SU1072067A1 - Device for determining damping factor of narrow-band random process - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАТУХАНИЯ УЗКОПОЛОСНОГО СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащее одновибратор , выход которого соединен.с информационным входом счетчика, о тл и чающеес  тем, что, с целью повышени  точности, в него введены ключ, генератор тактовых импульсов, Первый и второй интеграторы, фазовый детектор, усилитель-ограничитель, сумматор , квадратор, блок извлечени  ква:дратного корн , аналого-цифровой преобразователь и блок делени , первый вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразовател , а второй вход - к выходу счетчика, управл ющий вход которого объединен с управл ющим входом ключа и подключен к выходу генератора тактовых импульсов , информационнь1й вход ключа объединен С входом Первого интегратора и  вл етс  информационным входом устройства, а выход ключа через фазовый детектор подключен к первому входу усилител -ограничител , второй вход которого подключен к источнику посто нного напр жени , а выход сое- Q динен с входом одновибратора, первый s и второй входы суь алатора подключены (Л соответственно к выходам ключа и nepi вого интегратора, а выход сумматора через последовательно соединенные квадратор, второй интегратор и блок извлечени  квадратного корн  подключен к входу аналого-цифрового преобразовател , причем выход блока делени   вл етс  выходом устройства.A device for determining the damping factor of a narrowband random process, which contains a single vibrator, the output of which is connected to the information input of the counter, T and which means that, in order to improve the accuracy, a key, clock pulse generator, first and second integrators, phase multiplier are entered into it. , limiting amplifier, adder, quad, qua extraction unit: Dratny root, analog-to-digital converter and division unit, the first input of which is connected to the output of the analog-digital converter, and the second the input is to the output of the counter, the control input of which is combined with the control input of the key and connected to the output of the clock generator, the information input of the key is combined with the input of the First Integrator and is the information input of the device, and the output of the key is connected to the first input of the amplifier limiter, the second input of which is connected to a constant voltage source, and the output is connected to the one-vibrator input, the first s and the second inputs of the switch are connected (L, respectively, to the outputs of the key and nepi the integrator, and the output of the adder through a series-connected quad, the second integrator and the square root extraction unit are connected to the input of the analog-digital converter, the output of the division unit being the output of the device.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может найти применение при измерении статистических характеристик случайных процес сов, 3 частности в машиностроении, турбиностроении, железнодорожном транспорте, медицине. - Известно устройство дл  измерени  коэффициента затухани  случайных процессов, предназначенное дл  исследовани  процессов с любым законом распределени . Устройство содержит два входных блока, ан лого-цифровой преобразователь (АЦП двухполюсный переключатель, генератор тактовых импульсов, генератор пилообразного напр жени , генераторы гармонических сигналов, умножители соединенные с усреднител ми сравнивающие устройства, триггеры и счетчики импульсов LIJ . Недостатками устройства  вл ютс  значительные погрешности при измере НИИ коэффициента затухани , аппаратурна  сложность и невозможность из мерени  коэффициента затухани  в ре альном масштабе времени. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство, состо щее из последовательно соединенных модул тора ампли тудно-импульсной модул ции (АИМ), амплитудного селектора, формирующего , одновибратора, cxeiyoji совпадени  и первого счетчика импульсов. Генератор импульсов соединен одним выходом с входоммодул тора АИМ, а вторым входом - с входами второго счетчика импульсов и схемы задержки , выход которой соединен с входом схемы совпадений. Выход форм рующего одновибратора соединен с зк дом схемы задержки. Модул тор АИМ п образует сигнал в равномерную после довательность импульсов. Этот сигна поступае,т на амплитудный селектор Импульсы, превысившие порог селекции (среднее значение сигнала), воз действуют на одновибратор, который и формирует стандартные импульсы, Эти импульсы поступают на схему со впадени  и линии задержки. На выход схемы совпадени  сигнал по вл етс  только при одновременном по влении импульса одновибратора и дифференцирующей цепи линии задержки. Общее количество импульсов подсчитыва счетчики. Устройство вычисл ет корр л ционную функцию случайного процес са. При измерении коэффициента затухани  случайного процесса осущест вл ют аппроксимацию коррел ционной функции математическим выражением, из которого определ ют коэффициент затухани  23, PJНедостатки указанного устройства низка  точность и невозможность измарени  коэффициента затухани  случайных процессов в реальном масштабе времени. Это св зано с необходимостью при измерении коэффициен-та затухани  случайных процессов предварительного измерени  коррел ционных функций, их усреднени  и измерени  коэффициентов затухани  исследуемого процесса, по графикам. Цель изобретени  - повышение точности определени .