Устройство для определения средне-квадратического отклонения слу-чайной величины

 

Союз Советских

Социалистических

Республин

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) ЗаявлеHo 130б79 (21) 27В4М3/18-24

<1>849230 р )м. к .

G 06 F 15/36 с присоединением заявки Йо

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 230781 Бюллетень N> 27

Дата опубликования описания 230781 (53) УДК б81. 3 (088 ° 8) (72) Авторы изобретения

М.Я.Вертлиб и Ф.Г.Гордон (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО

ОТКЛОНЕНИЯ СЛУЧАЙНОЙ ВЕЛИЧИНЫ

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для оценки и контроля отклонения во временной области случайных величин от математического ожидания,например при измерении краевых искажений импульсов в каналах передачи дискретной информации.

Известно устройство для измерения среднеквадратического отклонения случайной величины, содержащее нелинейный преобразователь, блок усреднения, мультивибраторы Роера, частотный смеситель и другие элементы (1).

Недостатками такого устройства являются низкая точность измерений и сложность.

Наиболее близким к изобретению но технической сущности является устройство для определения среднего значения модуля и среднеквадрати" ческого отклонения случайной величины, содержащее первый счетчик, счетный вход которого подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом триггера отклонения, второй вход .первого элемента И является первым входом устройства, счетный вход второго счетчика подключен к выходам первого и второго ключей,.первый вход первого ключа объединен с первым входом вто рого элемента И, входом триггера отклонений, входом инвертора и является вторым входом устройства, второй вход второго элемента И объединен

10 с первым входом третьего элемента

И, первым входом второго ключа, счетным входом счетчика событий и подключен к выходу третьего ключа,информационный вход которого является третьим входом устройства, выход первого счетчика подключен к второму входу первого ключа и J-входу триггера переноса, выход триггера переноса подключен к второму входу второго ключа, выход второго счетчика сое20 динен с входом блока отображения, выходы второго и третьего элементов

И подключены соответственно к 5 и R= входам триггера отклонения, К-вход которого соединен с выходом инвер25 тора Л .

Недостатком известного устройства является низкая точность определения среднеквадратического откло30 нения случайной величины.

849230

Цель изобретения - повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены триггер зоны, триггер коррекции, счетчик эоны, счетчик памяти, блок сравнения, формирователь импульсов, три элемента И, два элемента ИЛИ, ключ и блок управления, первый управляющий вход третьего ключа подключен к выходу первого элемента ИЛИ, первый и нторой выходы которого соединены соответственно с выходами первого и второго дополнительного элементов

И, первый вход первого дополнительного элемента И объединен.с К и Rвходами триггера переноса, первым входом формирователя и годключен к выходу .инвертора, второй вход формирователя импульса объединен с первым входом второго дополнительного элемента И и является вторым входом устройства, выход формирователя импульса соединен с первым входом триггера зоны, первый вы- . ход которого подключен к второму входу первого дополнительного элемента И и первому входу третьего дополнительного элемента И, второй вход которого является первым входом устройства, второй вход второго дополнительного элемента И соединен с вторым выходом триггера зоны, второй вход которого.подключен к выходу второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с.выходами счетчика зоны и блока сравнения, первый вход которого подключен к выходу счетчика памяти, вход которого соеди= нен с ныходом дополнительного ключа, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго ключей, третий вход дополнительного ключа объединен с третьим входом первого элемента ИЛИ и соединен с первым выходом триггера коррекции, второй выход которого подключен к третьему входу третьего дополнительного элемента

И, выход которого соединен с нходом счетчика зоны, второйвыход которого подключен к второму входу блока сравйения, первый вход триггера объ.единен с входом блока управления и соединен с выходом счетчика событий, второй управляющий вход третьего ключа подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с входом второго счетчика, третий выход блока управления подключен к второму входу триггера коррекции.

Кроме того, блок управления содержит два триггера и элемент И, при этом инверсный выход первого триггера подключен к перному входу элемента И, второй вхоц которого

ЗО

65 объединен со счетным входом первоготриггера и является входом блока управления, выход первого триггера соединен с S-входом второго триг-. гера, инверсный выход которого является первым выходом блока управления, выход элемента И является вторым выходом блока управления, R-входы первого и второго триггеров объединены и являются третьим выходом блока управления.

