Анализатор функции распределения флуктуаций временых интервалов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ АНАЛИЗАТОР ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ФЛУКТУАЦИЙ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Анализатор функции распределения флуктуаций временных интервалов, содержащий первую и вторую входные шины, первый и второй формирователи импульсов, управляемую линию задержки, первый счетчик импульсов, выходную шину, приоритетный дискриминатор, блок дискретно-коммутируемой задержки, счетчик импульсов с изменяемым коэффициентом деления, последовательно соединенные счетчик импульсов с постоянным коэффициентом деления и цифро-аналоговый преобразователь, элемент задержки и буферный регистр, причем входы первого и второго формирователей импульсов соединены соответственно с первой и второй входными шинами анализатора, выход первого формирователя импульсов через блок дискретнокоммутируемой задержки соединен с первым входом приоритетного дискриминатора, выход второго формирователя импульсов соединен со входом счетчика импульсов с изменяемым коэффициентом деления, а через управляемую линию задержки - со вторым входом приоритетного дискриминатора, выход счетчика импульсов с изменяемым коэффициентом деления соединен со входом счетчика с постоянным коэффициентом деления, выход цифро-аналогового преобразователя соединен со входом управления линии задержки,выход буферного регистра соединен с выходной шиной анализатора, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены второй счетчик импульсов, первый и второй коммутаторы счетных импульсов, инвертор, первый и второй формирователи импульсов обнуления, коммутатор вы Фиг. 1 ходных кодов счетчиков, формирователь импульсов записи информации в буферный регистр и делитель частоты на два, при этом первый выход приоритетного дискриминатора подключен ко входам первого и второ 1809 1 го коммутаторов счетных импульсов, выходы каждого из которых соответственно соединены со входами прямого и обратного счета первого и второго счетчиков, информационные выходы которых подключены ко входам коммутатора выходных кодов счетчиков, а выход коммутатора соединен со входом буферного регистра, вход делителя на два соединен с выходом счетчика с изменяемым коэффициентом деления, а его выход- со входом управления коммутатора выходных кодов счетчиков, входами формирователя импульсов записи информации в буферный регистр и элемента задержки, выход формирователя импульсов записи соединен со входом записи буферного регистра, выход элемента задержки соединен с управляющим входом первого коммутатора счетных импульсов и входом первого формирователя импульсов обнуления, а через инвертор с управляющим входом второго коммутатора счетных импульсов и входом второго формирователя импульсов обнуления, выходы первого и второго формирователей импульсов обнуления соединены соответственно со входами обнуления первого и второго счетчиков.(56) 1. Мирский Г.Я. Аппаратное определение характеристик случайных процессов. Изд. 2-е переработ. и доп.- М. Энергия, 1972. 2. А.с. СССР 1817057, МКИ 04 10/04, 1993 - прототип. Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при исследовании кратковременных флуктуаций периодов повторяющихся колебательных процессов. Известны устройства для анализа плотности амплитудного распределения флуктуаций повторяющихся сигналов, например, 1, содержащие входное устройство, два амплитудных селектора с регулируемыми порогами селекции, вычитающее и показывающее устройства. Используя преобразование время-амплитуда и анализатор 1 может быть получена функция плотности распределения флуктуаций временных интервалов. Однако, преобразование время-амплитуда, само по себе представляющее непростую операцию и вносящее погрешность в результат анализа, и дальнейшее использование амплитудного анализатора 1 обуславливает погрешность при регистрации функций плотности распределения флуктуаций временных интервалов. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству, является анализатор функции распределения флуктуаций временных интервалов 2, содержащий (см. фиг.1) две входные шины 1, 2, два формирователя импульсов 3, 4, управляемую линию задержки 5, счетчик импульсов 6 и выходную шину 7,причем входы формирователей импульсов 3, 4 соединены с соответствующими входными шинами 1, 2, а выход второго формирователя импульсов 4 соединен со входом управляемой линии задержки 5 а также приоритетный дискриминатор 8, блок дискретно-коммутируемой задержки 9, счетчик импульсов с изменяемым коэффициентом деления 10, последовательно соединенные счетчик импульсов с постоянным коэффициентом деления 11 и цифро-аналоговый преобразователь 12, элемент задержки 13 и буферный регистр 14,при этом выход первого формирователя импульсов 3 через блок дискретно-коммутируемой задержки 9 соединен с первым входом приоритетного дискриминатора 8, выход управляемой линии задержки соединен со входом приоритетного дискриминатора, первый выход приоритетного дискриминатора подключен ко входу счетчика импульсов 6, выход которого через буферный регистр 14 соединен с выходной шиной 7 анализатора, выход счетчика импульсов с изменяемым коэффициентом деления 10 соединен со входом счетчика импульсов с постоянным коэффициентом деления 11, входом записи буферного регистра 14 и через элемент задержки 13 со входом сброса счетчика импульсов 6, выход цифро-аналогового преобразователя 12 соединен с управляющим входом линии задержки 5, выход формирователя импульсов 4 подключен ко входу счетчика импульсов с изменяемым коэффициентом деления 10. В 2 последовательной регистрацией вероятности попадания исследуемого флуктуационного процесса в заданную временную область, используя принцип дискриминации сигналов по признаку приоритета их поступления, регистрируют интегральную функцию распределения флуктуаций временных интервалов. Благодаря высокому временному разрешению используемого дискриминатора, временное разрешение анализатора 2 оказывается достаточным и для анализа кратковременных флуктуаций длительности временных интервалов. Однако, используя 2 не представляется возможным регистрировать функцию плотности распределения флуктуаций временных интервалов, что требует дополнительных вычислительных затрат при анализе флуктуаций. Для нахождения статистических характеристик исследуемого случайного процесса может быть использована интегральная функция распределения (х). Однако, перед ее дифференцированием для нахождения функции плотности распределения исследуемых флуктуаций необходимо осуществлять операцию сглаживания , поскольку операция дифференцирования ступенчатой функции, получаемой в 2, с математической точки зрения является некорректной задачей. Таким образом, решенная в заявляемом изобретении задача аппаратурного определения функции плотности распределения временных флуктуаций позволяет сократить вычислительные затраты при нахождении характеристик исследуемого процесса и вести анализ в реальном масштабе времени (без накопления запаздывания) без нарушения корректности задачи временного анализа. В измерительных же системах, использующих экспресс-анализ временных флуктуаций,2 1809 1 способность анализатора регистрировать функцию распределения флуктуаций может иметь принципиальное значение. Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройство 2, содержащее две входные шины, два формирователя импульсов, управляемую линию задержки, счетчик импульсов, выходную шину, приоритетный дискриминатор, блок дискретно-коммутируемой задержки, счетчик импульсов с изменяемым коэффициентом деления, счетчик импульсов с постоянным коэффициентом деления, цифро-аналоговый преобразователь, элемент задержки и буферный регистр дополнительно вводятся счетчик импульсов на первом выходе приоритетного дискриминатора, первый и второй коммутаторы счетных импульсов, инвертор, первый и второй формирователи импульсов обнуления счетчиков, коммутатор выходных кодов счетчиков, формирователь импульсов записи информации в буферный регистр и делитель частоты на два, при этом первый выход приоритетного дискриминатора подключается ко входам первого и второго коммутаторов счетных импульсов, выходы каждого из которых соответственно соединяются со входами прямого и обратного счета первого и второго счетчиков, информационные выходы которых подключаются ко входам коммутатора выходных кодов счетчиков, а выход коммутатора соединяется со входом буферного регистра, вход делителя на два соединяется с выходом счетчика с изменяемым коэффициентом деления, а выход - со входами управления коммутатора выходных кодов счетчиков, формирователя импульсов записи информации в буферный регистр и элемента задержки, выход формирователя импульса записи соединяется со входом записи буферного регистра, выход элемента задержки соединяется со входом управления первого коммутатора счетных импульсов и входом первого формирователя импульсов обнуления первого счетчика, а