Анализатор спектра

 

Изобретение служит для расширения функциональных возможностей анализатора спектра. Анализатор содержит входной усилитель 1, группу каналов 2 и индикатор 3. Введенные постоянные запоминающее устройство 4, цифроаналоговый преобразователь 5, счетчик 6 адреса, элементы 7 и 10 совпадения и генератор 9 импульсов осуществляют преобразование накопленного на интеграторе напряжения и могут быть объединены в один блок - функ циональный преобразователь. Каждый из каналов 2 содержит полосовой фильтр , квадратор, ключи, интегратор напряжения, компаратор, переключатель , элемент совпадения и счетчик. 4 ил., 1 табл. й

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) д1 (51) 4 G 01 R 23/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

79

Рб

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3985537/24-21 (22) 02.12.85 (46) 15. 10.87. Бюл. У 38 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина} (72) Г. Х.Такиди, А.А. Плавильщиков и О.И. Попков (53) 621.317.757 (088.8) (56) Клюкин И.И., Колесников А.Е.

Акустические измерения в судостроении, Л.: Судостроение, 1982, с. 101102. (54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА (57) Изобретение служит для расширения функциональных возможностей анализатора спектра. Анализатор содержит входной усилитель 1, группу каналов

2 и индикатор 3 ° Введенные постоянные запоминающее устройство 4, цифроаналоговый преобразователь 5, счетчик 6 адреса, элементы 7 и 10 совпадения и генератор 9 импульсов осуществляют преобразование накопленного на интеграторе напряжения и могут быть объединены в один блок — функциональный преобразователь. Каждый из каналов 2 содержит полосовой фильтр, квадратор, ключи, интегратор напряжения, компаратор, переключатель, элемент совпадения и счетчик.

4 ил., 1 табл.

1345132

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использонан при построении анализаторов н виброметрии, акустике, гицроакустике, .) при анализе различных ударных процессов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей анализатора спектра. 1Р

На фиг. 1 приведена структурная схема анализатора спектра; на фиг.2 = структурная схема одного из каналов анализатора; на фиг. 3 и 4 — временные диаграммы, поясняющие принцип 15 работы.

Анализатор спектра содержит входной усилитель 1, группу каналон 2, индикатор 3, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 4, цифрО аналогОвый 2р преобразователь (ЦАП) 5, счетчик 6 адреса, элемент 7 совпадений, дешифратор 8, генератор 9 импульсов, элемент 10 совпадений, однонибраторы 11 и 12, полосовой фильтр 13, кнадратор 26

14, ключи 15, 16 и 17, резистор 18, интегратор 19, компаратор 20, пере. ключатель 21, элемент 22 совпадений, счетчик 23. Элементы 4, " 6, 7, 9 и 10 осуществляют преобразование накопленного на интеграторе 19 напряжения и могут быть объединены в один блок — функционный преобразователь.

Вход усилителя 1 является сигнальным входом 24 всего анализатора.

Вход одновибратора 11 являе" ñÿ запускающим входом 25 анализатора ° Bbtход одновибратора 11 подключен к входу одновибратора 12 и к первому входу дешифратора 8, третий и четвертый 4р входы которого являются режимными входами 26 и 27 анализатора спектра.

Входы 28 канйла 2 объединены и подключены к выходу усилителя 1, дополнительный выход которого подклю45 чен к дополнительному входу индикатора 3. Входы 29-35 каналов ?, имеющие одинаковые номера, объединены между собой и подключены соответственно к выходу ЦА 5, к третьему, четвертому и пятому выходам дешифратора 8, ко входу одновибратора 11„ к шестому выходу дешифратора 8 и к выходу элемента О совпадений. Выходы 36 каналов

2 подключены к группе входов индикатора 3. Первый выход дешифратора 8 подключен к одному из входов элемента 7 совпадений, выход которого подключен к входу счетчика 6 адреса. Выход счетчика. 6 адреса подключен к входу ПЗУ 4, выход которого подключен ко входу ЦАП 5. Второй выход дешифратора 8 подключен к установочному входу счетчика 6. Вход элемента совпадений 7 подключен к установочному входу счетчика 6. Вход элемента 7 совпадений подключен к выходу генератора 9 и к первому входу элемента

10 совпадений, второй вход которого подключен к выходу однонибратора 12 и ко второму зходу дешифратора 8.

Каждый канал содержит следующие соединения.

