значени  напр жени  wa г ыходе источника 16 напр жени  в момент по влени импульса метки экстремаль .ного значени  N, что необходимо дл  определени  плотности веро тности экстремальных значений напр жени  исследуемого сигнала U) (фиг.2 а) .

В блоке 14 накоплени  и регистрации подсчитываетс  число случаев помеченных импульсами метки N, при которых напр жение исследуемого сигнала оказалось на интервале уровней , соответствующих калиброванным значени м напр жени ;источника 16 напр жени .

Отношение этого числа случаев к общему числу случаев, зарегистрированных во врем  анализа, служит оценкой плотности веро тности экстремальных значений напр жени  исследуемого сигнала.

. Определение плотности веро тности в блоке 14 накоплени  и регистрации исследуеморо сигнала производитс  аналогично случаю, рассмотренному выше, т.е. подсчитываетс  число всех случаев, при которых напр жение исследуемого сигнала оказалось на интевале уровней, соответствующих калиброванным значени м напр жени  источника 16 напр жени  в моменты, определ емые частотой импульсов опроса - Си-ношение этого числа случаев к общему числу случаев,зарегистрированных во врем  анализа, вл етс  оценкой плотности веро тности исследуемого сигнала.

Принципиально это возможно,если амплитудный дифференциальный коридор 2uU представить в виде суммы

2uU S и: ), (2)

где и (-i) значение напр жени 

j-ro калиброванного фиксированного уровн  внутри амплитудного дифференциального коридора; Cfi - импульсы опроса равной частоты, соответствующие моменту анализа на данном J-M уровне. Анализ напр жени  исследуемого сигнала (t) (фиг. 2 а) производитс  на данном уровне анализа, когда достигаетс  равенство чисел

,-() ()

в интервалах анализа

(t),йU(t),дL(t)...йUj(t)...дu„(t),

где (}j((i}-u.M

таких, что

&-imAUj(.i)(rn). (4) Плотность веро тности экстремальных значений исследуемого сигнала на определенном J-M фиксированном уровне определ етс  как отношение числа

попаданий экстремальных значений на данный уровень к общему числу опросов , отмеченных импульсом метки по формуле

Ь,М%|&М мйШ

U)

где

)({NjCUti) ,(t)}

количество случаев, когда экстремальное значение исследуемого сигнала совпадает с (t) по амплитуде и достигаетс  их равенство в цифровой форме

. N ruV-t j.M.ru,u,j,

где - напр жение экспериментального значени  исследу0емого сигнала в

цифровом коде в момент опроса импульсами

U|i,vi(b) - напр жение калйб5 рованного сигнала

в цифровом коде; - количество всех случаев по влени  экстремсшьных

Qзначений исследуемого сигнала на интервале анализа Т.

Плотность веро тности исследуе- мого сигнала определ етс  по формуле (5) с учетом того, что множество ) значений анализируемого сигнала в момент времени t содержит множество экстремальных значений исследуемого сигнала, T.e.(t) 0 (t) гдeNj U(t) - все случаи попадани  напр жени  исследуемого сигнала и U) на заданный калиброванный уровень.

Предложенное устройство позвол с ет одновременно получать плотность веро тности экстремальных значений и плотность веро тности исследуемого сигнала, что расшир ет его функциональные возможности при однол временном сокращении времени анализа и повышает эффективность применени  предлагаемого устройства в системах аппаратурного анализа случайных процессов .

Claims (1)

1.Авторское свидетельство СССР № 359670, кл. G Об G 7/52, 1971.

2,Авторское свидетельство СССР по за вке № 2644529/24,

кл. G Об G 7/52, 1978 (прототип).