коэффициента затухани . Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  определени  коэффициента затухани  узкополосного случайного процесса, содержащее одновибратор/ выход которого соединен с информационным входом счетчика, введены ключ, генератор тактовых импульсов , первый и второй интеграторы, фазовйй детектор, усилитель-ограничитель , сумматор, квадратор, блок извле . чени  квадратного корн , аналого-цифровой преобразователь и блок делени , первый вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразовател , а второй вход подключен к выходу счетчика , управл ющий вход которого объединен с управл ющим входом ключа и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, информационный вход ключа объединен с входом первого интегратора и  вл етс  информационным входом устройства, а выход ключа через фазовый детектор подключен к первому входу усилител -ограничител , второй вход которого подключен к источнику посто нного напр жени , а выход соединен с входом одновибратора,первый и второй входысумматора подключены соответственно к выходам ключа и первого интегратора, а выход сумматора через последовательно соединенные квадратор, второй интегратор и блок извлечени  квадратного корн  подключен к входу аналого-цифрового преобразовател , прич выход блока делени   вл етс  выходом устройства. На фиг. 1 представлена функциональна  схема устройства, на фиг. 2 эпюры напр жени  на выходах блоков. Устройство (фиг. 1) содержит Ключ 1, вход которого  вл етс  .информационным входом устройства, а выход через фазовый детектор 2 подключен к первому входу усилител -ограничител  3, второй вход которого соединен с источником посто нного напр жени , а выход через одновибратор 4 подключен к информационному входу счетчика 5, выход которого соединен с первым входом блока б делени , выход которого  вл етс  выходом устройства, выход генератора 7 тактовых импульсов соединен с управл ющими входами ключа 1 и счетчика 5, первый вход сумматора 8 подключен к выходу ключа 1, а выход через квадратор 9, интегратор 10 и блок 11 извлечени  квадрат ного корн  подключен к входу аналог цифрового преобразовател  12, выход которого подключен к второму входу блока 6 1елени , Вход другого интегратора 13 соединен с информационн входом ключа 1, а выход - с вторым входом сумматора 8. Известно, что среднее число поло жительных выбросов случайной фазы узкополосного процесса в единицу времени равно Ы-Д. CD где ро - втора  производна  коррел ционной функции узкополосного процесса 3 . Дл  процессов коррел ционной функцией видае cosut можно написать „ Подставив (2) в (.1) , получают otCSx Ь ДЧо Г Следовательно , коэффициент затухани  определ ют по формуле 2ffлfaNtl.ol Устройство работает следующим образом. Случайный узкополосный процесс в виде электрического сигнала посту пает через ключ 1 на вход фазового детектора 2, который выдел ет напр  жение, пропорциональное случайной фазе узкополосного сигнала. Напр жение с фазового детектора 2 в виде пилообразных импульсов подаетс  на вход усилител -ограничител  3. Фазо вый детектор 2 состоит из последова тельно соединенных дифференцирующей цепочки, усилител  и генератора пил образного напр жени . На фиг. 2Ь представлена последовательность коротких импульсов, которую получают с выхода усилител , вход щего в состав фазового детекто ра 2. Эти импульсы используютс  дл  запуска генератора пилообразного напр жени , при этом генераци  пил срываетс  следующим импульсом. На фиг. 2 приведено пилообразн . напр жение с выхода фазового детектора , соответствующее величине случайной фазы анализируемого процесса Усилитель-ограничитель 3 состоит из последовательно соединенных усилител  и схемы сравнени  амплитуд, на второй вход которой подаетс  пороговое напр жение VQ . Второй вход схемы сравнени  амплитуд, вход щей в состав усилител -ограничител  J, одновременно  вл етс  и его вторым входом. Напр жение V соответствует обратной величине от граничной частоты диапазона измерени . .С выхода усилител -ограничител  3 электрический сигнал подаетс  на вход одновибратора 4, который формирует пр моугольные импульсы в моменты достижени  пилообразными импульсами максимумов . Счетчик 5 подсчитывает число пилообразных импульсов за врем  действи  разрешающего напр жени  от генератора 7 тактовых импульсов. В сумматоре 8 происходит центрирование электрического сигнала, прошедшего ключ 1. На второй вход сумматора 8 подаетс  сигнал с выхода второго интегратора 13, который  вл етс  текущим средним процесса. С выхода сумматора 8 центрирован ный сигнал, прошедший ключ 1, квадрач-; тируетс  квадратором 9, затем интегрируетс  первым интегратором 10. Сигналы с выхода первого интегратора 10 подаютс  на вход блока 11 извлечени  квадратного корн , где и измер етс  среднеквадратичное значение процесса. Затем