через инвертор - со входом управления второго коммутатора счетных импульсов и входом второго формирователя импульсов обнуления второго счетчика, выходы первого и второго формирователей импульсов обнуления соединяются, соответственно, со входами обнуления первого и второго счетчиков. Существенными отличительными признаками заявляемого анализатора по сравнению с прототипом являются 1) введение в устройство перечисленных дополнительных блоков 2) связи между введенными блоками и их связи с блоками устройства-прототипа. Таким образом, заявляемый объект соответствует критерию новизны. Свойства, появляющиеся у заявляемого объекта вследствие указанных отличительных признаков следующие. Для каждого последовательно автоматически устанавливаемого значения задержки оказывается возможным счет числа импульсов на выходе приоритетного дискриминатора и вычитание из полученного значения числа импульсов, зарегистрированных для предшествующего значения задержки. Это означает, что с разрешающим временем, характерным для 2 оказывается возможным регистрировать число импульсов,попадающих во временную область, равную шагу изменения задержки, которая последовательно сдвигается во всем диапазоне флуктуаций, т.е. зарегистрировать функцию плотности распределения флуктуаций временных интервалов. Эти свойства обеспечиваются указанными отличительными признаками и поэтому являются новыми. Учитывая новизну указанных свойств, а также то, что существенные отличительные признаки в заявляемой взаимосвязи в патентной и научно-технической литературе не обнаружены, заявляемый анализатор удовлетворяет критерию существенных отличий. На фиг.2 представлена функциональная схема анализатора. Устройство содержит две входные шины 1, 2,два формирователя импульсов 3, 4, управляемую линию задержки 5, счетчик импульсов 6, выходную шину 7, приоритетный дискриминатор 8, блок дискретно коммутируемой задержки 9, счетчик импульсов с изменяемым коэффициентом 10, последовательно соединенные счетчик импульсов с постоянным коэффициентом деления 11 и цифро-аналоговый преобразователь 12, элемент задержки 13 и буферный регистр 14, а также дополнительно введенные второй счетчик импульсов 15, коммутаторы 16, 17 счетных импульсов счетчиков 6, 15, соответственно, инвертор 18, формирователи 19, 20 импульсов обнуления счетчиков 6, 15,соответственно, коммутатор 21 выходных кодов счетчиков 6, 15, формирователь 22 импульса записи информации в буферный регистр 14 и делитель частоты на два 23, причем, входы формирователей 3, 4 соединены с соответствующими входными шинами 1, 2, выход первого формирователя 3 через блок дискретно коммутируемой задержки 9 соединен с первым входом приоритетного дискриминатора 8, выход второго формирователя 4 через управляемую линию задержки 5 соединен со вторым входом приоритетного дискриминатора, а также со счетным входом счетчика с изменяемым коэффициентом деления 10, выход которого соединен со входом счетчика 11 и делителя на два 23 , выход счетчика 11 соединен со входом цифроаналогового преобразователя 12, а выходцифро-аналогового преобразователя 12 соединен со входом управления линии задержки 5, выход приоритетного дискриминатора 8 подключен ко входам коммутаторов 16,17, выходы каждого из которых соответственно соединены со входами прямого и обратного счета счетчиков 6, 15, информационные выходы счетчиков 6 и 15 подключены ко входам коммутатора 21, выход которого соединен со входом буферного регистра 14 выход счетчика 23 соединен со входом управления коммутатора 21, входом формирователя 22 через элемент задержки 13 со входом управления коммутатора 16 и входами инвертора 18 и формирователя 19, выход формирователя 19 подключен ко входу сброса счетчика 6, выход инвертора 18 соединен со входом управления коммутатора 17 и входом формирователя 20, выход формирова 3 1809 1 теля 20 соединен со входом сброса счетчика 15, выход формирователя 22 соединен со входом записи буферного регистра 14, выход которого соединен с выходной шиной 7 анализатора. Анализатор работает следующим образом. На выходную шину 1 попадает исследуемый сигнал, а на шину 2 (вход опорного канала анализатора) - сигнал опорного колебания, относительно которого необходимо получить функцию плотности распределения исследуемого флуктуационного процесса. Из сигналов, поступающих на входные шины 1, 2 блоками 3, 4 осуществляется формирование стандартных по амплитуде и длительности импульсов. Относительное временное положение (очередность, приоритет поступления) импульсов, прошедших блок дискретно коммутируемой задержки 9 и блок регулируемой задержки 5 определяется в приоритетном дискриминаторе 8. Пусть (для определенности) порядок работы приоритетного дискриминатора такой, что при 1-20 (здесь 1 и 2 - времена прихода импульсов, соответственно на первый и второй входы приоритетного дискриминатора) появляется импульс на его первом выходе и, соответственно,при 1-20 - на втором. Если первоначально в блоке 9 задержка выбрана такой, что для всех пар импульсов,поступающих на входы приоритетного дискриминатора 8 выполняется условие 1-20, то на его выходе 1,например, счетчиком 6 в режиме прямого счета изпар импульсов на входе анализатора регистрируется 1 ( - коэффициент деления счетчика 10) импульсов. При заполнении счетчика 10 и переключении в противоположное состояние делителя на два 23 его выходным сигналом коммутатор 21 переключается в состояние для передачи информации с выхода счетчика 15 на вход буферного регистра 14 и выходной код этого счетчика по импульсу с выхода формирователя 22 записывается в буферный регистр 14. Через время ,задаваемое элементом задержки 13, сигналом с его выхода коммутатор 16 переключается в состояние для передачи импульсов с первого выхода приоритетного дискриминатора на вход обратного счета счетчика 6, а коммутатор 17 через инвертор 18 - в состояние для передачи импульсов с выхода приоритетного дискриминатора на вход прямого счета счетчика 15. При этом выходным сигналом формирователя 20 обнуляется счетчик 15. В дальнейшем, в течение поступленияанализируемых пар импульсов на входы анализатора счетчик 6 работает в режиме вычитания, а счетчик 15 - в режиме суммирования. Если для всехпар входных импульсов выполняется условие 1-20, то к моменту заполнения счетчика 10 выходной код счетчика 6 1 уменьшается до нуля, а в счетчике 15 увеличивается до 2. При заполнении счетчика 10 и переключении в противоположное состояние счетчика 23 коммутатор 21 переключается в состояние для передачи информации со счетчика 6 на вход буферного регистра 14 и по импульсу с выхода формирователя 22 нулевой код записывается в буферный регистр. Через интервал временисостояние коммутаторов 16, 17 меняются на противоположные, а счетчик 6 обнуляется. Если условие 1-20 сохраняется и в следующем цикле работы, то аналогично в буферный регистр записывается нулевой код с выхода счетчика 15. Таким образом, пока для всех пар входных импульсов выполняется условие 1-20, на выходе анализатора поддерживается нулевой код (сигнал) . По каждому перепаду 0-1 и 1-0 на выходе счетчика 23 счетчик 11 наращивает выходной код и под действием выходного сигнала цифро-аналогового преобразователя 12 задержка в блоке 5 изменяется на величину 3. На некотором шаге изменения задержки в блоке 5 для некоторых пар входных импульсов выполняется условие 1-20. В этом случае на новом шаге задержки в цикле вычитания из предшествующего значения получаемого кода результирующий код, записываемый в буферный регистр 14, становится неравным нулю. Для достаточно большого , выбираемого из условия необходимой точности регистрации гистограммы функции плотности распределения флуктуаций, число импульсов, появляющихся на выходе 2 приоритетного дискриминатора 8 и ему равное -1 (здесь 1 число импульсов из , зарегистрированных на выходе 1 приоритетного дискриминатора 8), пропорционально вероятности Р( х), где 1-2 - случайная величина, а х - задаваемое значение разности времен прихода импульсов на входы приоритетного дискриминатора, 1,2,3 Таким образом, поочередно (см. фиг.3) счетчиками 6 и 15 для каждого значения задержки 0, 3, 23, , 3 последовательно определяются вероятности Р 1( х 1), Р 2( х 2), Р 3( х 3), , Р( х), совокупность которых дает интегральную функцию распределения Р( х). С другой стороны известно 1, что Р 1( х 1)-Р( х)Р( х 1)где, а 1-,- коэффициент деления счетчика 11, выбираемый исходя из максимального размаха исследуемых флуктуаций. В нашем случае в результате поочередного в счетчиках 6 и 15 вычитания получаемых кодов для временных сдвигов 0, 2(1)3, , 3 и (1)3, , (-1)3 из значений кодов, получаемых для предшествующего значения временного сдвига и записи результата в буферный регистр 14, на выходе анализатора будем иметь набор значений функции плотностираспределения флуктуаций интервалов времени в цифровом коде (фиг.3). Таким образом решается поставленная задача. Заказ 9876 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.