Устройство для измерения коэффициента корреляции двух сигналов

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

399286

Сема Свввтвкиа

Сокиалиотичеокиа

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. 21g, 30i02

21g, 30/04

Заявлено 03.11.1965 (№ 942379/26-25) с присоединением заявки №

МПК Н 05d

Н 056

УДК 550.837(088.8) Приоритет

Опубликовано 13.Ч11.1967. Бюллетень № 15

Комитет па лелем иаооретений и открытий при Совете Министров

СССР

Дата опубликования описания 30 VIII.1967

Автор изобретения

Ю. В. Хоменюк л ,заявитель

УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

КОРРЕЛЯЦИИ ДВУХ СИГНАЛОВ

J Х(1) Y(/) сй

1-. о т

) -р)л о

Известны устройства для измерения коэффициента корреляции двух сигналов. Такие устройства содержат усилители в измерительных каналах и выполнены в виде счетно-решающих машин, отдельные узлы которых поочередно осуществляют элементарные математические операции, необходимые для вычисления коэффициента.

В предложенном устройстве вычислительное устройство выполнено в виде логометра, например, элсктродинамического типа, измерительные обмотки которого подключены к выходам усилителей, а в канале опорной обмотки установлен селектор. Благодаря этому упрощается конструкция устройства и повышается точность измерений.

Устройство, кроме измерения коэффициента корреляции, позволит измерять отношение пропорциональных сигналов или их компонентов, а также сигналов, которые путем коррекции одного из пих, например сдвига по фазе, интегрирования или дифференцирования, могут быть преобразованы в пропорциональные.

На чертеже приведена структурная схема описываемого устройства.

Входные сигналы Хо(t), У,(t) и Z (/) ==7 (t) поступают соответственно на входы

1, 2 и 8 устройства, Такие сигналы могут быть получены, например, с датчиков исследуемого электромагнитного поля и соответствовать каким-либо пространственным компонентам электрической и магнитной составляющих этого поля.

Сигнал Хо(/) преобразуется корректором 4 и поступает на вход усилителя 5. Сигнал

Уо(г) поступает непосредственно на вход усилителя 6, а также после преобразования в селекторе 7 — на вход усилителя 8. Усиленные сигналы подаются в соответствующие об10 мотки логометра 9, который и указывает измеряемую величину.

Работа устройства основана на том. что в установившемся режиме логометр электродинамичсского или ферродинамического типа

15 при определенной градуировке его шкалы мо>кет указывать коэффициент корреляции К между сигналами Х(/) и У(1), который ооозначает величину

25 Необходимо, чтобы интервал интегрирования Π—:Т был достаточно малым по сравнснию с постоянной времени логометра, ток

i,(t) в одной из измерительных обмоток изменялся по закону Х(i), а ток 4(1) во второй

30 измерительной обмотке был равен току а(/) 199286

Кх, (,) v2 () ср (а) (4).

А(1) =К. В(1) x(i) =А (t)+n(t)

У (/) = В (/) +m (t) (6), (7) в обмотке опорного сигнала и изменялся по закону у(1).

Мгновенное значение момента сил, действующих на подвижную систему логометра, равно

М (t) =;р, (к) i (t) — зл (х.) i., (t) ip (t) (2) где р|(o.), р,(а) —, зависящие от конструкции логометра функции угла и, на который поворачивается подвижная система логометра относительно его неподвижной части.

Если полное время измерений достаточно для того, чтобы показания логометра успели установиться, а форма измеряемых сигналов такова, что это время можно разбить на интервалы, достаточно малые по сравнению с постоянной времени логометра, в каждом из которых среднее значение момента сил, действующих на подвижную систему, будет равно нулю, то подвижная система логометра займет положение равновесия и будет оставаться в нем практически неподвижно.

Таким образом, условие равновесия подвижной системы логометра можно записать в виде

) Af(t)dt=Q (3) о

Это условие эквивалентно соотношению 1, если шкалу логометра проградуировать по закону

Такая градуировка обеспечивает также наименьшую среднеквадратичную ошибку измерения коэффициента пропорциональности между двумя сигналами, если они связаны соотношением и поступают на измеритель в аддитивных смесях с помехами

Помехи и(/) и m(t) в выражениях б, 7 предполагаются случайными функциями времени, у которых средние значения равны пулю, а величина К" рассматривается, как измеренное значение неизвестного коэффициента К.

При электрической разведке полезных ископаемых отношение К" по выражению 1 является эффективной характеристикой исследуемых полей, обычно лишь в том случае, когда сигналы X(t) и У(/) соответствуют определенным составляюшим этих полей. Например, при исследовании вариаций естественного электромагнитного поля в качеств .. таких сигналов целесообразно использовать не полные сигналы вариаций, а лишь опреде5

55 ленные спектральные (частотные) компоненты этих вариаций.

Если устройство используется для измерения отношения мнимой и вещественной компонент поля, то одна из них предварительно должна быть сдвинута по фазе так, чтобы измеряемая величина К в соотношении 5 стала вещественной и положительной и т. п.

В связи с этим входные сигналы Хо(/) и

Уо(Ц, прежде чем попасть в логометр, подвергаются необходимым преобразованиям в селекторе 7 и корректоре 4.

Селектор выделяет из входного сигнала

У (Ц те части, которые представляют непосредственный интерес для анализа. Это могут быть, например, определенные спектральные (частотпые) компоненты сигнала или стробы, полученные в нужный момент времени. Корректор преобразует форму входного сигнала Л (1) в вид, в котором содержащаяся полезная компонента становится пропорциональной соответствующей полезной компоненте сигнала У, (() . Простейшими видами коррекции являются дифференцирование, интегрирование, сдвиг по фазе и другие операции, легко выполнимые, например, с помощью пассивных электрических цепей.

Если необходимо уменьшить влияние собственных шумов (помех) датчика канала У на результаты измерений, то вход селектора изолируют от входа усилителя б и подают на каждыи из пих сигналы от независимых датчиков одной и той же компоненты. Обозначение Zp (t) сигнала на дополнительном входе

8, указывает на то, что этот сигнал не вполне совпадает с сигналом cVp(t) на входе 2, вследствие возможной неидентичности датчиков этих каналов и помех в них.

Постоянная времени логометра накладывает ограничение на длительность сигналов, которые могут обрабатываться в соответствии с выражением 1. Чтобы снять это ограничение, в устройстве устанавливают дополнительный блок промежуточной, например, магнитной записи с регулируемой скоростью записи и воспроизведения. Введение блока промежуточной записи позволяет регистрировать сигналы необходимой длительности и воспроизводить их в течение интервала времени, соответствующего постоянной времени логометра. Изменяя скорости записи и воспроизведения, можно в широких пределах изменять диапазон рабочих частот, а также длительность сигналов, которые могут анализироваться с помощью предложенного устройства.

Предмет изобретения

Устройство для измерения коэффициента корреляции двух сигналов в геоэлектроразведке, содержащее датчики поля, усилители и вычислительное устройство, отличающеее» тем, что, с целью упрощения конструкции и

199286

Составитель 3. Попова

Ред. T. А. Рыбалова Текред А. А. Камышннкова Корректоры: А. П. Татаринцева и Е. Ф. Полионова

Заказ 2803(3 Тира и ЗЗЗ Подписное

Ц11И!ЛП1Л Комитета по делам изобретешш и откры1ий при Совете й1ипигтров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д 4

Типография, пр. Сапунова, 2 повышения точности измерений, вычислительное устройство выполнено в виде логометра, например, электродинамического типа, измерительные обмотки которого подключены к выходам усилителей, а в канале опорной обмотки установлен селектор.