Спектральный анализатор

 

Изобретение относится к системам управления испытания изделий на внешние воздействия и может быть использовано дпя управления акустическими и вибрационными установками. Целью изобретения является упрощение устройства. Данная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор 6 шума, фильтр 35, умножитель 16, интегратор 33, детектор 32, сумматор 20 и индикатор 31, введены коммутаторы 1-5, аналого-цифровой преобразователь 17, второй сумматор 21, блоки 22-25 памяти, элемент И 34, счетчики 27,28, триггер 29, ключ 30, цифро-аналоговые преобразователи 18, 19, мультивибратор 26. Введение данных блоков и связей между ними поаволило заменить большое количество фильтров одним аналоговым узкополосным фильтром, резонансная частота (Л которого управляется цифровым кодом. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 С 06 F 15/36 т «1 л

« !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3802686/24-24 (22) 08.10.84 (46) 07.12.86. Бюл. 11« 45 (72) В.В.Сумароков и В.Ф.Черепов (53) 681.333 (088.8) (56) Опыт разработки аппаратуры для автоматизации испытаний на механические воздействия. — Л.: ЛДНТП, 1982, с.14, рис.5.

Веселов IO.Â. и др. Аппаратура воспроизведения и регистрации случайных вибраций и ударов. - Л.:

ЛДРТЛ, 1979, с.12, рис.2. (54) СИЕКТРАЛЬНЬИ АНАЛИЗАТОР (57) Изобретение относится к системам управления испытания изделий на внешние воздействия и может быть использовано для управления акустичес„„Я0„„1275468 А 1 кими н вибрационными установками.

Целью изобретения является упрощение устройства. Данная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор 6 шума, фильтр 35, умножитель 16, интегратор 33, детектор 32, сумматор 20 и индикатор 31, введены коммутаторы 1-5, аналого-цифровой преобразователь 17, второй сумматор

21, блоки 22-25 памяти, элемент И 34, счетчики 27,28, триггер 29, ключ 30 цифро-аналоговые преобразователи 18, 19, мультивибратор 26. Введение данных блоков и связей между ними позволило заменить большое количество фильтров одним аналоговым узкополос" Е ным фильтром, резонансная частота которого управляется цифровым кодом.

1 ил, 1275468

Изобретение относится к системам управления испытаниями изделий на внешнее воздействие и может быть использовано для управления акустическими и вибрационными установками, Целью изобретения является упрощение устройства.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого анализатора.

1О

Анализатор состоит из коммутаторов 1 — 5, генератора 6 шума, резисторов 7 - 9, усилителей 10 и ll,конденсаторов 12 и 13, умножающих цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) 14 и 15, умножителя 16, аналоI5 го-цифрового преобразователя (АЦП)

17, ЦАП 18 и 19, сумматоров 20 и 21, блоков 22-25 памяти,мультинибратора 26, счетчиков 27 и 28, триггера 29, ключа 30, индикатора 31, детектора 32, 20 интегратора 33, элемента И 34 и фильтра 35.

Анализатор работает в трех режимах: синтеза генерирования и аналиЭ

25 за.

Перед началом режима синтеза в блок 24 заносят информацию об опорI ном спектре сигнала процесса, который надо затем воспроизвести, и

30 кратковременно нажимают ключ 30, при этом логический ноль поступает на входы счетчиков 27 и 28 и триггера

29 и устанавливает их в начальные состояния. При этом нулевой выходной код счетчика 28 подается на адресные входы блоков 23 - 25, В результате на выходе блока 24 появляется цифровое слово, равное ординате первой частотной составляющей опорного спектра. ЦАП 18 превращает этот цифровой сигнал в аналоговое напряжение и подает его на вход коммутатора 4. Блок 25 представляет собой постоянное запоминающее 45 устройство (ПЗУ), в ячейках которого записаны значения ряда частот спектра, воспроизводимого всем устройством, поэтому в начальном состоянии на выходе блока 25 появляется число, равное значению частоты первой ординаты спектра, Это число поступает на управляющий вход перестраинаемого узкополосного фильтра, образованного резисторами 7 — 9, конден- 55 саторами 12 и 13, усилителями 10 и

1l и умножающими ЦАП 14 и 15, входом фильтра является вход резистора 7, а выходом — выход усилителя 11. Коэффициент передачи фильтра равен

К = — — т — -5

R R

2+3 (f/f где R, В. и!, 11 т

9 8 сопротивления резисторов 7 — 9; резонансная частота фильтра; частота.