Выход фильтра 13 подключен ко входу квадратора 14, входу ключа 15 и входу переключателя 21. Выход кнадратора 14 подключен ко входу ключа 16, ВЫХОД KOTOPOI О ПОДКЛЮЧЕН К ПЕРВОМУ выводу резистора 18 и к выходу ключа 17. Второй вывод резистора 18 подключен к выходу ключа 15 и к входу интегратора 19, выход которого подключен к первому входу компаратора

20. Второй вход компаратора 20 подключен к выходу переключателя 21, второй вход которого подключен к шине с нулевым потенциалом. Выход компаратора 20 подключен к первому управляющему вхоцу ключа 15 и к первому входу элемента 22 совпадений, выход которого подключен ко входу счетчика 23. Вход фильтра является входом

28 канала 2, входом 29 которого является вход ключа 17. Второй управляющий вход ключа 15 является входом 30 канала 2, входом 31 которого является управляющий вход ключа 16. Управляющий вход ключа 17 является входом

32 канала 2. Входы сброса интегратора 19 и счетчика 23 объединены и являются входом 32 канала 2, входом 34 которого является управляющий вход переключателя 21. Второй вход элемента ?2 совпадений является входом 35 канала 2, выходом 36 которого является выход счетчика 23.

Анализатор работает следующим образом, Анализируемый сигнал поступает на вход 24 (фиг. 1) входного усилителя

1 с автоматическим выбором коэффициента усиления. Нормированный сигнал с выхода усилителя 1 поступает на

1 нходы 28 каналов 2. Значение коэффициента усиления усилителя 1 гоступает н двоичном коде на индикатор 3. з 1345132 4

Анализатор работает в одном из четырех режимов.

1. Анализ среднеквадратичных значений отдельных составляющих с выво5 дом результата в линейном масштабе.

2, То же, что в и. 1, но с выводом результата в логарифмическом масштабе.

3. Анализ пиковых значений отдель- 10 ных частотных составляющих с выводом результата в линейном масштабе.

4. То же, :то в и. 3, но с выводом результата в логарифмическом масштабе. 15

Первый режим работы.

Режим работы задается подачей кодовой комбинации 00 на входы 26 и 27 дешифратора 8. С приходом пускового импульса на вход 25 по его переднему 20 фронту сбрасываются в исходное состояние канальные счетчики 23 и интеграторы 19. По заданному фронту пускового импульса запускается одновибратор

11. На выходе одновибратора t1 форми- б руется импульс, длительность которого определяет время анализа входного сигнала. Сигнал с одновибратора 11 поступает на первый вход дешифратора 8. Дешифратор 8 функционирует в 30 соответствии с таблицей, в которой задан алгоритм работы дешифратора.

На его выходе появляется высокий потенциал, который поступает на вход

31 канала 2 и замыкает ключи 16 (фиг.2).Зб

Выход фильтра 13 подсоединяется ко входу интегратора 19 через квадратор

14 и резистор 18, Интегратор 19 имеет малую постоянную времени. Для увеличения постоянной времени интеграто- 40 ра 19 служит резистор 18, подключаемый íà его вход. Выходной сигнал по-! лосового фильтра 13 возводится в квадрат и интегрируется. По окончании времени анализа напряжение на вы- 4б ходе каждого интегратора пропорционально квадрату амплитуды соответствующей гармонической составляющей входного сигнала.

Задним фронтом импульса с выхода б0 одновибратора 11 запускается одновибратор 12. Одновибратор 12 служит для генерации импульса, длительность которого равна максимальному времени разряда интегратора 19. С появлением высокого потенциала на выходе одновибратора 12 начинается разряд интегратора 19. Дешифратор 8 вырабатывает высокий потенциал на входе 32 каналов 2, который замыкает ключи 17 и подсоединяет напряжение отрицательной полярности с выхода ЦАП 5. Разряд интегратора 19 происходит нелинейно в отличие от интегрирующих (AIJJI) аналого-цифровых преобразователей. В первом режиме время разряда пропорционально корню квадратному от вели-ины напряжения, присутствующему на выходе интегратора после завершения времени анализа, т.е. время разряда каждого интегратора 19 пропорционально среднеквадратичному значению соответствующей гармонической составляющей.

Осуществление нелинейного разряда интегратора 19.

Разряд интегратора 19 происходит при высоком потенциале на выходе одновибратора 12. В этот же период времени на выходе дешифратора 8 вырабатывается высокий потенциал, поступающий на один из входов элемента 7 совпадений. Через этот элемент начинают поступать счетные импульсы с генератора 9 импульсов на счетчик 6 адреса. Первый поступивший импульс устанавливает содержимое счетчика 6 в соответствии с кодовой комбинацией, присутствующей на установочном входе, а каждый последующий импульс увеличивает содержимое счетчика 6 на единицу. На установочном входе счетчика 6 с дешифратора 7 подаются начальные адреса (А1 + А4) массивов числовых последовательностей. С приходом каждого импульса на выходе ПЗУ 4 появляется очередная кодовая комбинация, выводимая из следующих друг за другом ячеек ПЗУ 4. Каждая кодовая комбинация преобразуется в ЦАП 5 в отрицательное напряжение определенной величины и подается через резистор 18 на вход интегратора 19. Напряжение на выходе IIAII 5 имеет ступенчатую форму, а на выходе интегратора 19 напряжение представляет собой ломаную

1 (фиг. 3) . Точность выходного результата зависит от точности апроксимации нелинейных функций разряда интегратора. Предварительно вычисленные значения кодовых комбинаций записаны в ячейках ПЗУ 4.