электрический сигнал с выхода блока 11 извлечени  квадратного корн  подаетс  на вход аналого-цифрового ч. i преобразовател  12, где преобразуетс  в цифровой код. На первый вход блока 6 делени  поддаетс  число с выхода счетчика 5, которое соответствует среднему числу по ложительных выбросов случайной фазы у узкополосного процесса в единицу времени . На второй вход блока б делени  подаетс  код, пропорциональный средне квадратичному значению исследуемого случайного процесса. Соответственно, на выходе блока 6 делени  получают коэффициент затухани  этого процесса. единичные интервалы времени формируютс  в генераторе 7 тактовых импульсов , который выполнен в виде мультивибратора. Проведенные сравнительные испытани  Макетного образ-ца, по изобретению и базового устройства, в качестве ко торого выбран прототип показали, чтеГ за счет исключени  аппроксимации косвенных результатов точность измерени  коэффициента затухани  дл  широкополосного класса случайных процессов повысилась на 15%, при этом результаты измерений жестко прив заны к текущему времени, испытаний. Предлагаемое устройство также можно включать в контур управлени , что позвол ет обеспечить автоматическую защиту от разрушени  при возникновении аварийных ситуаций, св занных с возникновением различных мощныхThe invention relates to a measurement technique and can be used in measuring the statistical characteristics of random processes, 3 in particular in mechanical engineering, turbine engineering, railway transport, and medicine. - A device for measuring the extinction coefficient of random processes is known, designed to investigate processes with any distribution law. The device contains two input blocks, an analog-to-digital converter (ADC bipolar switch, clock generator, sawtooth generator, harmonic signal generators, multipliers connected to averagers comparing devices, triggers and pulse counters LIJ. The drawbacks of the device are significant errors at of the scientific research institute of the attenuation coefficient, apparatus complexity, and the impossibility of measuring the attenuation coefficient in real time. The essence of the invention is a device consisting of series-connected modulators of pulse amplitude modulation (AIM), amplitude selector, shaping, single-oscillator, cxeiyoji coincidence, and the first pulse counter. The pulse generator is connected to the input of the AIM module and the AIM the second input is with the inputs of the second pulse counter and the delay circuit, the output of which is connected to the input of the coincidence circuit. The output of the forming one-shot is connected to the delay circuit. AIM modulator p forms a signal in a uniform sequence of pulses. This signal arrives, t on the amplitude selector. Pulses that exceed the selection threshold (average value of the signal) affect the one-shot, which forms the standard pulses. These pulses arrive at the circuit from the bottom and the delay line. A signal appears at the output of the coincidence circuit only when a one-shot pulse and a delay line differentiating circuit appear simultaneously. The total number of counts counting pulses. The device calculates the correlation function of a random process. When measuring the attenuation coefficient of a random process, the correlation function is approximated by a mathematical expression, from which the attenuation coefficient 23 is determined. PJ The disadvantages of this device are low accuracy and the impossibility of measuring the attenuation coefficient of random processes in real time. This is due to the need for measuring the attenuation coefficient of random processes of preliminary measurement of correlation functions, their averaging and measuring the attenuation coefficients of the process under study, according to the graphs. The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the attenuation coefficient. This goal is achieved in that the device for determining the attenuation coefficient of a narrow-band random process containing a one-shot / output of which is connected to the information input of the counter, a key, clock generator, first and second integrators, phase detector, limiting amplifier, adder, quadr, block removed square root, analog-to-digital converter and dividing unit, the first input of which is connected to the output of the analog-digital converter, and the second input is connected to the output of the counter, the control input of which is combined with the control input of the key and the information the key input is combined with the input of the first integrator and is the information input of the device, and the key output is connected to the first input of the limiting amplifier via a phase detector, the second input of which is connected source constant voltage, and the output is connected to the input of the one-shot, the first and second inputs of the adder are connected respectively to the outputs of the key and the first integrator, and the output of the adder through the series-connected quad, the second integrator and the square root extractor are connected to