Устройство для измерения плотности распределения экстремумов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСТРЕМУМОВ, содержащее триггер, счетчик, первый регистр, дешифратор, блок элементов И, регистратор, вход которого соединен с выходом блока элементов И, первый вход которого подключен к выходу дешифратора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введеныпервый и второй формирователи импульсов , второй регистр, блок вычитания , компаратор, генератор импульсов , делитель частоты, интегратор , элемент И, элемент ИЛИ, первый и второй блоки сравнения, первые входы которых объединены и являются входами устройства, вторые входы блоков сравнения подключены к выходу интегратора, вход которого соединен с выходом триггера, с первым входом элемента ИЛИ, входом записи второго регистра, входом первого формирователя импульсов и счетным входом счетчика, выход которого соединен с вторым входом блока элементов И, третий вход которого подключен к выходу второго формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом компараторя, вход которого подключен к выходу блока вычитания, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго регистров , выход второго регистра подключен к информационному входу первого регистра и к входу дешифрато (Л ра, вход записи первого регистра соединен с выходом второго блока сравнения, выход первого блока сравнения подклчюен к второму входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход элемента И подключен к выходу .генератора импульсов, соединенному с входом делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом СХ) триггера, выход элемента И подключен к информационному входу второго регистра , вход установки в нуль которого соединен с выходом первого формирователя импульсов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСИ БЛИН

09) (И) ц1) G 06 F 15/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ KOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTKPHTHA (21) 3575826/18-24 (22) 08.04.83 (46) 07.07.84. Бюл. 9 25 (72) В.И.Жулев (?1) Рязанский радиотехнический институт (53) 681.333(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 328476, кл. G 06 F 15/36, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9 399868, кл. G 06 F 15/36, 1973 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПЛОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСТРЕМУМОВ, содержащее триггер, счетчик, первый регистр, дешифратор, блок элементов И, регистратор, вход которого соединен с выходом блока элементов И, первый вход которого подключен к выходу дешифратора, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены первый и второй формирователи импульсов, второй регистр, блок вычитания, компаратор, генератор импульсов, делитель частоты, интегратор, элемент И, элемент ИЛИ, первый и второй блоки сравнения, первые . входы которых объединены и являются входами устройства, вторые входы блоков сравнения подключены к выходу интегратора, вход которого соединен с выходом триггера, с первым входом элемента ИЛИ, входом записи второго регистра, входом первого формирователя импульсов и счетным входом счетчика, выход которого соединен с вторым входом блока элементов И, третий вход которого подключен к выходу второго формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом компаратора, вход которого подключен к выходу блока . вычитания, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго регистров, выход второго регистра подключен к информационному входу пер- Я ваго регистра и к входу дешифратора, вход записи первого регистра соединен с выходом второго блока сравнения, выход первого блока сравнения подклчюен к второму входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход элемента И подключен к выходу ,генератора импульсов, соединенному с входом делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом триггера, выход элемента И подключен к информационному входу второго регистра, вход установки в нуль которого соединен с выходом гервого фор- мирователя импульсов. времени, когда реальные экстремумы отсутствуют, что искажает искомую плотность распределения.

Цель изобретения — повышение тем ч". 0 в устрсиство для изl.1ерения плотности распределения экстремумов, одержащее триггер. счетчик первь и регистр...гешифратор, блок злемен-.Ов И, регистратор, вход которого соединен с вьвходом блока элементов И. первый вход которого подключен к выходу дешифратора„ введены первый и второй формирователи импульсов., Bioðîé регистр, блок вычигания, компаратор, генератор импульсов„ д-литепь частоты, интегра:ор,, элемент Л,. элемент ЮИ, первый

H второй 6. .:.Оки гравнения первые коro †.:ь †.<- o5" Bдинен -. H HBJIHIoTcH входами устройства вторые вхопы блоков сравнения подключены к выховторого регчстра, входом первого

-формирОвателя импульсов и счетным

Ф 1 !01840 2

Изобретение относится к статичес- мерно-ква-IToaaHHoH BTyiieII .,: Ой крикому анализу и может быть исполвз,— вой возможны сбои (=-а счет:,онечной вано в информационно-измерительных чувствительности дифференциатора и системах оперативной переработки подверженности его действию помех), информации при создании измерительно-, т.е. погрешности как по амплитуде, вычислительных комплексов для так и .пс моменту появления экстремупроведения вибрационных испытаний ма. Кроме того, в извес:Hoì анализадинамических объектов для обработ- торе при -,ëoBIIåéi-твин помех имеет ки в системах проводной и радиотеле-" место эффект возникновения "ложных метрии с аналоговым представлением 1 экстремумов, т.е. фиксация в регистсигналов, а также в ряде других об-- раторе значений сигнала в моменты ластей информационно-измерительной и контрольной техники.

