Устройство для определения плотности распределения вероятностей случайных процессов

Устройство для определения плотности распределения вероятностей случайных процессов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Соцналнстнмескнх

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (п)963002 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02. 02. 81 (21) 3244942/18-24 с присоединением заявки № (23)т1риоритет—

Опубликовано 30. 09. 82. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 30. 09 . 82 (5!)М. Кл.

G 06 G 7/52

3оеуАерствеиные комитет

СССР (53) УДК 681..3(088.8) по делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

А.В. Блохин

М:» - ЕНТттт1 °

Г Р (, 1(еы щ w (7l) Заявитель

VWf лйОYe;s (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ СЛУЧАЙНЫХ

ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено для оп ределения плотности вероятностей случайных процессов и может быть использовано в электроизмерительной технике, устройствах обработки информации и т.д.

Известны устройства для измерения плотностей вероятностей случайных процессов с использованием электроннолучевых трубок (ЭЛТ)(1).

Такие устройства в качестве измерительного преобразователя реализаций содержат ЗЛТ, содержащих наряду с обычными дополнительные элек троды, позволяющие такую ЭЛТ использовать для определения времени пребывания исследуемого сигнала в дифференциальном коридоре.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство измерения плотности распределения вероятностей напряжений реализаций случайных процессов, содержащее входной делитель, выходом подключенный к первой паре горизонтально отклоняющих пластин специальной ЭЛТ, вторая пара гоп ризонтально отклоняющих пластин которой соединена с выходом генератора пилообразного напряжения, дополнительный электрод ЗЛТ подключен

1о к микроамперметру.

Работа устройства заключается в измерении среднего значения дополнительного электрода. На горизонтально отклоняющие пластины подают реализацию исследуемого напряжения. Вторая пара пластин- свободна. Траектория движения луча при этом прямая. Положение траектории выбирают так, чтобы она пересекала центр экрана, где рас20 .положен дополнительный электродметаллическая пластина 1,5т,1,5 мм с выводом наружу. Количество элек.тродов, попавших на пластинку при не96300 иаменной плотности луча, будет пропорционально плотности вероятности исследуемого напряжения. Ток микроамперметра характеризует плотность вероятности в дифференциальном коридоре, определяемом размерами пластинки. Для того, чтобы эффективный. дифференциальный коридор определялся только размерами пластин с помощью регулируемого источника, подбирают . p соответствующий потенциал на дополнительном электроде. Уровень анализа изменяют при помощи развертывающего пилообразного напряжения с генератора. Достоинством известного устройства является широкий диапазон рабочих частот (2 ). ,Одна>:о точность измерений невелика. При больших значениях измеряемых плотностей вероятностей (0,1 и более) 20 величина относительной погрешности составляет не менее g3 и обусловлеII@ в основном нелинейностью развертывающего напряжения. При измерении малых плотностей вероятностей (0,0010,01) большая погрешность (10-20 ) обусловлена в основном низкой.точностью определения среднего значения тока через пластинку, так как веро-.. ятность появления луча в ее окрест30 насти мала. Г1о этой же причине невозможно измерение плотностей вероятностей менее 0,001, так как ток пластинки при этом будет иметь вид импульсов, далеко отстоящих по времени друг от друга и появляющихся в моменты пересе- чений лучом ЭЛТ пластинки. Среднее значение тока этих импульсов, появляющихся со случайным периодом, определяется с большой погрзшностью. Кроме того, когда это среднее значение бу- 4О дет соизмеримо с собственными шумами электроннолучевой трубки, измерения невозможны.

Цег>ь изобретения - повышение точ-.. ности измерений. 45

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения плотности распределения случайных процессов, содержащее усилитель, вход которого является входом устройства, а выход соединен с первой парой горизонтально отклоняющих пластин электроннолучевой трубки типа "Политрон", дополнительно содержит генератор импульсов, генератор ступенча- ss того напряжения, ограничитель и счет,чик импульсов, причем выход генератоIðà ступенчатого напряжения подключен

2 4 к второй паре горизонтально отклоняющих пластин электроннолучевой трубки типа "Политрон" и управляющему входу счетчика импульсов, сигнальный вход которого через ограничитель соединен с дополнительным электродом электроннолучевой трубки типа "Политрон", а выход генератора импульсов подключен к входу модуляции электроннолучевой трубки типа "Политрон" и управляющему входу генератора ступенчатого напряжения.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - поясняющие временные диаграммы.

Устройство содержит входной усилитель 1, электроннолучевую трубку типа "Политрон", генератор 3 импульсов, генератор 4 ступенчатого напряжения, ограничитель 5, счетчик 6 импульсов..

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый сигнал через входной усилитель поступает на пластины Х

ЭЛТ2, которая в исходном состоянии закрыта по току. На модулятор M этой ЭЛТ (не показан) с генератора

:3 импульсов поступают положительные импульсы с периодом следования ТВ, периодически открывающие трубку по току на время, равное длительности импульсов. Если в моменты импульсов луч ЭЛТ попадает на пластину D, то в ее цепи появятся импульсы тока. Этот ток образует на входном сопротивлении блока 5 импульсы напряжения. В блоке 5 эти импульсы форми-. руются по амплитуде и длительности и поступают в счетчик 6 импульсов.

