Бортовой вычислитель дисперсии

Бортовой измеритель дисперсии относится к контрольно-измерительной технике и может быть использован для исследования нормированных переменных значений измеряемых процессов, в том числе при исследовании авиадвигателей. Устройство содержит последовательно соединенные блок нормализации и фильтрации, блок аналогово-цифрового преобразования; отличается тем, что, с целью повышения точности в него введены блок цифровой обработки сигнала, выполненный на базе микроконтроллера, и блок цифро-аналогового преобразования. Бортовой измеритель дисперсии нормированных переменных значений измеряемых процессов при исследовании авиадвигателей имеет ряд преимуществ: - ядром вычислителя является микроконтроллер, позволяющий увеличить точность вычисления дисперсии вследствие использования цифрового метода вычисления; одновременно применение микроконтроллера позволяет значительно уменьшить габариты устройства по сравнению с аналоговой аппаратурой. - применение универсальных функциональных блоков позволяет использовать вычислитель для оценки других статистических характеристик таких, а также существенно упрощает конструкцию измерителя дисперсии и улучшает характеристики его надежности. - применение микроконтроллера позволяет организовать у аппаратуры измерения дисперсии цифровой выход.

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для исследования нормированных переменных значений измеряемых процессов при исследовании авиадвигателей.

Известно устройство для определения дисперсии [Авторское свидетельство 1275469, кл. G06F 15/36, 1986], содержащее блок 1 центрирования, двухполупериодный выпрямитель 2, компаратор 3, генератор 4 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 5, формирователь 6 импульсов, элемент И 7, формирователь пачек импульсов 8, элемент И 9, счетчик 10, формирователь 11 интервала измерения импульсов, триггер 12 и кнопку 13 (фиг.1). Недостатками устройства являются узкий диапазон частот и низкая точность измерения.

Также известен цифровой измеритель дисперсии [Авторское свидетельство 1229777, кл. G06F 15/36, 1986], содержащий блок центрирования, двухполупериодный выпрямитель, компаратор, генератор тактовых импульсов, цифроаналоговый 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, сигнал с выхода 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.

Описанное устройство-прототип 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.

Известно устройство [Авторское свидетельство 2032939, кл. G06G 7/52, 1995] измеритель дисперсии, содержащий двухполупериодный выпрямитель 2, генератор тактовых импульсов 11, два формирователя импульсов 4 и 10, два элемента И 3 и 13, триггер 12, формирователь временных интервалов 14 и блок центрирования 1, вход которого является информационным входом измерителя, а выход подключен к входу двухполупериодного выпрямителя, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, вход установки в "1" триггера является входом запуска измерителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены делитель частоты 5, преобразователь частоты в напряжение 7, интегратор 8 и детектор 6, входы которого соединены с выходами делителя частоты и первого формирователя импульсов, а выход через преобразователь частоты в напряжение подключен к входу интегратора, выход которого соединен с входом задания частоты следования первого формирователя импульсов, информационный вход которого подключен к выходу второго элемента И, соединенному через второй формирователь импульсов с входом делителя частоты, выход первого элемента И соединен с входом формирователя временного интервала, выход которого соединен с входом установки "0" триггера, единичный выход которого подключен к второму входу первого элемента И и первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом двухполупериодного выпрямителя.(см. фиг.2)

Недостатком данного измерителя является невысокая точность измерения.

Устройство для измерения дисперсии случайных процессов [Авторское свидетельство 2047904, кл. G06G 7/52, 1995], основанное на сравнении мощности измеряемого случайного процесса с мощностью вспомогательного детерминированного сигнала, содержит блок возведения в степень, интегратор, блок индикации и разделительный конденсатор 1. С целью повышения точности измерения в него введены два сумматора 2 и 10, элемент памяти 12, пороговый блок 6, датчик опорного напряжения 11, усилитель 3, аттенюатор 9 и генератор низкочастотного (вспомогательного) сигнала 8. Данное устройство измерения дисперсии случайных процессов имеет несколько более высокую точность по сравнению с другими устройствами, но недостаточную, также узкий диапазон частот, это обусловлено применением аналогового блока возведения в степень.

Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является устройство для измерения дисперсии случайных процессов, принцип действия которого основан на возведении в квадрат и усреднении исследуемого сигнала.

Однако известные устройства обладает недостаточной точностью измерения дисперсии случайных процессов.

Техническим результатом полезной модели является повышение точности измерения оценки дисперсии стационарного случайного процесса.

Технический результат достигается тем, что в бортовое многоканальное устройство для измерения дисперсии случайных процессов, содержащее блок нормализации и фильтрации, блок аналогово-цифрового преобразования, вводится блок цифровой обработки сигналов и блок цифро-аналогового преобразования.

Краткое описание чертежей:

фиг.1 структурная схема устройства для определения дисперсии [Авторское свидетельство 1275469, кл. G06F 15/36, 1986]

фиг.2 структурная схема измерителя дисперсии [Авторское свидетельство 2032939, кл. G06G 7/52, 1995]

фиг.3 структурная схема устройства для измерения дисперсии случайных процессов [Авторское свидетельство 2047904, кл. G06G 7/52, 1995]

фиг.4 блок-схема бортового измерителя дисперсии.

Рассмотрим схему работы одного канала бортового измерителя дисперсии. Сигнал поступает на блок нормализации и фильтрации, где он центрируется. Данная функция реализована в виде конденсатора, отсекающего постоянную составляющую входного сигнала, далее сигнал нормализуется для оптимального преобразования на следующем этапе и фильтруется с помощью фильтра низких частот на переключаемых конденсаторах, отсекающего высокочастотную помеху. Далее сигнал поступает на АЦП, где с определенной частотой опроса он преобразуется в цифровой код. Цифровой код поступает на блок цифровой обработки, выполненный в виде микроконтроллера, реализующего микрокоманды вычисления оценки дисперсии для данного канала по заданной математической зависимости вида:

Где - квадрат мгновенного значения переменной составляющей напряжения центрированного выходного сигнала.

t₀ - начальный момент оценки дисперсии.

Т - время осреднения.

Вычисленное значение оценки дисперсии в виде кода поступает на ЦАП, преобразующий его в напряжение, пропорциональное оценке дисперсии входного сигнала.

Бортовой измеритель дисперсии нормированных переменных значений измеряемых процессов при исследовании авиадвигателей имеет ряд преимуществ перед представленными образцами:

- ядром вычислителя является микроконтроллер, позволяющий увеличить точность вычисления дисперсии вследствие использования цифрового метода вычисления; одновременно применение микроконтроллера позволяет значительно уменьшить габариты устройства по сравнению с аналоговой аппаратурой.

- применение универсальных функциональных блоков позволяет использовать вычислитель для оценки других статистических характеристик, а также существенно упрощает конструкцию измерителя дисперсии и улучшает характеристики его надежности.

- применение микроконтроллера позволяет организовать в аппаратуре измерения дисперсии цифровой выход.

Устройство, содержащее последовательно соединенные блок нормализации и фильтрации, блок аналогово-цифрового преобразования, отличающееся тем, что в него введены блок цифровой обработки сигналов, выполненный на базе микроконтроллера, и блок цифроаналогового преобразования.