устройство для определения начальных моментов любого порядка

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЧАЛЬНЫХ МОМЕНТОВ ЛЮБОГО ПОРЯДКА, содержащее одновибратор, два счетчика, блок деления и индикатор, вход которого соединен с выходом блока деления, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго счетчиков, отличающееся тем, что в него введены генератор прямоугольных импульсов, функциональный преобразователь, интегратор, компаратор и источник опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора, выход которого подключен к входу одновибратора, инверсный и прямой выходы которого соединены соответственно со счетным входом первого счетчика и входом сброса интегратора, выход которого подключен к второму входу компаратора, информационным входом устройства является вход функционального преобразователя, выход которого соединен с входом интегратора, выход генератора прямоугольных импульсов подключен к счетному входу второго счетчика.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вычислительной и информационно-измерительной технике и может использоваться для определения начальных моментов любого порядка (включая дробный) случайной величины х, а также любой функции y от случайного аргумента х y (х).

Известно устройство для определения одномерных начальных моментов К-го порядка случайного сигнала (1), содержащее интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, блок определения математического ожидания, реверсивные счетчики управления и результата, десятичный счетчик порядка момента, счетчик выборки, триггеры, элементы И, ИЛИ, НЕ, цифроаналоговый преобразователь, дешифратор, блок индикации, переключатели.

Недостатками аналога являются сложность и невысокая точность устройства.

К аналогам предлагаемого устройства относится также устройство для определения одномерных начальных моментов К-го порядка (2), содержащее блок сравнения, генератор случайного сигнала, состоящий из последовательно включенных генератора псевдослучайного сигнала и цифроаналогового преобразователя, генератор тактовых импульсов, счетчик, накапливающий сумматор, степенной преобразователь, блок индикации, блок задания начальных условий.

Недостатком аналога является значительная методическая погрешность устройства, обусловленная алгоритмом его работы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для определения распределения вероятностей амплитуд импульсных сигналов (3), содержащее датчик сигналов, одновибратор, пиковый детектор, формирователь импульсов, амплитудно-импульсный модулятор, счетчики, амплитудный анализатор, блок деления, индикатор.

Недостатком прототипа является значительная методическая погрешность, обусловленная алгоритмом работы устройства.

Цель изобретения повышение точности устройства вследствие применения нового алгоритма обработки информации, при котором исключается методическая погрешность.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для определения распределения вероятностей амплитуд импульсных сигналов, содержащее одновибратор, два счетчика, блок деления и индикатор, вход которого соединен с выходом блока деления, вход которого подключен соответственно к выходам первого и второго счетчиков, дополнительно введен генератор прямоугольных импульсов, функциональный преобразователь, интегратор, компаратор и источник опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора, выход которого подключен ко входу одновибратора, инверсный и прямой выходы которого соединены соответственно со счетным входом первого счетчика и с входом сброса интегратора, выход которого подключен к второму входу компаратора, информационным входом устройства является вход функционального преобразователя, выход которого соединен с входом интегратора, выход генератора прямоугольных импульсов подключен к счетному входу второго счетчика.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит входной зажим 1, соединенный с входом функционального преобразователя 2, выход которого соединен с входом интегратора 3, выход которого соединен с вторым входом компаратора 4, первый вход которого подключен к выходу источника 5 опорного напряжения (ИОН), а выход соединен с входом одновибратора 6, инверсный и прямой выходы которого соединены соответственно со счетным входом первого счетчика 7 и с входом сброса интегратора 3, генератор 8 прямоугольных импульсов (ГПИ), выход которого соединен со счетным входом второго счетчика 9, выход которого соединен с входом делителя блока 10 деления (БД), вход делимого которого подключен к выходу первого счетчика 7, а выход соединен с входом индикатора 11.

В предлагаемом частном варианте реализации устройства схема функционального преобразователя 2 содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, вход которого является входом функционального преобразователя 2, а выход соединен с адресным входом постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 13, выход которого соединен с цифровым входом цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 14, вход опорного напряжения которого подключен к выходу дополнительного ИОН 15, а выход является выходом функционального преобразователя 2.

