81

КОМУТАТОРИ ВІС з ЧасРК

Комутатори систем з ЧасРК базуються на:

1)механічних елементах (крокові реле);

2)електронних ключах: магнетокерованих, на польових транзисторах та в

інтегральному виконанні.

Порівняльні характеристики головних типів комутаторів.

Коректна критична оцінка кожного з типів комутаторів можлива лише для заданого комплексу конкретних вимог.

В загальному ж виді відносні переваги їх такі:

ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ:

•Простота конструкції;

•Невисока вартість при значній кількості каналів;

•Безпосередній контакт та відсутність температурної залежності;

•Незначний перехідний опір;

•Малі розміри, маса та потужність споживання;

•Відсутність впливу від явищ, спричинених зворотнім струмом;

•Відсутність впливу від радіаційних процесів.

ЕЛЕКТРОННІ:

•Здатність забезпечити високу швидкість опитування каналів;

•Можливість гнучкого програмування;

•Безінерційність комутування;

•Висока точність дотримання часових інтервалів;

•Висока гнучкість в компонуванні елементів комутатора;

•Застосування широковідомих та випробуваних елементів;

•Висока надійність при незначній кількості каналів;

•Відсутність явищ зношування.

ГОЛОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМУТАТОРІВ

82

ЗАВАДОСТІЙКЕ КОДУВАННЯ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ ІНФОРМАЦІЇ

На сьогодні цифрова форма подання найрізноманітнішої інформації, як от: вимірювальної, зв'язку та ін. є домінуючою. При передаванні інформації на певні відстані в умовах дії завад виникає потреба її захисту.

Наявність завад в лінії зв'язку може викликати спотворення рівномірного коду, а отже й відповідну похибку вимірювання, оскільки спотворення хоча би одного елемента кодової комбінації приводить до утворення інакшої кодової комбінації. Ймовірність спотворення двійкового символу залежить від способу його формування, від характеристик завади та співвідношення потужності завади до потужності корисного сигналу. Якщо ймовірності спотворення символів "одиниці" та "нуля" завадами в лінії зв'язку є однаковими, то такий канал називається двійковим симетричним, а для завадостійкого передавання опрацьовано коди, які дають можливість на приймальному боці системи, у декодері контролювати, тобто виявляти чи виправляти можливі спотворення двійкових символів коду. Такий ефект досягається шляхом введення у вихідний, тобто примітивний, код певної кількості надмірних символів.

Якщо в примітивному коді всі можливі його комбінації дозволені, тобто повністю використовуються, то в завадостійкому коді використовується лише частина від усіх можливих комбінацій, яка підпорядковується певному законові. Інші комбінації вважаються забороненими. Відношення загальної кількості кодових комбінацій до робочої характеризує надлишковість коду. При цьому все ж вдається виявити лише частину можливих спотворень, оскільки не виключено, що при спотворенні коду здійснюється перехід в іншу дозволену комбінацію, що приводить до появи похибки вимірювання. А ця ситуація залежна від співвідношення між кількостями надмірних та інформаційних символів.

В даний час добре розвинута теорія лінійних кодів і вони мають широке застосування. Код називається лінійним, якщо в кодері використовуються лише лінійні операції над вхідними символами - а саме: операції додавання символів і множення символів на сталу.

Завадостійкі коди поділяються на блокові та неперервні (їх ще називають ланцюговими чи рекурентними).

При блоковому кодуванні символи, що надходять на кодер від джерела, розбиваються на окремі блоки (слова), кожне з який містить k інформаційних символів (властивих для примітивного коду). У кодері цей блок інформаційних символів перетвориться в блок з п>k кодових символів, тут п носить назву блокової довжини коду. Величина R=k/n<1 називається швидкістю коду, а зворотна їй величина Rn=1/R=n/k - його надмірністю.

При неперервному кодуванні поділ символів на блоки не відбувається, і як завгодно довга (властиво, нескінченно довга) послідовність інформаційних символів, що надходять у кодер, перетвориться ним у як завгодно довгу послідовність вихідних кодових символів. Оскільки ні вхідна, ні вихідна

83

послідовності такого кодера не перериваються границями слів, то в цьому сенсі такі

коди й називаються неперервними.

Лінійні неперервні коди називаються згортувальними кодами, тому що в цьому випадку вихідні кодові символи можна записати за допомогою формули згортки вхідних інформаційних символів і символів, що описують внутрішню структуру кодера.

