Устройство для измерения одномерных функций

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Ресттублик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 27.Ч11 1970 (№ 1471739/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 14.Ч1.1972. Бюллетень № 19

Дата опубликования описания 12ЧII.1972

М. Кл. G 06g 7/52

Комитет по делам

I .ç0áðåòåíèé и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 681.33 3.519.2 (088.8) Авторы изобретения

Г. М. Махонин и Е, И. Коваленко

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОДНОМЕРНЫХ ФУНКЦИЙ

РАСП РЕДЕЛ ЕН ИЯ В ЕРОЯТН ОСТЕЙ

СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДНЫХ ЭТИХ ФУНКЦИЙ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области измерения характеристик случайных электрических процессов и может быть использовано для создания на его основе измерительных приборов, а также функциональных решающих блоков автоматических систем, предназначенных для работы в условиях случайных помех.

Известен способ, позволяющий одновременно измерять интегральную функцию распределения (или однозначно связанную с ней вероятность превышения исследуемым процессом уровня анализа), плотность вероятности и ее производные с достаточно высокой точностью.

Этот способ основан на том, что если »сследуемое случайное напряжение ограннчигь сверху или снизу на уровне, представляющем собой сумму двух напряжений — постоянного и малого синусоидального - частотой го вспомогательного, то при условии, что амплитуда вспомогательного напряжения значительно меньше дисперсии исследуемого процесса, гармонические составляющие полученного после ограничения процесса обладают следующими свойствами: среднее зпаченпе огибающей составляющей с частотой то оказывается прямо пропорциональным вероятности превышения исследуемым случайным процессом постоя нной составляющей уровня

2 ограничения; среднее значение огибающей гармонической составляющей с частотой 2 со величине плотности вероятности исследуемого напряжения пр» значении аргумента, равном постоянной составляющей уровня огра»ичення; среднее значение амплитуды составляюгцей с частотой >г <о (где n = 1,2 3 ...)— (>г — 2) -H lIpO»380 »0» GT»лот»ости ВРрОНТ»0сти при том же значении аргумента.

10 В простейшем случае устройство для измерений по данному способу состоит из одностороннего ограничителя, подключенного, к его выходу полосового фильтра (или эквивалентного ему устройства), который нагружен

1s на линейный детектор, прибора для измерен»я среднего значения выходного напряжения детектора и источников постоянного регулируемого н вспомогательного синусоидального напряжений. Такое устройство позволя20 ет осуществить последовательный анализ интегральной или дифференциальной функций распределения либо одной из производных этих функций в зависимости от выбора центральной частоты полосового фильтра.

25 Целесообразно этот способ применять в устройствах для параллельного анализа плотности вероятности и (или) нескольких ее производных одновременно.

Однако в таких устройствах возможно воз30 никновение дополнительных погрешностей

342194 измерений искомых функций при наличии в спектре исследуемого сигнала таких составляющих, из которых в результате ограничения могут образоваться паразитные комбинационные компоненты с частотами, равными или кратными частоте и>, а также настолько близкими к этим частотам, что такие компоненты могут попасть в полосу пропускания полосовых фильтров. Величина погрешностей, обусловленных наличием этих компонентов, зависит от отношения средних значений их амплитуд к соответствующим значениям амплитуды полезных составляющих ограниченного напряжения и при неблагоприятных условиях может достичь уровня, при котором измерения практически недосговер ве ны.

Целью изобретения является уменьш .меньшение систематических и случайных погрешностей, обусловленных влиянием указанных выше паразитных компонент, а так>ке случайных пог >ешностей, обуслоьленных ограшгченным временем усреднения выходного напряж измерительного устройстьа, без ущ существенного усложнения последнего.