Qо вл 2ПС где Q — число на управляющих нхоsx дах 14 и 15;

q — проводимость аналоговой о цепи ЦАП 14 и 15 при

Qsx

С вЂ” емкость конденсаторов 12 и 13.

При частоте входного сигнала фильтра, равной резонансной, коэффициент передачи фильтра резко воэрас-i тает. Если при этом соотношение

R — -- - = 2 + д, где й«1, то коэффиРз циент передачи на резонансной частоте равен йз 1 R

К вЂ” --- — — >) -- - .

Rr

Подбирая значение сопротивления резистора 8, можно менять добротность резонансной характеристики фильтра.

Если изменять значения входных цифровых слов фильтра от минимального до максимального (от 1 до 4096 для серийных умножающих 12-разрядных ЦАП), то резонансная частота фильтра может изменяться от 5 до

20 — 48 Гц, охватывая весь диапазон звуковых частот, В начальном состоянии,на выходе триггера 29 появляется логическая единица, которая через коммутаторы подключает выход генератора шумов к входу фильтра, выход умножителя 16 к выходу устройства и входу АЦП 17, вход устройства — к входу детектора

32, выходной сигнал ЦАП 18 - к вычитающему входу сумматора 20. При этом широкополосный случайный выходной сигнал генератора шумов, пройдя фильтр и умножитель 16, образует на выходе устройства случайный узкополосный сигнал на частоте, равной низшей частоте спектра.

Уровень этого сигнала низкий, так как на другом входе умножителя

16 сигнал, пришедший с интегратора l 275468

33, близок к нулю. Выходной сигнал устройства возбуждает внешнее устройство, например акустическую камеру или вибростенд, сигнал обратной связи приходит на вход устройства 5 и попадает через коммутатор 2 на вход детектора 32, где выпрямляется и подается на вход сумматора 20.

Так как выходной сигнал устройства мал, то мал сигнал на выходе детектора 32, который меньше сигнала, пришедшего с выхода ЦАП 18 через. коммутатор 4, поэтому на выходе сумматора 20 присутствует значительный отрицательный сигнал, который интенсивно заряжает интегратор 33, и его выходной сигнал растет, повышая уровень выходного сигнала устройства. В результате повышается выходной сигнал .детектора 32, при его приближении к уровню выходного сигнала ЦАП 18 выходной сигнал сумматора 20 приближается к нулю, заряд интегратора происходит менее интенсивно. При равенстве по постоянному току сигналов на выходе детектора и на выходе ЦАП 18, что означает равенство уровня процесса на внешнем устройстве уровню первой спектральной составляющей спектра, записан- 30 ный в блоке 24 средний уровень сигнала на входе интегратора равен нулю, выходной сигнал интегратора перестает изменяться.

Время выхода на режим составляет три постоянных времени интегратора, за это время счетчик 27 под действием тактовых импульсов мультивибратора 26 изменяет свое состояние от нуля до появления логической едини- 40 цы на выходе старшего разряда. Эта логическая единица через элемент

И 34 проходит на вход записи блока 22, переводя его в режим записи входной информации, которая представ-45 ляет собой выходной сигнал устройства, прошедший коммутатор 3, АЦП 17 и сумматор 21 ° За время существования логической единицы на выходе старшего разряда счетчика 27 в блок 50

22 записывается в цифровом виде реализация узкополосного случайного сигнала, частота которого равна первой составляющей спектра.