Известен статический анализатор, содержащий сравнивающее устройство,. реверсивный счетчик, преобразова- точносrH- измерения. тель код — аналог, потенпиальные Постав;Iei-Ii; . = : i å, гь до стигае тся и импульсные схемы совпадения, линии задержки, ждущие мультивибраторы,. триггер, собирательную схему, дешифратор, канальные схемы совладения, переключатель„ линейные индикаторные приборы, предназначеннь1й для определения функций распределения экстремумов случайных процессов 11 ).

В данном анализаторе дрейф и гистерезнс уровней срабатывания нуль-органа следящего преобразова-теля аналог — код определяют стабильностью ширины дифференциальных коридоров и тем самым ограничивают достижимую точность анализа.

Наиболее близким к изобретению является статический анализатор, ду интегратора, вход которого соедисодержащий преобразователь напряже- пен.,с выходом триггера, с первым ние — число импульсов, двоичный входом элеме.-. .та ИЛИ, входом записи счетчик, линию задержки, ключи переписи кода, запоминающий регистр, преобразователь код — аналог, диф- вхоцом счет . IxB„EbIiiop;-,:.oòopoão

46 ференцирующий блок, триггер, деши- с-.",;единен с вторым входом блока элефратор, канальные схемы И, регистра - мен" в И,. третий ьхсд которого подтор. В указанном анализаторе выде- ключен к вь ходу второго формироваление экстремумов основано на реа- теля импуль"ов, вход которого соелизации алгоритма: аналого-цифровое динен с выходом компаратора,, вход я5 преОбразование сигнала, цифроаналО:oTopoi"o подключен к выходу блока говое преобразование, аналоговое вычитания, первый и второй входы дифференцирование ступенчато-aBàí- которого соединены соответственно тованной кривой )2 ). с ьыходами первого И второго регистПоскольку в устройстве осуществ- ров. выход второго регистра подклюляется равномерная дискретизация чен к информационному входу первого сигнала по времени, то по уровню регистра и к входу дешифратора,, квантование оказывается неравномер-- вход записи первого регистра соединым. При этом самые малые значения нен с выходом второго блока сравнеимеют уровни квантования как раз э ния, выход перво" î блока сравнения области экстремума (вблизи экстрему-- .- †.-;;.,.";Лючeн к второму входу элеменмов скорость изменения сигнала нан-,а И1ГА выход которого соединен с меньшая). В результате при реализа- первым входом элемента И, второй ции метода дифференцирования неравно- вход элемента И подключен к выходу

01840 4!

15

55

3 11 генератора импульсов, соедине:.наму с входом делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом триггера, выход элемента И подключен к информационному входу второго регистра, вход установки в нуль которого соединен с выходом первого формирователя импульсов.

Устройство реализует метод численного дифференцирования, при котором необходимо определять конечные разности, пропорциональные значениям первой производной сиги ла

x(t; ) -x(t,; ) л x> dfx(t)) .М Г

t1-t1-1 Д" 1 d f (1) где х(1} — исследуемый электрический сигнал; — моменты отсчета.

При at=const d t x(t))/ d t=-лх;, т.е. выделение экстремального значения основано на реализации первого достаточного условия существования экстремума функции х(;)=ехtrx(t) )t =1; если з Ex(t„ )-x(t;)3= з W" Г (< )

x(t „- „)l. (2)

Таким образам, суждение о прохождении сигнала через экстремум формируется при смене знака текущей конечной разности.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит схемы 1 и 2 сравнения, интегратор 3, триггер 4, делитель 5 частоты, генератор 6 импульсов, элемент ИЛИ 7, эле мент И 8, регистры 9 и 10, блок 11 вычитания, компаратор 12, формирователь 13 импульсов, блок элементов И 14, дешифратор 15, регистратор 16, формирователь 17 импульсов, счетчик 18.

Выход генератора 6 импульсов подсоединен к элементу И 8 и через делитель 5 частоты — к триггеру 4, выход которого подключен непосредственно к интегратору 3, счетчику 18, одному входу элемента ИЛИ 7, первому управляющему входу регистра 9 и через формирователь 17 импульсов — к установочному входу регистра 9. Выход интегратора соединен с одними входами схем 1 и 2 сравнения, другими входами подключен ными к источнику исследуемого сигнала. Выход схемы 1 сравнения соединен с другим входам элемента ИЛИ, выход которой через элемент И подсоединен к информационному входу регистра 9, а выход схемы 2 сравнения соединен с входом записи регистра 10. Выходы регистра 9 подключены к информационным входам регистра 10, входам дешифратора 15 и одним входам блока 11 вычитания, другие входы которого соединены с вьгхадами регистра 10.

Выходы дешифратара подключены к информационным входам блока элементов И 14, одна группа управляющих входов которого соединена с выходом счетчика, другая группа управляющих входов соединена с выходом формирователя 13 импульсов, а выходы блока

"-.. (ñ,"8èòoÁ И падключены к регистрата ру 16. Быхадь. блока вычитания соединены с кампаратарам 12, выход которого подключен к формирователю 13 импульсов.

Устройство функционирует следующим образом.