Эта цель достигается применением в измерительном устройстве двух односторонних оганичителей с параллельно соединенными входамн н одинаковыми постояннымн составляющими уровня ограничения и вычитающего устройства, образуюгцсго на своем выходе р азность ограниченных напряжений. B спек е этого разностного напряжения число и интенсивность паразитных комбинационных компонент оказывается значительно меньше, чем в спектре выходного напряжения каждого нз ограничителей. Флуктуационная составляющая огибающей каждой из гармонических составляюгцнх разностного напря>кения также оказывается существенно меньше, чем у огибающих соответств>ющих составляюнгпх каждого нз ограничителей ь отдельности.

При этом интенсивность полезных составляющих в разностном напряжении оказывается не ниже (а при определенных условиях выше), чем при использовании одного ограничителя. Это обеспечивает возможность достижения вышеуказанной цели.

Блок-схема предлагаемого устройства показана на чертеже, Устройство состоит из ряда идентичных измерительных блоков (на чертеже показан один) и из общих для всех измерительных

Оло1IОв генератОра сннусоидального напряжения, фазовращателя, источника постоянного напряжения и переключателя режимов работы.

Каждый измерительный блок схемы состо,Hl нз двух односторонних ограничителей основного I и вспомогательного 2, имеющих идентичные характеристики и предназначенHbn для ограничения исследуемого случайного процесса; двух идентичных сумматоров

8, 4, предназначенных для суммирования на5

65 пряжений постоянной и переменной составляющих уровня огран>1чения ; вычитающего устройства 5, предназначенного для образования разности выходных напряжений ограничителей 1 и 2; М полосовых фильтров б — бм с центральными частотами, кратными частоте переменной составляющей у.ровня ограничения, предназначенных для выделения

М заданных гармонических составляющих выходного напряжения вычнтающего устройства 5, М идентичных детекторов 7I — 7м, предназначенных для выделения огибающих выходных напряжений полосовых фильтров, M усредняющих цепей 8,— 8м, предназначенных для выделения средних значений выходных напря>кенлй соответствующих детектор ов. Источник 9 постоянных напряжений предназначен для создания постоянных составляющих уровней ограничения. Генератор

10 создает синусоидальное напряжение, которое используется как вспомогательное напряжение для, подачи на основные ограничители

1 каждого измерительного блока переменной составляющей уровня ограничения; фазовращатель 11 предназначен для поворота фазы выходного напряжения генератора 10 перед подачей этого напряжения на сумматор 4 каждого измерительного блока. Переключатель режимов 12 предназначен для выбора режима измерений.

Измерительный блок представляет собой функционально законченное устройство, которое при наличии внешних источников постоянной и переменной составляющих уровня ограничения и индикаторного прибора может быть использован в качестве одноканального последовательного статистического анализатораа.

Этот блок может быть также использован для указанной цели в совокупности со стандартной измерительной аппаратурой общего назначения.

Фильтр б настроен на частоту I>Ä фильтр

6 на частоту 2 о, ..., фильтр 6M — на частоту Мю.

Устройство работает в двух режимах, Режим а. В этом режиме производится параллельный анализ на N уровнях одной из следующих функций: вероятности превышения исследуемым процессом заданных уровней анализа, плотности вероятности или производных от плотности вероятности порядка от 1 до М вЂ” 2, Выбор вида измеряемой функции осуществляется переключателем 1 .

12.

П аботе схемы в режиме а исследуемое ри р случайное напряж2ние подается HB входы ОГраничителей 1 и 2 каждого из N измерительных блоков. Одновременно на эти ограничители с сумматоров 3 и 4 соответственно подаются напряжения, определяющие уровни ограничения. Напряжение уровня ограничения основного ограничителя 1 измерительного блока представляет собой сумму двух напряжений — постоянного от источника 9 и малого синусоидального от генератора 10.

342194

Напряжение уровня ограничений вспомогательного ограничителя 2 этого блока также состоит из двух напряжений — постоянного от источника 9 и синусоидального с той же амплитудой, что и вспомогательное напряжение ограничителя 1, но сдвинутое по фазе относительного этого напряжения на угол, равный, где и — номер подлежащей

n+ 2 измерению производной от плотности вероятности. (Такой сдвиг фаз между вспомогательными напряжениями ограничителей 1 и 2 необходим для получения максимальных значений полезных составляющих соответствующих выходных напряжений измерительных блоков анализатора).