После заполнения всего счетчика Ы

27 на его выходе максимума появляется кратковременный сигнал, сбрасывающий в ноль интегратор 33. После этого на выходе старшего Разряда счетчика 27 логическая едивюца превращается в ноль, запоминающее устройство выходит из состояния записи, а в счетчик 28 записывается единица.

Эта единица создает на выходе

ЦАП 18 постоянный уровень, равный уровню второй спектральной составляющей опорного спектра, и устанавливает резонансную частоту фильтра

35, равную частоте второй спектральной составляющей. Затем вновь .повторяется работа фильтра 35, интегратора 33 и счетчика 27, в результате чего на выходе устройства устанавливается узкополосный случайный процесс, по уровню равный уровню второй спектральной составляющей опорного спектра, а по частоте — этой составляющей спектра. При появлении логической единицы на выходе старнего разряда счетчика 27 в блок 23 записывается реализация выходного сигнала устройства, которая слагается в сумматоре 21 с информацией, уже записанной в блок 22, т.е. в блоке

22 записана сумма двух реализаций на частотах первой и второй составляющих спектра. После этого в счетчик 28 вновь добавляется единица, на его выходе появляется число

"2", и процесс работы снова многократно повторяется до заполнения всего счетчика 28, число состояний равно числу спектральных составляющих опорного спектра, На его выходе максимума появляется сигнал, сбрасывающий триггер 29 в ноль. При этом в блоке 22 оказывается записанной сумма узкополосных реализаций, уровни которых и частоты соответствуют опорному спектру, записанному в блоке 24. Совместно эти реализации образуют один широкополюсный случайный сигнал, Затем устройство переходит в режим генерирования в анализе.Пои этом логическии ноль на выходе триггера 29 запрещает прохождение сигнала через элемент И 34, что устанавливает только режим считывания блока 22.

Кроме того, коммутаторы 1 — 5 подключают соответственно вход устройства к входу фильтра, выход фильтра — к входу детектора 32, выход интегратора 33 — к вычитающему входу сумматора 20 и входу АЦП 17, выход

ЦАП 19 - к выходу устройства. В

1275468 этом режиме под действием тактовых импульсов мультивибратора 26 работает беспрерывно счетчик 27, меняя адреса ячеек блока 22, при этом на выходе блока 22 образуется цифровой микрополосный случайный сигнал,. который, пройдя ЦАП 19, преобразуется в аналоговый вид и передается на выход устройства, возбуждая внешнее, 10 устройство. При этом на последнем образуется широкополосный случайный процесс, спектр которого соответствует заданному опорному спектру.

Для контроля спектра процесса в 15 устройстве происходит анализ его спектра, при этом сигнал обратной связи с внешнего устройства поступает на вход фильтра 35, резонансные частоты которого последовательно пе- 20 рестраиваются под действием выходного сигнала блока 25, управляемого счетчиком 28. При работе фильтра

35 на одной иэ резонансных частот счетчик 27 меняет свой выходной сигнал от минимального до максимального состояния, считывая с блока 22 две реализации сигнала. Выходной сигнал фильтра 35 в это время подается на вход детектора 32, где выпрямпя- З0 ется, и через сумматор 20 на вход интегратора 33, который начинает заряжаться, его выходной сигнал начинает возрастать. Этот сигнал подается .на вычитающий вход сумматора 20, в результате чего средний уровень сигнала на входе интегратора 33 падает, падает скорость возрастания его выходного сигнала. При равенстве по постоянному току сигналов на выходе 40 .интегратора 33 и выходного сигнала дектора 32 сигнал на выходе интегратора 33 перестает изменяться . Поэтому выходной сигнал интегратора 33 характеризует уровень спектральной 45 составляющей процесса на внешнем устройстве в полосе частот пропускания фильтра. Выходной сигнал интегратора 33 передается через коммутатор. 3 и АЦП 17 и в цифровом виде >0 поступает на вход блока 23. При достижении счетчиком 27 максимального состояния на его выходе максимума появляется кратковременный сигнал, который переводит блок 23 в режим 55 записи, и в него записывается информация об уровне спектральной составляющей спектра процесса во внешнем устройстве. Сигнал на выходе максимума счетчика 27 также сбрасываеF интегратор 33 в ноль, после чего в счетчик 28 записывается очередная единица. Устройство переходит к аналиэу уровня следующей спектральной составляющей, записывая затем этот уровень в следующую ячейку блока 23.