Якщо блоковий код з блоковою довжиною п має основу q , то очевидно, що можливо сформувати Q=qn різних кодових слів. Для передавання ж використовуються лише їх частина, а саме: Qp=qk кодових слів, що називаються дозволеними. Інші Qз=Qо-Qр слів апріорно для передавання не використовуються і називаються забороненими.

Задачу побудови блокового завадостійкого коду можна розглядати як задачу вибирання Qр дозволених комбінацій серед Qо можливих. Ці Qр відібраних комбінацій повинні забезпечити якомога краще контролювання спотворень, що можуть виникати внаслідок дії завад, і, що дуже важливо, процедури кодування та декодування повинні бути максимально простими в реалізації. Останнє особливо стосується процедури декодування, тому що саме вона звичайно найскладніша в реалізації.

На множині можливих кодових комбінацій звичайно задають метрику, тобто

спосіб вимірювання відстаней між комбінаціями.

Відомо декілька способів вибору метрики, з яких найрозповсюдженішою є метрика Хемінга. Відстанню Хемінга d між двома кодовими словами називається кількість позицій (розрядів), якими відрізняються ці кодові слова при їх порозрядному порівнянні. Так, наприклад, в кодових комбінаціях 11011 та 10111 кількість неспівпадаючих елементів дорівнює двом, тому кодова відстань d = 2.

Вагою кодової комбінації називається кількість ненульових символів у цій комбінації. Для двійкових кодів, що найчастіше використовуються на практиці, відстань Хемінга між двома комбінаціями можна практично визначити, додаючи їх порозрядно за модулем два та підраховуючи вагу отриманої суми.

Важливою властивістю лінійних кодів є те, що серед дозволених комбінацій такого коду обов'язково присутній комбінація з нульовою вагою. Дійсно, якщо блок з k інформаційних символів має вагу нуль (а це можливо, оскільки джерело, за припущенням, вибирає на передачу кожний з можливих символів випадково і рівноймовірно), то лінійні операції над нулями дадуть також нульові результати. Отже, r=n-k символів лінійного блокового коду, що обчислюються в кодері і називаються надлишковими (контрольними) символами, будуть також нульовими, що й підтверджує дане твердження.

Якщо зафіксувати яку-небудь дозволену комбінацію коду, і підрахувати, яке кількість Ni інших дозволених комбінацій, віддалених від неї на відстань di (i=1,n), то залежність Ni=f(i) буде спектром відстаней цього коду. Оскільки для лінійного коду байдуже, яку конкретну дозволену комбінацію при цьому фіксувати, то зручно фіксувати комбінацію ваги нуль, що, як відзначалося, обов'язково є присутнім серед дозволених. Тому спектр відстаней лінійного коду збігається з його спектром ваг.

Спектр ваг лінійного коду є вичерпною характеристикою, необхідної для розрахунку завадостійкості коду. Однак обчислити його вдається далеко не завжди.

84

Для двійкового симетричного каналу найімовірнішими є спотворення малої кратності, тому найбільший внесок у ймовірність спотворення декодованого символу будуть вносити ті варіанти спотворень, що переводять передану комбінацію в найближчу до неї дозволену. Це дозволяє для приблизного розрахунку завадостійкості коду обмежитися тільки обчисленням найменшої відстані до ненульового компонента спектра. Ця відстань d називається кодовою відстанню коду. Геометрична відстань Хемінга між комбінаціями - це кількість ребер гіперкуба, які з'єднують відповідні його вершини, що утворюють ці комбінації.

Якщо код використовується тільки в режимі виявлення спотворення, то очевидно, усі спотворення кратності Со≤d будуть переводити передану дозволену комбінацію коду тільки в заборонену комбінацію, і, отже, можуть бути гарантовано виявлені декодером.

Якщо код використовується в режимі виправлення спотворень, то, з огляду на те, що для двійкового симетричного каналу апріорно відомо: чим вище кратність спотворення, тим менша її ймовірність, то доцільно заборонену комбінацію в декодері переводити в найближчу до неї дозволену комбінацію. Якщо для парного значення d виключити виправлення тих спотворень, що приводять до заборонених комбінацій, рівновіддаленим від декількох найближчих дозволених, то, мабуть, кратність гарантованого спотворення, що виправляється кодом, буде дорівнювати C0 =((d-1)/2), де символ C - найближче до C більше ціле число.

