Результат интеллектуальной деятельности: Способ оценки параметров распределения времени запаздывания возникновения разряда и устройство для его осуществления

Изобретение относится к индикаторной технике и может быть использовано при исследовании характеристик газоразрядных индикаторов и разработке схем управления для них.

Известен способ оценки параметров газоразрядных индикаторов и устройство для его осуществления, которые позволяют лишь измерить (зарегистрировать) временные характеристики элементов отображения газоразрядных индикаторов (SU №1188807, H01J 17/49 от 30.10.85). Для использования результатов измерений, полученных этими способом и устройством, например определения вероятности возникновения разряда, необходимо провести дополнительную статистическую обработку результатов: по крайней мере найти параметры распределения зарегистрированных случайных величин.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ оценки параметров распределения времени запаздывания возникновения разряда газоразрядных индикаторов (SU №1684753, H01J 9/42 от 15.10.91, прототип), заключающийся в циклическом формировании на электродах газоразрядного индикатора стимулирующих сигналов N раз в течение времени Т в каждом цикле и измерении времени запаздывания возникновения разряда t_i. Обработка результатов измерений в этом способе осуществляется с помощью микроЭВМ, при этом предполагается, что при измерениях зарегистрированы случайные значения во всех циклах формирования стимулирующих сигналов. Метод максимального правдоподобия, применяемый в этом и во всех других, известных автору, способах оценки параметров распределения времени запаздывания возникновения разряда газоразрядных индикаторов, всегда предполагает, что при измерениях используются все зарегистрированные случайные значения, а их число равно числу циклов формирования стимулирующих сигналов (например, В.В. Солдатов. Методика измерения параметров газоразрядных знакосинтезирующих индикаторов (ГЗСИ) // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. - 2009. - №29. - С. 48-53, формула 5).

Однако при измерении случайных значений времени запаздывания возникновения разряда газоразрядных индикаторов зажигание исследуемого элемента может происходить не во всех циклах формирования стимулирующих сигналов и исследователю неизвестны истинные значения времени запаздывания зажигания при незажигании элемента отображения. В газоразрядных индикаторах это особенно характерно для режимов с малыми перенапряжениями. В этих случаях исследователи вынуждены ограничиваться определением лишь числа циклов, в которых произошло зажигание элемента отображения, либо полностью игнорировать результаты исследований. Например, в работе Орлова Ю.И., Шестеркина А.Н. «Исследование функции распределения запаздывания пробоя в условиях взаимной ионизации газоразрядных промежутков» (Электронная техника, Серия 4, Электровакуумные и газоразрядные приборы, вып. 5(66), с. 3-13) ячейки в последних строчках в таблице 1 не заполнены из-за того, что зажигание элемента происходило не во всех циклах формирования стимулирующих сигналов. Таким образом, если в некоторых циклах формирования стимулирующих сигналов неизвестны значения времени запаздывания зажигания, то использование классического метода максимального правдоподобия для оценки параметров распределения времени запаздывания зажигания дает недостоверный результат. Отметим также, что распределение времени запаздывания зажигания элементов отображения газоразрядных индикаторов в этих случаях с большой достоверностью может быть описано экспоненциальным распределением.

Известное устройство для оценки параметров распределения времени запаздывания возникновения разряда содержит блок стимулирующих сигналов, выходы которого через блоки коммутации шин «У» и «X» соединены с газоразрядным индикатором, который оптически связан с анализатором состояния элементов отображения, выход которого соединен с R входом RS-триггера (SU №1684753, H01J 9/42 от 15.10.91, прототип).

В теории обработки результатов испытаний, в частности, обработки результатов испытаний на безотказность (Б.В. Гнеденко, Ю.К. Беляев, Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. Основные характеристики надежности и их статистический анализ. М.: Наука, 1965 г., гл. 3.), показано, что оценка параметров экспоненциального (Вейбулла, логарифмически показательного) распределения может быть проведена модифицированным методом максимального правдоподобия, если известны результаты измерений не во всех циклах формирования стимулирующих сигналов, т.е. по цензурированной выборке.

В соответствии с этими результатами, если время формирования стимулирующих сигналов в каждом из N циклов равно Т, а зажигание элемента отображения произошло лишь в N-n циклах с запаздыванием возникновения разряда t_i (i=1, 2, …, N-n), то оценку среднего времени запаздывания возникновения разряда следует определять по формуле , а оценку интенсивности возникновения разряда - как обратную величину от оценки среднего времени запаздывания возникновения разряда.