the input of the analog-digital converter, the output of the dividing unit is the output of the device. FIG. 1 is a functional diagram of the device; FIG. 2 voltage plots at the outputs of the blocks. The device (Fig. 1) contains Key 1, the input of which is the information input of the device, and the output through the phase detector 2 is connected to the first input of the amplifier-limiter 3, the second input of which is connected to a constant voltage source, and the output through the single-oscillator 4 connected to the information input of the counter 5, the output of which is connected to the first input of the division block b, the output of which is the device output, the output of the clock generator 7 is connected to the control inputs of the key 1 and the counter 5, the first input of the adder 8 is connected It is connected to the output of key 1, and the output is via a quad 9, an integrator 10 and a square root extraction unit 11 is connected to the input of an analogue of a digital converter 12, the output of which is connected to the second input of the 6th unit, the input of another integrator 13 is connected to the information input of key 1, and the output is with the second input of the adder 8. It is known that the average number of positive emissions of the random phase of the narrow-band process per unit time is L – D. CD where ro is the second derivative of the correlation function of a narrowband process 3. For the processes, the correlation function of the cosut type can be written "Substituting (2) into (.1), we get otCSx Д DCHO D Therefore, the attenuation coefficient is determined by the formula 2ffлfaNtl.ol. The device works as follows. A random narrowband process in the form of an electrical signal is supplied via switch 1 to the input of phase detector 2, which separates the voltage proportional to the random phase of the narrowband signal. The voltage from the phase detector 2 in the form of sawtooth pulses is fed to the input of amplifier-limiter 3. Phase detector 2 consists of successively connected differentiating chain, amplifier and saw-voltage generator. FIG. 2b represents a sequence of short pulses, which is obtained from the output of the amplifier included in phase detector 2. These pulses are used to start the sawtooth generator, while the generation of the saws is broken by the next pulse. FIG. 2 shows a sawtooth. voltage from the output of the phase detector, corresponding to the magnitude of the random phase of the process being analyzed. Limiting amplifier 3 consists of a series-connected amplifier and amplitude comparison circuit, to the second input of which the threshold voltage VQ is applied. The second input of the amplitude comparison circuit included in the limiter amplifier J is at the same time its second input. The voltage V corresponds to the reciprocal of the limiting frequency of the measuring range. From the output of the amplifier-limiter 3, an electrical signal is applied to the input of the one-shot 4, which generates rectangular pulses at the instants when the sawtooth maximums reach. The counter 5 counts the number of sawtooth pulses during the time of the action of the permissive voltage from the generator 7 clock pulses. In the adder 8, the electrical signal passing the key 1 is centered. The second input of the adder 8 is supplied with a signal from the output of the second integrator 13, which is the current average of the process. From the output of the adder 8, the centered signal that passed the key 1, quadrat-; quadrant 9, then integrated by the first integrator 10. The signals from the output of the first integrator 10 are fed to the input of the square root extraction unit 11, where the rms value of the process is measured. Then, an electrical signal from the output of the square root extraction unit 11 is fed to the input of the analog-digital part i of the converter 12, where it is converted into a digital code. At the first input of block 6, the number from the output of counter 5, which corresponds to the average number of positive emissions of the random phase in a narrow-band process per unit of time, is applied. A code proportional to the mean square value of the random process under investigation is fed to the second input of the dividing block. Accordingly, at the output of dividing unit 6, the attenuation coefficient of this process is obtained. single time intervals are formed in the generator 7 clock pulses, which is made in the form of a multivibrator. Comparative tests of the prototype, according to the invention and the base device, in which the prototype was chosen, showed that by eliminating approximation of indirect results, the measurement accuracy of the attenuation coefficient for the broadband class of random processes increased by 15%, while the measurement results are tightly coupled to the current time test. The proposed device can also be included in the control loop, which provides automatic protection against damage in the event of emergency situations associated with the occurrence of various powerful