Генератор 4 ступенчатого напряжения вырабатывает напряжение, форма которого изображена на фиг. 2. В течение- интервала времени ЬТ напряжение этого генератора постоянно, затем изменяется скачком. Это напряжение в..качестве развертывающего поступает на горизонтально отклоняющие пластины

X > ЭЛТ, осуществляя развертку луча в горизонтальной плоскости. Кроме того, это напряжение поступает на счетчик импульсов, осуществляя сброс в ноль его показаний в момент скачка развертывающего напряжения.

В интервал времени hT счетчик считает импульсы, поступающие на него с блока .5. Оценка плотности

5 96300 вероятности w+(x) a x определяется при этом соотношением

w (x) дх =

1 1 Т ьТ где n — - число импульсов, сосчитанных счетчиком за интервал времени дТ;

Т вЂ” период следования импульсов генератора 3.

Если выбрать отношение дТ/Te — 10

=10, то

М -GL

w (х)- д х=п ° 10 устройство получается прямопоказывающим, а число о(определяет положение запятой в отсчете. 15

Повышение точности измерений в устройстве достигается по следующим причинам.

Введение в схему новых элементов позволяет от измерения среднего зна- 2р чения тока пластинки перейти к измерению числа импульсов напряжения эа время дТ. Определить факт наличия импульса (или измерить их число эа определенный интервал времени) можно даже в ТоМ случае, если за весь промежуток времени дТ будет всего один импульс (или несколько). Определить же среднее значение тока пластинки в этих условиях практически невозможно.

Уровни анализа в течение времени дТ постоянны. Благодаря этому полностью устранена погрешность нелинейности развертки прототипа.

Предлагаемое устройство позволяет определить выбранйые значения плотности распределения вероятностей в цифровом виде при непосредственном. отсчете.

Итак, снабжение предлагаемого устройства указанными выше элементами позволяет полностью избавиться от аппаратных погрешностей, свойственных прототипу. погрешности нелинейности развертки, погрешности измерения малых значений и невозможности измерения весьма малых значений

w (x).дх. При этом погрешности, изме. рений будут в основном определяться статистическими погрешностями, которые зависят от свойств исследуемых процессов и продолжительности интервала анализа. Кроме тбго, повышена помехоустойчивость устройства эа счет

l 55 стробирования сигнала импульсами с генератора 3.

Экспериментальная установка, реализующая предлагаемое устройство, со2 6 брана на основе ЭЛТ, изготовленной из обычной осциллографической трубки

8Л029И добавлением в нее дополнительного электрода. Рабочий диапазон частот исследуемых сигналов 0,01 Гц—

20 МГц. Диапазон измеряемых выборочных значений w (x) b x и 1-10

% -5

Погрешности измерения плотностей вероятностей при этом

w (х). дх=10 не. хуже 0,014, w (x).дх=10, не хуже 0,034, w (x) - дх=10, не хуже 0,1ь, w (x).ëx=10 не хуже 3

Сравнение с прототипом дает возможность установить, что при одинаковых статистических данных точность измерения предлагаемым устройством повышена для плотности вероятности

0,1 в 500 раз; для плотности вероятности 0,001 в 200 раз.

Кроме того, диапазон измеряемых значений расширен с минимального значения и (х).д х=10 в прототипе до

w (х)- дх=10

Полученные технические параметры анализатора (частотный диапазон

0,01 Гц-20 МГц при высокой точности измерений) выгодно отличают его от существующих приборов статистического анализа.

Предлагаемое устройство целесообразно использовать в электроиэмерительной технике при аппаратурном анализе плотности вероятностей мгновенных значений случайных сигналов, когда в широком частотном диапазоне необходима высокая точность измерений.Кроме того, применение предлагаемого устройства обеспечивает большое удобство при исследовании неизвестных законов распределений, при использовании его для контроля распределения, для демонстрации того или иного типа распределений.

Формула изобретения

Ф

Устройство для определения плотности распределения вероятностей случайных процессов, содержащее усилитель, вход которого является входом устройства, а выход соединен с первой парой горизонтально отклоняющих

L пластин электроннолучевой трубки типа "Политрон", о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно дополнительно

7 963002 8 содержит генератор импульсов, гене- типа "Политрон" и к управляющему ратор ступенчатого напряжения, огра- входу генератора ступенчатого напряничитель и счетчик импульсов, причем жения. выход генератора ступенчатого напря". жения подключен к второй паре гори- Источники информации, зонтально отклоняющих пластин элек- принятые во внимание при экспертизе троннолучевой трубки типа "Политрон! 1, Мирский Г. Я. Аппаратурное и управляющему входу счетчика импуль- определение характеристик случай сов, сигнальный вход которого через ных процессов. М., "Энергия", 1972, ограничитель соединен с дополнитель- 1в с. 49-55. ным электродом электроннолучевой 2. (.ien Н. Probability Density трубки типа "Политрон", а выход гене- Measurement with an Electrode ратора импульсов подключен к входу Monuted in the Fase.-"The Rev. of модуляции электроннолучевой трубки Sci: Justr", 1959, и 12 (прототип).

Заказ 7517 72 Тираж 731

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Ра шская наб.

Подписное д 4/5

Филиал flAIl Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, Составитель В. Фукалов

Редактор Н. Ковалева Техред М. Гергель Корректор,Н. Буряк