Нетрудно убедиться, что если зажигание элемента отображения произошло во всех циклах формирования стимулирующих сигналов (n=0), то приведенное выше выражение преобразуется в формулу для оценки параметров классическим методом максимального правдоподобия. Вышеприведенной формулой можно воспользоваться и при исследованиях, если по каким-либо причинам исследования прерываются после зажигания элемента отображения N-n раз.

Цель предлагаемого изобретения - повышение достоверности оценки параметров распределения времени запаздывания возникновения разряда за счет регистрации числа циклов формирования стимулирующих сигналов, в которых исследуемый элемент не зажегся, и использование этих данных при вычислении параметров распределения.

С этой целью после окончания формирования стимулирующих сигналов при незажигании исследуемого элемента отображения в каждом цикле регистрируют его незажигание, оценку среднего времени запаздывания возникновения разряда определяют по формуле , где n - число незажиганий исследуемого элемента отображения, а оценку интенсивности возникновения разряда определяют как обратную величину от оценки среднего времени запаздывания возникновения разряда.

В устройство для оценки параметров распределения времени запаздывания возникновения разряда введены измеритель временных интервалов, блок обработки и выдачи результатов, блок синхронизации, первый выход которого соединен с входом блока стимулирующих сигналов, второй выход соединен с первым входом измерителя временных интервалов, S входом RS-триггера и входом анализатора состояний элементов отображения, выход которого соединен со вторым входом измерителя временных интервалов и входом блока синхронизации, третий выход которого соединен с управляющим входом блока обработки и выдачи результатов, информационные входы которого соединены с выходом измерителя временных интервалов, прямым и инверсным выходами RS-триггера, выход блока обработки и выдачи результатов, реализующий формулу , является выходом устройства, а информационные входы блока синхронизации и генератора стимулирующих сигналов являются информационными входами устройства.

Функциональная схема устройства оценки параметров распределения времени запаздывания возникновения разряда представлена на фиг. 1, на фиг. 2 - временные характеристики, поясняющие его работу.

Устройство (фиг. 1) содержит блок стимулирующих сигналов 1, блоки коммутации шин «У» и «X» 2 и 3, газоразрядный индикатор 4, анализатор состояния элементов отображения 5, RS-триггер 6, блок синхронизации 7, измеритель временных интервалов 8 и блок обработки и выдачи результатов 9.

Вычисление параметров распределения времени запаздывания возникновения разряда осуществляется следующим образом. Каждый цикл измерения времени запаздывания возникновения разряда начинается в момент формирования сигнала на первом выходе блока синхронизации 7 (фиг. 2). При этом на выходе блока стимулирующих сигналов 1 формируется напряжение Up, которое с помощью блоков коммутации шин «У» и «X» 2 и 3 подается на элементы отображения газоразрядного индикатора 4. С задержкой, равной времени установления напряжения на шинах индикатора 4, на втором выходе блока синхронизации 7 формируется сигнал, устанавливающий RS-триггер 6 в состояние единица, разрешающий работу анализатора состояния элементов отображения 5 и определение времени запаздывания возникновения разряда измерителем временных интервалов 8 (установку начального состояния и запуск). При зажигании элемента отображения индикатора 4 анализатор состояния элементов отображения 5 формирует сигнал, переключающий RS-триггер 6 в исходное состояние, останавливающий работу измерителя временных интервалов 8 и фиксирование текущего результата измерения. Для уменьшения влияния горения элемента отображения газоразрядного индикатора 4 на последующие результаты исследований, после зажигания элемента отображения напряжение на выходах блока стимулирующих сигналов 1, следовательно, и на шинах индикатора 4, уменьшается до напряжения Un, которое меньше, чем напряжение горения. Такой уровень устанавливается для того, чтобы уменьшить время установления напряжение Up на шинах индикатора. Выходной сигнал измерителя временных интервалов 8, а также состояние RS-триггера 6, характеризующее зажигание элемента отображения, сигналом с третьего выхода блока синхронизации 7 записывается в блок обработки и выдачи результатов 9. Далее определение времени запаздывания элемента отображения повторяется необходимое число раз.

Если в очередном цикле определения времени запаздывания элемента отображения он не загорится (фиг. 2), то выходной сигнал измерителя временных интервалов 8 не формируется. Сигналом с третьего выхода блока синхронизации 7 в этом случае в блок обработки и выдачи результатов 9 записывается выходной код измерителя, равный времени формирования стимулирующих сигналов Т, и состояние RS-триггера 6, характеризующее незажигание элемента отображения.