На фиг.l представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - схема блока управления; на фиг.3 — временная диаграмма работы устройства.

Устройство содержит формирователь

1 импульса, триггер 2 зоны, третий ключ 3, первый 4 и второй 5 дополнительные элементы И, инвертор 6, первый элемент 7 ИЛИ, первый 8 и второй 9 элементы, триггер 10 отклонений, первый элемент 11 И, первый счетчик 12, счетчик. 13 событий,триггер 14 коррекции, триггер 15 переноса, третий дополнительный элемент 16

И, первый 17 и второй 18 ключи, дополнительный ключ 19, счетчик

20 зоны, блок 21 сравнения, счетчик

22 памяти, второй элемент 23 ИЛИ, второй счетчик 24, блок 25 отображения и блок 26. управления. Блок управления содержит первый триггер 27, элемент 28 И и второй триггер 29.

Устройство работает следующим образом.

На первый вход устройства поступает последовательность квантующих импульсов, частота следования которых н и раз выше тактовой частоты. На второй выход устройства поступают импульсы тактовой частоты (Т 1-1, фиг.3a), фаза отрицательных перепадов которых соответствует математическо ау ожиданию случайной величины. На„ третий вход устройства поступают импульсы фронтов (фиг.3r) информации (фиг.Зв), фаза которых случайно сме,щена относительно математического ожидания (на х„,х,х ...) .

На выходе ийвертора 6 формируется импульсная последовательность, сдвинутая по фазе íà 18(P (фиг.Зб} относительно последовательности на втором входе.

Элементы 8 и 9 И представляют собой фазовый дискриминатор, на выходе которого формируются импульсы опережения (выход элемента 8 И) и отставания (выход элемента 9 И) — в зависимости от смещения фронтов относительно математического ожидания ° Если импульсы на третьем входе появляются при положительном значении импульсов на втором входе, на выходе элемента

8 И появляется импульс, устанавливающий триггер 10 отклонения в состояние 1 . Если на третьем входе импульс появляется при положительном значении Т 2-1 (фиг.36), триггер 10

849230 устанавливается в 0 . Отрицательные перепады на втором входе (Т 1-1) устанавливают триггер отклонений в состояние 1, а положительныев состояние 0 . На выходе тригге- ра 10 могут формироваться импульсы с длительностью от фронта опережения до такта Т2-1 (при наличии фронта опережения)1 от такта Tl- 1 до фронта отставания; от такта Tl-1 до Т2-1 (неизвестно, будет ли фронт отставания в данном тактовом интервале).

В первом и третьем случае величина отклонения от математического ожидания подсчитывается с превышением истинного значения отклонения на половину такта. Для исключения этого используется следующий принцип

Емкость первого счетчика 12 равна половине такта, поэтому если в этом счетчике хранилось число К, при поступлении количества импульсов, равных емкости счетчика, т.е. половины такта, сохраняется в счетчике число К и возникает единица переноса.

К +п=К+единица переноса-.

Эта единица переносится во второй счетчик 24 и счетчик 22 памяти только тогда, когда она сформирова.на во время истинного отклонения фронта оТ математическОго ожидания, импульсы 1 и 2 (фиг.3e) переносятся, а импульсы 3 и 4 не переносятся,так как сформированы вне истинной эоны.

Импульс 1 (фиг.Зе) переносится через ключ 17 (фиг.3e), так как он формируется во время положительного импульса на входе 2, (ключ 17 управляет переносом в зоне фронтов опережеI ния) ° Единица переноса переводит триггер 15 переноса в состояние 1 до момента времени, соответствующего

Т2-1 (фиг ° Зж) . При этом открывается ключ 18, который управляет переносом в зоне фронтов отставания. Единица переноса запоминается в триггере 15 переноса, и если фронт отставания поступает на ключ 18, сам имйульс фронта осуществляет перенос через ключ 18 единицы переноса, хранящейся в триггере 15 ° Если же фронт отстаивания в этот период не поступает, единица переноса стирается из триггера 15 тактом Т2-.1. Таким образом, импульс 2 (фиг.2е) переносится фронтом отставания (фиг.2и), импульсы 3 и 4 (фиг.2е) не переносятсяя

Следовательно, во втором счетчике 24 и счетчике. 22 памяти (при открытом ключе 19) осуществляется последовательное суммирование пакетов импульСов X„,Õ,Х, т.е. суммируются отклонения импульсов от математического ожидания за время, определяемое счетчиком 13 событий, котбрый определяет объем измерений.