Основні параметри коду (основа 0, блокова довжина п, кількість інформаційних символів k і кодова відстань d) пов'язані між собою. Переважно це співвідношення у виді нерівностей - оцінок значення k- або d зверху і знизу. Зокрема, легко знайти оцінку Хемінга

( d −1) / 2

k ≤ n − logq ∑Cni (q − 1) i

i =0

Коди, для яких ця нерівність вироджується в точну рівність, називаються щільно упакованими чи досконалими. Очевидно, це найощадливіші коди, тому що при фіксованій коригувальній здатності вони мають найменшу надмірність. Однак таких кодів мало. У класі двійкових кодів відомі 3 типи досконалих кодів:

тривіальний код, код Хемінга і код Голея.

Крім зазначених, інших двійкових досконалих кодів не існує, що було доведено фінськими вченими А. Тієтявяйненом і А. Перко, і, незалежно від них, В.А. Зінов'євим і В.К. Леонт'євим (1971-1972рр.). У класі багатоосновних кодів досконалих кодів також мало. Однак існують багато двійкових кодів, близьких до досконалих, чи квазідосконалих. Зокрема, це деякі з кодів Боуза-Чоудхурі- Хоквінгема (БЧХ), запропоновані цими авторами в 1959-1960рр.

Необхідно сформувати коди, які виявляють та виправляють спотворення заданої кількості символів.

Кратність виявлених та виправлених спотворень залежить від кодової відстані d (кількості позицій, якими відрізняються дві сусідні кодові комбінації). А саме: для виявлення спотворень кратності tb, необхідно мати мінімальну кодову відстань:

d ≥ tb + 1

85

для виправлення спотворень кратності tn d ≥ 2 tn + 1

для виявлення спотворень кратності tb та виправлення спотворень кратності tn d ≥ tb + tn + 1

в останньому виразі tb>tn.

Для встановлення доцільності використання коригуючого коду необхідно порівняти ймовірність спотворення, швидкість передавання інформації та інші параметри цифрової системи до і після введення додаткових r контрольних розрядів до k інформаційних розрядів, які нам відомі з початкового (примітивного) коду. Якщо частота надходження вибіркових значень (тривалість однієї пересилки) залишається незмінною, тобто ∆t = nτ0 = (r + k )τ0 = const , то при введенні

коригуючого коду тривалість одного символу зменшується в п/r, у стільки ж разів розширяється смуга пропускання сигналу, а відношення сигналу до шуму спадає:

lk2 = mn l 2 . При цьому ймовірність спотворення збільшується.

Так, при використанні фазового маніпулювання ймовірність помилкового приймання одного двійкового символу закодованої послідовності РПОМk порівняно з ймовірністю спотворення зміниться:

Поряд з тим, коригуючий код дозволяє виявити або виправити частину спотворень і вищої кратності. Ймовірність помилкового приймання усієї кодової комбінації з врахуванням коригуючих властивостей коду, зведена до еквівалентної ймовірності спотворення одного символу, і складає:

PПОМекв = n1 Cnt +1 n1 PПОМt +1 k (1 − PПОМk ) n −t −1

Порівнюючи це значення із значенням ймовірності спотворення безнадлишкового (примітивного) коду, можна визначити, чи покращиться якість приймання повідомлень системою при використанні завадостійкого кодування. При цьому потрібно враховувати й певні ускладнення схеми кодуючих і особливо декодуючих пристроїв системи (так званих кодеків) при використанні коригуючого кодування.

Застосування кодів з виправленням спотворень суттєво ускладнює апаратуру. Тому в цифрових вимірювальних системах загальнопромислового застосування практично використовують коди лише з виявленням спотворень. Якщо застосовувати коригуючий код, зберігаючи попередню тривалість символу (τ0= сопst), тоді PПОМk = PПОМ, ймовірність спотворення зменшиться, однак і в m/n разів зменшиться швидкість передання інформації, що може суттєво позначитися на збільшенні похибки дискретизування аналогового сигналу. Оцінку ефективності завадостійкого кодування потрібно проводити за значенням результуючої похибки, розв'язуючи задачу визначення параметрів цифрової системи в наступному вигляді:

Треба знайти таке значення надмірної кількості символів r, яке забезпечує

86

minW = δВИХ = δ Д2 (k ) + δКВ2 (k ) + 4PПОМ (k )

при τ0 = сonst, PПРД = сonst

δкв = const

тут PПРД -потужність сигналу.