Схема интегратора 3, в частности, содержит вход, соединенный через входной резистор 16 с инвертирующим входом операционного усилителя (ОУ) 17, соединенным с первым выводом разрядного резистора 18 и через конденсатор 19 с выходом ОУ 17, соединенным с выходами интегратора 3 и коммутатора 20, информационный вход которого соединен с вторым выводом разрядного резистора 18, а управляющий вход коммутатора 20 соединен с входом сброса интегратора 3, неинвертирующий вход ОУ 17 соединен с общей шиной устройства.

Рассмотрим работу устройства в двух вариантах применения:

А. Вариант применения устройства для определения начальных моментов исходного случайного процесса х(t).

На входной зажим 1 подается исследуемый случайный процесс х(t). На выходе АЦП 12 при этом появляется цифровой код, пропорциональный процессу

K₁₂ x(t). (1)

Этот код прикладывается к входу ПЗУ 13, которое в этом варианте применения устройства используется в качестве степенного преобразователя. На выходе ПЗУ 13 появляется двоичное число, пропорциональное степени "К" процесса х(t), т.е. выходной код ПЗУ 13 равен

K₁₃ x^K(t). (2)

Этот код преобразуется с помощью ЦАП 14 в напряжение

u₁₄ x^K(t). (3)

Выходное напряжение ЦАП 14 прикладывается к входу интегратора 3, напряжение на выходе которого изменяется по формуле

u₃ x^K(t)dt, (4) где t₁ начальный момент интегрирования;

t₂ конечный момент интегрирования, при котором интеграл u₃достигает единичного значения, задаваемого источником 5 опорного напряжения.

При u₃ u₅ компаратор 4 срабатывает, запуская своим выходным напряжением одновибратор 6.

Короткий импульс с прямого выхода одновибратора 6 воздействует на управляющий вход коммутатора 20, который, открываясь при этом, замыкает цепь разряда конденсатора 19 через резистор 18. Учитывая, что значение разрядного резистора 18 очень мало (оно на 4 порядка меньше входного резистора 16), напряжение интегратора 3 спадает до нуля за несколько микросекунд.

Короткий импульс с инверсного выхода одновибратора 6 увеличивает на единицу содержимое счетчика 7.

Аналогичная операция повторяется на следующем интервале t₂ t₃, при котором интеграл u₃ вновь нарастает от нуля до значения u₅

u₃ x^K(t)dt (5) и т.д.

Таким образом, на интервалах времени t_i t_i+1 интегратором 3 измеряются одинаковые кванты интеграла

x^K(t)dt, (6) количество которых подсчитывается счетчиком 7.

Значение каждого кванта численно равно

=U₅ (7)

Как известно, начальный момент К-го порядка равен

_к= x^K(t)dt. (8)

Время усреднения Т может быть определено по формуле

T N₉ T_п8= (9) где N₉ содержимое второго счетчика 9;

Т_п8 длительность периода импульсов ГПИ 8;

f₈ частота ГПИ 8.

Интеграл за время усреднения Т с учетом формулы (8), равен

x^K(t)dt= u₅N₇, (10) где N₇ содержимое первого счетчика 7.

С учетом формул 8-10 можно записать

_kx= u₅N₇= u₅f₈ K (11) где К u₅f₈ постоянный коэффициент пропорциональности.

Блоком 10 деления выполняется операция деления числа N₇ на N₉ выходной код БД 10 пропорционален измеряемому моменту _кх Значение момента непрерывно отображается на цифровом индикаторе 11.

Б. Вариант применения устройства для определения начальных моментов случайного процесса y(t), полученного из исходного случайного процесса х(t) после преобразования в соответствии с формулой y (x,t).

Устройство работает так же, как и в варианте А. Однако ПЗУ 13 в этом варианте применения используется в качестве функционального преобразователя, обеспечивающего на выходе ПЗУ 13 код

K₁₃ [(x)]^k. (12)

На индикаторе 11 отображается значение момента _ку

Преимуществом предлагаемого технического решения по сравнению с известными является его более высокая точность, достигаемая за счет отсутствия методической погрешности. Схема устройства проста, она реализуется на нескольких широко распространенных микросхемах.