Выходные напряжения ограни кителей 1 и

2 поступают на вычитающее устройство 5, на выходе которого образуется разность ограниченных напряжений. Разностное напряжение содержит информацию об оценке искомой функции, как и отдельно взятые выходные напряжения ограничителей 1 и 2, но величина паразитных компонент в разностном напряжении значительно меньше аналогичных компонент, присутствующих в выходных напряжениях каждого ограничителя в отдельности. Выходное напряженке вычитающего устройства 5 поступает на входы полосовых фильтров áI — бм. С выходов полосовых фильтров напряжения подаются на следующие за фильтрами детекторы. Выходные напряжения детекторов поступают на усредняющие цепи. При указанном выше сдвиге фаз среднее значение выходного напряжения и+2 усредняющей цепи больше, чем любой из остальных входящих в блок, и пропорционально значению и-й производной от плотности.

Остальные измерительные блоки работают аналогично. Таким образом, в режиме а на М выходах статистического анализатора одновременно существуют напряжения, несущие информацию об N значениях выбранной функции. Эти напряжения подаются на соответствующие входы многоканального индикатора или (и) направляются для использования в другие устройства (например, в классификатор системы распознавания образов).

Pежи м б. В этом режиме производится параллельный анализ на N уровнях одновременно М функций, т. е. вероятности превышения, плотности вероятностей и М вЂ” 2-х производных от плотности вероятности.

При работе схемы в режиме б вспомогательное синусоидальное напряжение на сумматоры 4 измерительных блоков не подается, следовательно, ограничителем 2 исследу5

30 емый сигнал ограничивается только на постоянном уровне, Как и при работе в режиме а выходные напряжения ограничителей и 2 подаются на вычитающее устройство 5; с его выхода разность ограниченных напряжений поступает на входы всех М полосовых фильтров б — бм, а с выходов последних — на входы детекторов 7,— 7м и далее на усредняющие цепи 8> — 8м. Выходные напряжения цепей 8 и 8м, пропорциональные соответственно вероятности превышения исследуемым напряжением постоянной составляющей уровня ограничения, плотности распределения вероятности, первой производной от плотности и т. д., подаются на индикатор или другие устройства.

Таким образом, устройство позволяет получать в М раз больше значений упомянутых функций, чем в режиме а. Однако поскольку в режиме б вспомогательное сицусопдальное напряжение подается только на основные ограничители 1 измерительных блоков, значения полезных составляющих выходных напряжений этих блоков оказываются меньше, чем в режиме а, а величина паразитных компонент остается неизменной. Вследствие этого погрешности измерений искомых функций в режиме б оказываются выше, чем в режиме а.

Целесообразность применения каждого режима зависит от конкретных условий применения устройства и от требований к точносги измерений.

Предмет изобретения

Устройство для измерения одномерных функций распределения вероятностей случайных процессов и производных этих функций, содержащее в каждом измерительном канале односторонний ограничитель, подключенный ко входу устройства и соединенный по управляющему входу с сумматором, связанным с источником постоянного напряжения и источником гармонических сигналов, и полосовые фильтры, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешностей, обусловленных влиянием паразитных комбинационных и флуктуационных составляющих выходного сигнала, оно содержит в каждом измерительном канале второй сумматор и второй односторонний ограничитель„подключенный основным входом ко входу устройства, управляющим входом соединенный со вторым сумматором, и вычитающее устройство, соединенное входами с ограничителями, а выходом — с полосовыми фильтрами данного канала; второй вход второго сумматора соединен с источниками гармонических сигналов через фазовращатель.

342194

Составитель В. Жовинскнй

Техред Л. Богданова Корректор T. Миронова

Редактор Л, Утехина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2170/4 Изд. ¹ 920 Тираж 406 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5