Ця задачу оптимального проектування доцільно розв'язувати ітераційним методом за допомогою ЕОМ, так само, як і визначення кількості розрядів кодового слова, періоду опитування, перевірку доцільності використання завадостійкого кодування та інші.

ПРИНЦИПИ ФОРМУВАННЯ КОДЕКА ХЕМІНГА

Розглянемо можливості застосування завадостійких кодів на прикладі блокового коду Хемінга з виявленням та виправленням однократних спотворень. Цей код складається з двох частин: інформаційної - примітивний двійковий код та

контрольної.

Контрольні символи вводяться так, щоби після здійснення перевірок (кількість яких дорівнює кількості контрольних символів) можна було визначити спотворений символ прийнятого коду. При кожній перевірці контролюється парність кількості одиниць у визначених групах символів коду. Контрольні позиції коду, кількість яких визначається нерівністю Хемінга, розташовують на позиціях коду, що відповідають степеням "двійки", тобто 20,21,22,...а саме: на першій, другій, четвертій й т.д. позиціях коду. Маючи примітивний код, значення контрольних символів визначаються за рівняннями перевірок.

Якщо записати номери усіх п позицій коду в двійковому поданні (у двійковій формі запису), то до першого рівняння Хемінг запропонував брати ті позиції, номер яких містить "одиниці" в наймолодшому розряді, тобто, в першому справа розряді, а саме: додаються символи з першої, третьої, п'ятої й т.д. позицій коду. В другому рівнянні додаються символи з позицій, номери яких містять "одиниці" в другому справа наліво розряді, тобто, з другої, третьої, шостої тощо позицій. В третьому рівнянні додаються символи з позицій, номери яких містять "одиниці" в третьому справа наліво розряді, тобто, з четвертої, шостої, сьомої й т.д. позицій:

110≡00...001

210≡00...011 З10≡00...101 410≡00...100 510≡00...101 610≡00...110

710≡00...111.

Перевірки сформовано так, що в кожну з них відповідний контрольний символ (перша, друга, четверта, восьма й т.д. позиції входить у рівняння перевірки одноразово). На цій підставі практично у кодуючому пристрої їх значення одержують з відповідного рівняння перевірки за символами відомого примітивного коду, які розміщують на всіх (крім контрольних) позиціях коригуючого коду. Декодер використовує ті ж самі рівняння перевірки, і якщо в усіх рівняннях сума за

87

модулем "два" дорівнюватиме "нулеві", то це є свідченням відсутності однократних спотворень.

При наявності спотворення символу в одній або декількох перевірках сума значень символів за модулем "два" дорівнюватиме "одиниці". Перевірки сформовані так, що за ними можна встановити номер спотвореної позиції, наприклад, якщо одержано "одиниці" в першій та третій перевірках, то це в двійковому поданні п'ята позиція коду (1012≡20 +22=510). Тобто, спотворена п'ята позиція коду. Дійсно, рівняння перевірки сформовано так, що в кодері символи з п'ятої позиції використано при формуванні першого та п'ятого контрольних символів, тобто в першому третьому рівняннях перевірки:

110≡00...001

210≡00...010 З10≡00...011 410≡00...100 510≡00...101 610≡00...110 710≡00...111.

Отже, при першій перевірці проявляться спотворення, що виникли на позиціях коду, номер яких при двійковому відображенні має одиницю в першому розряді, тобто відповідає непарним десятковим числам 1, 3, 5, 7, 9 ..., при другій перевірці - одиницю в другому розряді, що відповідає десятковим числам 2, 3, 6, 7, 10,..., при третій перевірці - одиницю в третьому розряді, що відповідає десятковим числам 4, 5, 6, 7, 12,..., і т.д. Для контрольних символів вибрано позиції 1, 2, 4, 8,..., оскільки вони зустрічаються в рівняннях перевірки одноразово. Результати кожної з перевірок фіксуються нулем, якщо спотворення відсутнє, та одиницею, якщо наявне.