Например, при измерении среднего значения модуля краевых искажений импульсов от математического ожидания с точностью 1Ъ при объеме счетчика 13 событий, равном 1000, емкость первого счетчика 12 должна составлять 50, а емкость второго счетчика — 1000. Так как среднеквадратическое отклонение Ъ связано со средним значением модуля коэффициентом 1,2, емкость счетчика событий увеличивается в 1,2 раза, т.е. равна 1200. Счетчик 22 памяти должен измерять то же количество им5

10 пульсов, что и второй счетчик 24, но с умножением на коэффициент К, для чего счетный вход у счетчика матического ожидания зона (-КЪ-+КЪ), которая управляет прохождением через входной ключ 3 фронтов случайных отклонений. Если Отклонение превышает

МЬ, фронт не проходит через входной ключ 3 (фиг.Зп).

Триггер 14 коррекции с блоком 26 управления управляют первым и вторым

ЬО

65.22 образовывается при подключении не к его входу, а к входу определенного разряда (например для получения в счетчике памяти числа К при

Щ К=2), счетный вход организуется при подключении на вход второго раз ряда счетчика 22) ° Таким образом, второй счетчик 24 хранит величины а счетчик памяти 22 — величины Кб.

25 Формирователь 1 импульсов формирует короткие импульсы от перепадов тактов Т2-1 и Tl-1 для запуска триггера 2 зоны. Триггер 2 эоны переводится в состояние 1 тактом Tl-1 и открывает элемент 16

И, через который квантующие импульсы поступают на счетчик 20 зоны,емкость которого равна половине такта, до совпадания с числом, записанным в счетчике 22 памяти (КЪ), регистрируемым блоком 21 сравнения. Импульс совпадения через элемент 23 ИЛИ переводит триггер зоны 2 в состояние 0 . Затем триггер 2 зоны переводится вновь в состояние 1 тактом

40 Т2-1, а останавливается моментом заполнения счетчика 20 эоны (фиг ° Зк, л), т.е. если отрезок.от Tl-1 до импульса совпадения со счетчиком 22 памяти равен Ко, отрезок от Т2-1 до

45 заполнения равен Т/2-К, значит отрезок от заполнения счетчика зоны 20 до текущего такта Tl-1 составляет

Т/2 — (Т/2-Ко)= K Ъ (на фиг.Зк,л показаны сигналы на прямом и инверсном выходах триггера 2 зоны). Таким образом, на выходе элементов 4 и 5 И формируются две симметричные относительно математического ожидания зоны (Tl-1-КЬ) и (-КЪ-Т1-1), если условным нулем считать математическое ожидание, т.е. Tl-1 (фиг.Зм,н). На выходе элемента 7 ИЛИ (фиг.3o) формируется симметричная относительно мате849230 циклом измерений. Вначале, при сбросе, триггер 14 устанавливается в состояние 1 и открывает ключ 19 и элемент 7 ИЛИ. При этом входной ключ 3 открывается в течение всего первого цикла, все фронты поступают в схему измерений.- Элемент 16 И оказывается закрытым, а формирователь 1 импульса, триггер 2 зоны, элементы 4 и 5 И оказываются заблокированными, так как элемент 7 ИЛИ открыт триггером 14.

Все отклонения регистрируются первым

12. и вторым 24 счетчиками и счетчиком 22 памяти. При заполнении счетчика 13 событий, регистрирующим ко-. нец первого цикла, триггер коррекции устанавливается в состояние 0 ",„ ключ 19 закрывается, элемент 1б И открывается, а схема 7 ИЛИ начинает управляться элементами 4 и 5 И. В счетчике 22 сохраняется память величины КЪ, в результате чего счетчик

20, триггер 2, элементы 4 и 5 И и элемент 7 ИЛИ формируют симметричную зону (-КЪ- .КЬ), которая не пропускает в течение второго цикла через входной ключ 3 грубые промахи-отклонения, превышающие Ко. Так, например запре.— щено отклонение Х на фиг.3в, так как оно превышает интервал КЪ на фиг.3о. Блок управления по окончанию первого цикла сбрасывает второй счетчик 24, и во втором цикле, регистрируемым вторым заполнением счетчика

13, уточненный результат измерения Ь записан во второй счетчик 24.