узкополооных составл ющих в исследуемых процессах.narrow-band components in the processes under study.

Положительный эффект заключаетс  в пр мом измерении коэффициента затухани , что существенно упрощает процесс измерени , так как при этом не требуетс  получение коррел ционных функций и т.п.A positive effect is the direct measurement of the attenuation coefficient, which greatly simplifies the measurement process, since it does not require obtaining correlation functions, etc.

fZfZ

11eleven

Фиг. 1FIG. one

а but

МЛ.лулуЧл /у,,ML.luR / y ,,

22

V4 /A /-/rvV4 / A / - / rv

II IIIIIIIIIIIIIIIIHIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIII

Фиг гFIG g

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАТУХАНИЯ УЗКОПОЛОСНОГО СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащее одновибратор, выход которого соединен.с информационным входом счетчика, о τη и чающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены ключ, генератор тактовых импульсов, Первый и второй интеграторы, фазовый детектор, усилитель-ограничитель, сумматор, квадратор, блок извлечения - квадратного корня> аналого-цифровой преобразователь и блок деления, первый вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а второй вход - к выходу счетчика, управляющий вход которого объединен с управляющим входом ключа и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, информационный вход ключа объединен с входом первого интегратора и является информационным входом устройства, а выход ключа через фазовый детектор подключен к первому входу усилителя-ограничителя, второй вход которого подключен к источнику постоянного напряжения, а выход сое- _ динен с входом одновибратора, первый © и второй входы сумматора подключены соответственно к выходам ключа и пер вого интегратора, а выход сумматора через последовательно соединенные квадратор, второй интегратор и блок извлечения квадратного корня подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, причем выход блока деления является выходом устройства.DEVICE FOR DETERMINING THE ATTENUATION FACTOR OF A NARROW-BAND RANDOM PROCESS, containing a single-shot, the output of which is connected to the counter information input, about τη and, in order to increase accuracy, a key, a clock generator, the first and second integrators, a phase detector are introduced into it , limiter amplifier, adder, quadrator, square root extraction unit> analog-to-digital converter and division unit, the first input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter, and the second input to the counter output, the control input of which is combined with the control input of the key and connected to the output of the clock generator, the information input of the key is combined with the input of the first integrator and is the information input of the device, and the output of the key through a phase detector is connected to the first input of the limiter amplifier, the second input of which connected to a constant voltage source, and the output is _ connected to the input of the one-shot, the first © and second inputs of the adder are connected respectively to the outputs of the key and the first integrator, and the output of the adder through a series-connected quadrator, a second integrator and a square root extraction unit is connected to the input of an analog-to-digital converter, the output of the division unit being the output of the device.