88

СИСТЕМИ ІНТЕНСИВНОСТІ

Системи з амплітудною модуляцією постійної напруги (струму) називаються системами інтенсивності. Їх частка, зокрема, в енергетиці переважає 60 % серед усіх телевимірних систем.

В цих системах амплітуда канальних сигналів лінійно пов’язана з

вимірюваними параметрами, зокрема:

1)активною та реактивною потужностями;

2)напругою та частотою;

3)струмом та навантаженням;

4)тиском та температурою пари на ТЕС;

5)рівнем води на ГЕС;

Застосовуються вони, головним чином, як системи ближньої дії. Застосовують різні види передачі: ЛЕП, трубопроводи і т.п.

Переваги систем інтенсивності:

1)можливість застосування в якості вихідних приладів

магнітоелектричні засоби вимірювання: високочутливі, з рівномірною шкалою.

2)вплив лінії зв’язку при передачі канальних сигналів на постійному струмі визначається лише впливом зміни її опору та струмів через ізоляцію;

3)при передаванні постійним струмом ЛЗ легше піддаються балістуванню

зметою зменшення впливу зміни опору лінії на якість передачі, що особливо ефективно при використанні кабельних та повітряних ліній з малими струмами через ізоляцію;

4)лінії передачі постійного струму менше підлягають впливові від наведення від суміжних силових кабелів

5)постійні струм чи напруга простіше перетворюються в інші сигнали, що забезпечують спряження з іншими системами контролю та регулювання.

Класифікація систем інтенсивності:

Системи інтенсивності - приклад систем прямих вимірювань, що в залежності від виду перетворення вимірювальної інформації поділяються на

балансні та небалансні.

1) Небалансні - прості, дешеві, надійні (правда, невисокої точності), що виконані за схемою прямого перетворення, працюють із сигналом високого рівня на вході (≥10…20 В).

При вимірюванні неелектричних та магнітних величин використовуються вимірювальні перетворювачі цих величин у постійний струм.

На рис.29 показана функціональна схема небалансної системи інтенсивності, яка складається з небалансного перетворювача, лінії зв’язку, до якої додається балансний опір, і приймального приладу.

89

Рис.29. Функціональна схема небалансної системи інтенсивності.

Еквівалентна схема заміщення такої системи приведена нижче.

Тоді, для 1 –го випадку:i`прил ≈ EZ1` (1+ Rлін2 Rізол+ Z2Rізол) для 2 –го випадку:i``прил ≈ EZ`2 (1+ Rлін2 Rізол+ Z1Rізол)

Якщо ж Rізол →∞ та, відповідно, івит. → 0, то проблема розміщення Rбал втрачає сенс, оскільки тоді:

90

iприл ≈ EZ1` або ж iприл ≈ EZ`2

2)Зазвичай, Rбал включають на передаючому боці системи, оскільки опір небалансного перетворювача значно перевищує опір вимірювального приладу.

При цьому також менше впливає і зміна опору ізоляції, оскільки

Z1/ Rізол >> Z2 / Rізол

Для кабельних ліній можна вважати, що рівність, позначена, як ), досить точно виконується, тобто, струм на приймальному боці практично не залежить від параметрів лінії зв’язку.

Що стосується радіусу дії системи інтенсивності, то його можна збільшити, а

похибки від зміни параметрів лінії зв’язку зменшити, використовуючи, як сенсори,

низьковольтні малошумлячі перетворювачі (з покращеними метрологічними характеристиками та без необхідності додаткових джерел живлення), якщо

застосувати компенсаційний метод вимірювання.

Системи, що їх називають балансними системами інтенсивності, є

теоретичною межею небалансних систем, тобто, з Rбал = ∞. Хоч в реальних системах ідеальні умови не мають місця (струм в лінії відмінний від нуля, чутливість засобу вимірювання скінчена), все ж показники балансних систем кращі, ніж у небалансних.

Вякості вихідних приладів цих систем використовуються автоматичні компенсатори постійного струму.

Всистемах інтенсивності частіше всього використовуються такі номінальні значення струмів:

0…1; -1…0…1; 0…5; -5…0…5 (мА).

При вимірюванні параметрів змінного струму застосовують вимірювальні прилади з випрямлячами. Широко застосовуються також індукційно - випрямні пристрої в яких на вхід випрямляча подається змінна напруга, що пропорційна куту повертання індукційного перетворювача, що, в свою чергу, відповідає значенню вимірюваної величини: Х → α → Е~ → Е=.