Напряжение реализации исследуемого электрического сигнала x(t) (фиг. 2a) поступает на входы схем 1 и 2 сравнения, на вторые входы которых подается треугольное напряжение (фиг. 2сх)„ снимаемое с интегратора 3. Эта треугольное напряжение получается путем интегрирования прямоугольных импульсов, вырабатываемых триггерам 4 (фиг. 2 5 ), котарьш, в свою очередь, управляется через делитель 5 частоты от генератора 6 импульсов. Рассмотрим работу схемы, начиная с момента времени t (фиг. 2o). Положительный о фронт прямоугольного импульса с триггера 4 воздействует на интегратор, которьп начинает формировать ветвь треугольного напряжения с положительным наклоном. При этом положительным потенциалом прямоугольного импульса триггера, прошедшим через элемент ИЛИ 7, открывается элемент И 8, кото"..ь.(. обеспечивает прохождение импульсов заполнения f д от генератора 6 на регистр 9. Последний работает в режиме накопления (суммирования) импульсов. При достижении треугольным напряжением х значения входного сигнала х(с) в момент времени и

1 в регистре 9 накопится число

N =(t,-t ) f,„„„„,,пропорциональное зня ению сигнала

Таким образом, использование для выделения экстремумов случайного процесса метода численного дифференцирования, при котором осуществляется сравнение значений, представленных кодами, позволяет исключить эффект возникновения -",ложных" экстремумов, значительно повысить надежность и точность определения реальных экстремальных значений и, следовательно, точность измерения плотности распределения экстремумов. Заданная допустимая погрешность анализа обеспечивается соответствующим выбором отношения гастот треугольного и входного напряжений (число отсчетов на период

51 исследуемого сигнала) . х(Ф ) (t- "0) К в1 Ка э где К вЂ” коэффициент преобразойаыия;

К = — — постоянный коэффициент. к

О 1д„

В момент равенства напряжения входного сигнала x(t) и напряжения интегратора х (т.е. в момент „) схема 2 э сравнения вырабатывает импульс (фиг. 2в), который обеспечивает

f перепись значения кода N> из регистра 9 в буферный регистр 10, после чего регистр 9 продолжает накопление импульсов до окончания положительной ветви треугольного напряжения, т.е. до момента . В момент времени t на выходе триггера 4 формируется отрицательный фронт, при этом регистр 9 переключается н режим вычитания, а элемент И открыт за счет положительного потенциала схемы 1 сравнения, так как х х(). Следовательно, н промежуток времени от момента t до момента равенства треугольного и входного напряжений (г.в), регистр 9 вычитает импульсы (фиг. 2д) . Как только треугольное напряжение становится меньше входного, схема 1 сравнения переводится в состояние, при котором элемент И 8 закрывается. Совершенно очевидно, что оставшееся значение кода регистра 9

П (N ) пропорционально значению входного напряжения н момент т.е. x(t ) =КОN з . Значение кодов

N, хранящееся в рассматриваемый

II момент в регистре, и N, хранящееся н регистре, поступают на блок 11 вычитания, который осуществляет и определение их разности 3 И=И -N>, пропорциональной первой конечной разности сигнала, т.е. Dx=K0hN

Полученная разность анализируется компаратором 12.

Если исследуемый сигнал монотонно возрастает, то всегда выполняется условие дВ, О, если убывает, то наоборот — dN;<0. При изменении знака разности с "+" на "-" исследуемый сигнал переходит через максимум и компаратор формирует логический перепад напряжения из единицы в нуль, при изменении знака разности с "-" на "+" сигнал переходит через минимум и компаратор формирует логический перепад из нуля в единицу. По этим ..;.Репадам напряжения формирователь 13 импульсов вырабатывает сигналы в моменты

„ и г ., которыми открывается тin блок элементов И 14. При этом коды экстремальных значений („) или

N(t,„), которые хранятся и указанные моменты в регистре 9, сортируются дешифратором 15 по каналам и записываются в регистратор 1б.

С началом каждого положительного полупериода импульса триггера запускается. формирователь 17 импульсов, который вырабатывает сигнал установ15 ки регистра. 9 в нулевое состояние, после чего цикл измерений текущей конечной разности повторяется и т.д.

Количество периодов прямоугольных

20 импульсов, вырабатываемых триггером, подсчитывается счетчиком 18. При наборе заданного объекта статистики сигчалом переполнения счетчика 18 блок элементов И 14 закрывается и

;?5 анализ на этом заканчивается.

Перед началом измерения необходимо осуществить установку схемы н исходное состояние. Для этого регистры 9 и 10, счетчик 18, а также регистра:ig тор 16 обнуляются (с целью упрощения чертежа цепи установки исходного состояния на схеме условно не показаны).

В результате анализа н многоканальном регистраторе 1б накапливается инфоРмация о плотности распределения.максимумов W(x „), минимумон V(x „.„) либо их совместное распределение V(x х,„,„).

ФигЛ х г ху

Фцг. 2

ИНИИПИ Заказ 4770/34 Тирж 699 - Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Узкгород, ул.Проектная,4