После завершения N циклов в блоке обработки и выдачи результатов 9 будут записаны N-n случайных значений времени запаздывания возникновения разряда и n значений, равных времени формирования стимулирующих сигналов Т. На основе этих данных блок обработки и выдачи результатов 9 по формуле вычисляет оценку среднего времени запаздывания возникновения разряда и оценку интенсивности возникновения разряда как обратную величину от оценки среднего времени запаздывания возникновения разряда.

Информационные входы блока синхронизации 7 позволяют установить число циклов измерения времени запаздывания возникновения разряда N и длительность каждого цикла Т, а также запускать (останавливать) измерения - сигнал Пуск/Стоп. Информационные входы блока стимулирующих сигналов 1 позволяют установить напряжение возбуждения исследуемого элемента отображения U и последовательность подключения элементов индикатора - Посл.

Предлагаемые способ и устройство проверены экспериментально (индикатор ИГЛ 64×64, шаг элементов 3 мм). Эксперимент сводился к следующему. Для сохранения одинаковыми условий проведения эксперимента при различных соотношениях длительности цикла и среднего времени запаздывания зажигания в 2000 циклах определены и зафиксированы длительности запаздывания возникновения разряда элемента отображения при длительности цикла Т=500×10^-6 с, который обеспечивает зажигание элемента во всех циклах. В результате измерений установлено, что при зажигании элементов отображения во всех циклах оценка среднего времени запаздывания возникновения разряда (оценка интенсивности возникновения разряда) составляет 41.06×10^-6 с (2.44×10⁴ 1/с). Если длительность цикла установить равной Т=400×10^-6 с, то зажигание элемента отображения происходит также во всех циклах и оценка среднего времени запаздывания возникновения разряда (оценка интенсивности возникновения разряда) не изменяется. Если длительность цикла измерений выбрать равной Т=200×10^-6 с, то зажигание элемента отображения произошло бы 1983 раза (в 17-ти циклах определения времени запаздывания элемент отображения не загорелся), а оценка среднего времени запаздывания возникновения разряда (оценка интенсивности возникновения разряда) составляет 41.07×10^-6 с (2.44×10⁴ 1/с). Если пренебречь незажиганиями элемента отображения в 17 циклах, то оценка среднего времени запаздывания зажигания благодаря большому числу циклов с помощью известного метода составляет приемлемое значение - 39.36×10^-6 с.

Однако при длительности цикла измерений, сравнимым со средним временем запаздывания зажигания (Т=40×10^-6 с), зажигание элемента отображения произошло бы лишь 1253 раза (в 747-ти циклах определения времени запаздывания элемент отображения не загорелся). Оценка среднего времени запаздывания возникновения разряда (оценка интенсивности возникновения разряда) с помощью предлагаемых способа и устройства равна 40.77×10^-6 с (2.45×10⁴ 1/с), т.е. практически совпадает с действительной. Отбрасывание незажиганий элемента отображения в 747 циклах дает оценку среднего времени запаздывания зажигания 16.92×10^-6 с, т.е. с помощью известных метода и устройства значение вычисленной оценки отличается от действительной в 2.41 раза.

Такие же соотношения между оценками, получаемыми известными и предлагаемыми способами и устройствами, сохраняются и при других значениях числа циклов измерений, например при 150 циклах измерений. В этом случае (из исследуемого массива взяты первые 150 элементов, элементы массива неупорядоченны, что соответствует простому случайному отбору) при Т=40×10^-6 с, зажигание элемента отображения произошло бы лишь 94 раза (в 56-ти циклах определения времени запаздывания элемент отображения не загорелся). Оценка среднего времени запаздывания возникновения разряда с помощью предлагаемого способа в этом случае равна 39.07×10^-6 с, т.е. также практически совпадает с действительной, в то время как с помощью известного способа (при игнорировании не зажиганий элемента) - 15.24×10^-6 с.

Отметим, доверительные интервалы параметров распределения времени запаздывания возникновения разряда для предлагаемого способа составляют несколько процентов (точное решение уравнения биномиального распределения при больших, более тысячи элементов, объемах выборки не найдено). При 1000 циклах измерений и длительности подключения элемента 120×10^-6 с элемент отображения не зажигается 61 раз. Из уравнения биномиального распределения следует, что верхняя и нижняя границы вероятности числа зажиганий составляют 0.0777 и 0.0477, что соответствует коэффициентам, определяющим границы доверительных интервалов интенсивности зажигания 0.081 и 0.048.

Таким образом, предлагаемые способ вычисления параметров распределения времени запаздывания возникновения разряда и устройство для его осуществления обеспечивают повышение достоверности определения статистических параметров распределений при различном числе зажиганий исследуемого элемента отображения.