Прикладом систем інтенсивності може бути телевимірювальна система інтенсивності (ТВС). В одноканальних аналогових ТВС канал звязку безпосередньо входить у вимірювальне коло і є аналоговим вимірювальним перетворювачем

(рис.30).

Рис.30. Одноканальна телевимірювальна система інтенсивності

91

Такі системи здебільшого обслуговують енерґетичні об’єкти. Вимірювані величини - напруга, струм, потужність ґенераторів тощо, подаються на вимірювальні перетворювачі з уніфікованим вихідним сиґналом, найчастіше постійного струмому від 0 до 1 мА (або від 0 до 5 мА) чи напруги від 0 до 1 В (або 0 до 5 В, тощо). Результат вимірювання в таких ТВС отримують на приймальному боці системи. ТВС використовують здебільшого 2-х провідну лінію звязку, якою передаються сиґнали у вигляді постійного струму чи напруги. Основним джерелом похибок ТВС є зміна параметрів лінії звязку (ЛЗ) внаслідок зміни зовнішніх умов (вологості чи температури).

Системи інтенсивності поділяються на некомпенсаційні і компенсаційні

(компенсаційні ТВС використовують статичне чи астатичне реґулювання), струмові ТВС і на пругові [5]. Отже, вхідні величини цих систем перетворюються в еквівалентний уніфікований сиґнал постійного струму, що передається лінією звязку. Для виконання цих перетворень розроблені та випускаються промисловістю

випрямні перетворювачі типу ВПН (напруги) і ВПС (струму), потужності та частоти. У перетворювачах типу ВПН і ВПС передбачено заходи для зменшення похибок від нелінійності випрямлячів, від температурних впливів, від зміни частоти.

На приймальному боці у струмових некомпенсаційних ТВС застосовуються магнітоелектричні вимірювальні механізми, які мають високу чутливість. Це дозволяє вмикати послідовно із ЛЗ додатковий резистор з великим опором для зменшення впливу зміни опору ЛЗ на похибку телепередавання вимірювального сиґналу.

Як приклад, покажемо роботу ТВС з використанням випрямного перетворювача напруги типу ВПН-2.

Система призначена для передавання значення напруги з вторинної обмотки вимірювального трансформатора напруги кабельною лінією зв’язку на приймальний прилад магнітоелектричної системи.

Телевимірювальний пристрій випрямної системи призначений для вимірювання напруги у колах змінного струму частотою 50 Гц при використанні кабельної лінії звязку, активний опір якої не перевищує 3000 Ом. Можливе також використання повітряної лінії звязку при умові, що опір ізоляції між провідниками в найгірших умовах не менший ніж 300000 Ом.

Обладнання системи розраховане на встановлення на панелях телевимірювання і диспетчерських пультах в закритих поміщеннях з температурою

навколишнього повітря від -10 oC до +40 oC - для випрямних перетворювачів від

+10 oC до +35 oC - для приймальних приладів, при відносній вологості повітря до 80%, за відсутності струмопровідного пилу і шкідливих домішок, які викликають корозію.

Дія вимірювального перетворювача випрямної системи базується на перетворенні змінного струму у відповідне значення постійного струму для подальшого передавання лінією звязку.

Телевимірювальний пристрій для вимірювання напруги змінного струму складається з перетворювача напруги, який встановлюють на передавальному боці. Первинна обмотка проміжного трансформатора перетворювача вмикається у коло

92

вторинної обмотки вимірювального трансформатора струму. Випрямлений струм через лінію звязку надходить до приймального приладу - магнітоелектричного міліамперметра, шкала якого проґрадуйована в одиницях вимірюваної величини або уніфікованого вихідного сиґналу.

На рис.31 показана одноканальна телевимірювальна система інтенсивності, яка складається з вимірювального трансформатора ЛАТР, вольтметра V, випрямного перетворювача ВПН-2, лінії зв’язку, міліамперметра mA та потенціометра.

Потенціометр

Рис.31. Одноканальна телевимірювальна система інтенсивностіз використаннм випрямного перетворювача ВПН-2.