При достижении счетчиком 28 максимального состояния в блок 23 оказывается записанным весь анализируемый спектр процесса. В следующем цикле работы счетчика 28 вновь производится анализ спектра. При отсутствии сигнала на выходе максимума счетчика 27 блок 23 находится в режиме считывания, в результате чего на вход индикатора 31 последовательно считывается информация об анализируемом спектре процесса, одновременно на другой вход индикатора 31 считывается информация с блока 24 об опорном спектре, на экране индикатора 31 при этом видны оба спектра, что позволяет оператору сравни.вать их между собой.

Формула изобрет ения

Спектральный анализатор, содержащий генератор шума, фильтр, умножитель, интегратор, детектор, первый сумматор и индикатор, выход фильтра подключен к первому входу умножителя, второй вход которого соединен с выходом интегратора, о т л ичающий с я тем, что, с целью упрощения устройства, в него введены коммутаторы, аналого-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, второй сумматор, блоки памяти, мультивибратор, счетчики, триггер, ключ, элемент И, выход которого соединен с входом записисчитывания первого блока памяти, вход задания адреса которого соединен с выходом первого счетчика, тактовый вход которого подключен к выходу мультивибратора, выход старшего разряда первого счетчика соединен с входом записи-считывания второго блока памяти, вход которого объединен с адресными входами третьего и четвертого блоков памяти и подключен к информационному выходу второго счетчика, вход которого объединен с входом сброса первого счетчика и!

275468

Составитель И,Мухин

Техред М.Ходанич Корректор M.Пожо

Редактор О,Юрковецкая

Заказ 6563/42 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 входом установки в единицу триггера и соединен с выходом ключа, вход которого подключен к входу задания ноля устройства, вход установки триггера в ноль соединен с выходом старшего разряда второго счетчика, счетный вход которого объединен с первым входом элемента И и подключен к выходу переполнения первого счетчика, информационный вход первого блока памяти соединен с выходом первого сумматора, первый вход которого подключен к выходу первого блока памяти, второй вход первого сумматора с информационным входом второго блока памяти и соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя,вход которого подключен к выходу первого коммутатора, первый информационный вход которого объединен с первым информационным входом второго коммутатора, вторым входом умножителя и соединен с выходом интегратора, выход которого подключен к второму информационному входу второго коммутатора и первому информационному входу третьего коммутатора, второй вход которого соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя, вход которого подключен к выходу первого блока памяти, управляющие входы коммутаторов объединены с вторым входом элемента И и соединены с выходом триггера, выход второго блока памяти подключен к первому входу индикатора, второй вход которого соединен с выходом третьего блока памяти и объединен с входом вто-. рого цифроаналогового преобразовате-!

0 ля, выход которого подключен rc второму информационному входу второго коммутатора, выход которогб соединен с вычитающим входом второго сумматора, выход которого подключен к вхо15 ду интегратора, суммирующий вход второго сумматора соединен с выходом детектора, вход которого подключен к выходу четвертого коммутатора, первый информационный вход которого соединен с выходом фильтра, второй информационный вход четвертого коммутатора объединен с первым информационным входом пятого коммутатора и подключен к входу устройства, выход генератора шума соединен с вторым информационным входом пятого коммутатора,,выход третьего коммутатора является выходом устройства, выход

ЗО четвертого блока подключен к входу управления коэффициентом передачи фильтра.