Конец второго цикла, регистрируемый вторым заполнением счетчика 13 регистрируется блоком управления 2б, который закрывает входной ключ 3. Для повторения цикла измерений необходимо .дать сброс из блока управления по которому триггер коррекции 14 устанавливается в состояние 1, открывается входной ключ 3 и сбрасывается показание второго счетчика

24. Если счетчик 22 памяти имеет элементы памяти, хранящие результат измерений КЪ, а сам счетчик использовать для подсчета уточненной величины КЪ после отбрасывания промахов, можно осуществить измерение b методом последовательных приближений: вначале определяется. величина

КЪ и запоминается, например, в регистре памяти, затем (в следующем цикле) отбрасываются промахи и уточняется величина КЪ счетчиком памяти и новая, уточненная величина записывается в регистр памяти и т.д.

Технико-экономический эффект устройства состоит в повышении точности измерений путем устранения грубых промахов . в измерениях, что особенно важно при автоматизации измерений.

1О

Формула изобретения

Устройство для определения среднеквадратического отклонения случайной величины, содержащее первый счетчик, счетный вход которого подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом триггера отклонения, второй вход первого элемента И является первым входом устройства, счетный вход второго счетчика подключен к выходам первого и второго ключей, первый вход первого ключа ббъединен с первым входом второго элемента И, J-входом триггера отклонения, входом инвертора и является вторым входом устрой-ства, второй вход второго элемента

И объединен с первым входом третьего элемента И, первым входом второго ключа, счетным входом счетчика событий и подключен к выходу третьего ключа, информационный вход которого является третьим входом устройства, выход первого счетчика подключен к второму входу первого ключа и J входу триггера, выход триггера переноса подключен к второму входу второго ключа, выход второго счетчика соединен с входом блока отображения, выходы второго и третьего элементов

И подключены соответственно к Я и Rвходом триггера отклонения, К-вход которого соединен с выходом инвертора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены триггер зоны, триггер коррекции, счетчик зоны„ счетчик памяти, блок сравнения, формирователь импульсов. три дополнительных элемента И, два элемента ИЛИ, дополнительный ключ и блок управления, управляющий вход третьего ключа подключен к выходу первого элемента

ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго дополнительных элементов И, первый вход первого дополнительного элемента И соединен с К и В-входами триггера переноса, первым входом формирователя импульсов и подключен к выходу инвертора, второй вход формирователя импульсов объединен с первым входом второго дополнительного элемента И и являет.ся вторым входом устройства, выход формирователя импульсов соединен с первым входом триггера зойы, первый выход которого подключен к второму входу первого дополнительного элемента И .и первому входу третьего дополнительного элемента И, второй вход которого является первым входом устройства, второй вход второго дополнительного элемента И соединен с вторым выходом триггера зоны, второй вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответ9 849230

10 ственно с выходами счетчика зоны и блока сравнения, первый вход которого подключен к выходу счетчика памяти, вход которого соединен с выходом дополнительного ключа, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго ключей, третий вход дополнительного ключа объединен с третьим входом первого элемента ИЛИ и соединен с первым входом триггера коррекции, второй выход которого подключен.к третьему входу третьего дополнительного элемента И, выход которого соединен с входом счетчика эоны, второй выход которого подключен к второму входу блока сравнения, первый вход триггера объединен с входом блока управления и,соединен с выходом счетчика событий, второй управляющий вход третьего ключа подключен к.первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с входом второго счетчика, третий выход блока

1, / управления подключен к второму входу триггера коррекции °

2. Устройство по п.2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит два триггера и элемент И, при этом инверсный выход первого триггера подключен к первому входу элемента И, второй вход которого объединен со счетным входом первого триггера и является входом блока, выход первого триггера соединен с S-входом второго триггера,. инверсный выход которого является первым выходом блока, выход элемента И является вторым выходом блока, R-входы первого и второго триггеров

15 объединены и являются третьим выходом блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 363995, кл. G 06 G 7/32, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

9 662943, кл. G 06 Р 15/36, 1976.

Ва сч сИ

Фиг.,Г

Фиг. Я

ВНИИПИ Заказ 6095/64 Тираж 745 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород,ул,Проектная,4