Принцип дії приведеної системи наступний: змінна напруга (70-130 В) подається на ВПН-2, де перетворюється в постійну і передається через лінію зв’язку на приймальний бік: на міліамперметр магнітоелектричної системи, де отримуємо уніфікований вихідний сигнал постійного струму 0…1 мА.

93

СТАТИСТИЧНІ СИСТЕМИ

Це приклад ВІС для непрямих вимірювань. Має широке застосування в науці та техніці для аналізу випадкових величин і процесів. Теоретичною базою для їх побудови є мат. Статистика. Аналіз випадкових функцій може здійснюватися або аналоговими, або ж цифровими засобами. Призначення статистичної системи або вузьконаправлене (коли визначаються окремі статистичні характеристики об’єкта вимірювання), або ж багатоцільове (визначається сукупність різних характеристик).

По лінії зв’язку може передаватися чи прийматися оцінка випадкової характеристики випадкової величини (процесу), або ж вихідні дані для одержання цієї оцінки. Перший спосіб дає змогу (аналізатор на передаючому боці) економніше використовувати пропускну здатність лінії зв’язку. Обробка вихідних даних може реалізуватися як апаратним так і програмним, або ж апаратно - програмними способами.

При апаратному способі всі реалізації виконуються при допомозі схемних рішень (спеціалізованою апаратурою), при програмному – всі операції, окрім АЦП, - при допомозі спеціалізованих чи універсальних обчислювальних машин.

Реалізація систем, що реалізують останній спосіб, спричиняє створення вимірювально – обчислювальних комплексів (ВОК); це органічна єдність ВІС та ЕОМ.

Екстремальні варіанти побудови систем (чисто програмні або чисто апаратурні) для непрямих вимірювань мають свої переваги і недоліки.

Переваги програмного варіанту: можливість використання стандартного обладнання, але деколи не забезпечується необхідна швидкість обробки вимірювальної інформації в реальному масштабі часу.

Переваги апаратурного варіанту: можливість забезпечення високої швидкодії, проте недоліком є складність технічного виконання, складність модернізації.

При експериментальному вимірюванні характеристик випадкових процесів можна оперувати з : 1-ою реалізацією випадкового процесу Хі(t), ансамблем

реалізацій випадкового процесу X i (t) m=1,n (0≤tаналізу≤T), ансамблем значень різних

реалізацій, взятий в певний момент часу Xi (tj ) m=1,n .

Аналіз по 1-ій реалізації випадкового процесу можливий, якщо процес є стаціонарний і ергодичний (тобто коли значення його авто кореляційної функції, або

коефіцієнт кореляції RX (τ) ≤ R0 для всіх τ≥τ0.

94

сформувати ряд серій з цієї виборки. Вважаємо, що елемент буде «+» при хі ≥хсер і

«-» при хі <хсер. Отримуємо п’ять серій ++ --- + -- +++.

Серією називається послідовність знаків одного характеру, обмежена знаками іншого характеру або відсутністю будь-яких знаків. Для серій створено таблиці (закони розподілу). Якщо ми знаємо, скільки в серіях значень при об’ємі виборки n і заданий довірчий інтервал α , то перевіряємо гіпотезу про стаціонарність процесу: якщо процес є стаціонарний, то в послідовності кількість «+» і «-» буде однакова (проте це може іноді і не виконуватись через обмеженість виборки). Довірчий інтервал α задається: 0,05; 0,02; 0,01; 0,1.

Довірча імовірність (імовірність того, що буде відкинута правильна версія):

95

використовується, можна зменшити рівень довірчого інтервалу α або збільшити

Хдов.

Випадкові функції можуть бути задані в неперервному або в квантованому (дискретизованому) виді. В останньому випадку функція задається виборкою з n значень, взяті через певні проміжки часу t.

При аналізі ансамбля реалізації випадкового процесу маємо найбільш повну інформацію про випадковий процес, проте найчастіше використовується аналіз по 1- ій реалізації випадкового процесу.

Отримані в результаті вимірювань емпіричні властивості випадкових процесів називають оцінками істинних характеристик. Ці оцінки також є випадковими величинами, так як отримуються з певного обмеженого об’єму випадкових значень.

При плануванні статистичних експериментів необхідно забезпечити отримання оцінок з заданою точністю, враховуючи обмеження через певний об’єм вихідних даних, час вимірювань, складність апаратури. Оцінки характеристик мають бути ефективними, незміщеними, достатніми.