В различных режимах разряд интегратора осуществляется по различным зависимостям. В первом режиме время разряда пропорционально квадратному корню первоначального напряжения, во !345132

Таким образом, введение ПЗУ, счетчика адреса, ЦАП, генератора импульсов, двух элементов совпадений и двух одновибраторов, а также дополнительное введение в состав каждого канала квадратора, двух ключей, резистора, компаратора, переключателя, элемента совпадения и счетчика позволяет расвтором режиме время разряда пропорциоиально логарифму квадратного корня этого напряжения, в третьем режиме разряд осуществляется линейно, в четвертом — время разряда пропорционально логарифму исходного напряжения а

Выходное напряжение интегратора

19 подается на компаратор 20. На вто- Ip рой вход компаратора 20 через переключатель 21 подается нулевой потенциал при низком уровне напряжения на управляющем входе переключателя ?1.

Напряжение на выходе компаратора 20 15 имеет высокий уровень в том случае, когда выходное напряжение интегратора 19 больше нуля . На один из входов элемента 22 совпадений тактовые им-. пульсы с генератора 9 поступают в пе- 20 риод разряда, определяемый выходным напряжением одновибратора 12. Элемент

22 совпадений служит для преобразования временного интервала разряда интегратора 19 до нуля в число импульсов, поступающих на вход счетчика 23.

Значение счетчика 23 после периода разряда соответствует среднеквадратичному значению спектральной составляющей. Таким образом осуществляется ЗО преобразование аналоговой величины в цифровую.

Как только выходное напряжение интегратора 19 сравняется с нулевым значением, компаратор 20 срабатывает, элемент 22 совпадения прекращает пропускать импульсы на вход счетчика 23. Содержимое счетчиков 23 индуцируется индикатором 3 ° Индикатор

3 включает в себя группу линейных ин- 4п дикаторов. Высота каждой светящейся линейки зависит от сОдержимого соответствующего счетчика. Через дополнительный вход индикатора 3 поступает значение масштабирующего коэффици- 4В ента, Второй режим работы сходен с первым. Отличие состоит только в нелинейной зависимости разряда интегратора. В период разряда на установочный вход счетчика 6 подается кодовая комбинация А2, соответствующая начальному адресу выводимого из ПЗУ 4 массива.

Третий режим работы задается кодовой комбинацией 10 на входах 26 и

27. С приходом пускового импульса интеграторы 19 и счетчики 23 сбрасываются в исходное состояние и запуска-, ется одновибратор 11. Дешифратор 8 вырабатывает высокий потенциал на входах 30 и 34 каналов 2, Этот потенциал разрешает работу ключей 15 и устанавливает,переключатель 21 в положение, когда на второй вход компаратора 20 по".òóïàåò сигнал с выхода фильтра 13. Теперь компаратор оценивает соотношение между напряжениями на входе U>< и напряжение на выходе

П,щ интегратора 19 На фиг. 4а изображены диаграммы напряжений П и

И

U ö„ U интегратора с малой йостоян6ых ной времени интегрирования практически повторяет входное напряжение на начальном участке Т1, но с небольшой задержкой. В этом случae U „ — U „,„) О, и на выходе компаратора 20 присутствует высокий потенциал (фиг. 4б).

При ивк — Пьь(0 на выходе компаратора

Ьык

20 вырабатывается низкий потенциал (фиг. 4а, участок Т2), ключ 15 размыкается, прекращал заряд интегратора 19, Ключ 15 имеет два управляющих входа, Первый управляющий вход обычно называют "выбор кристалла". Второй управляющий вход является основным управляющим входом, обеспечивающим замыкание или размыкание ключа. Без высоких потенциалов на обоих управляющих входах замыкание ключа 15 невозможно °

Если же П „ еше раз превысит П то происходит дозарядка интеГратора

19 (фиг. 4а, участок ТЗ). Таким образом, после окончания времени анализа П „ интегратора 19 соответствует максимальному значению напряжения на выходе соответствующего фильтра.

Следующим этапом это напряжение преобразуется во временной интервал либо по линейной зависимости (третий режим), либо по логарифмической (четвертый режим). В третьем режиме работы напряжение разряда, поступающее на вход 28 канала 2, постоянно и обеспечивает линейный разряд всех интеграторов 19. ширить функциональные возможности анализатора спектра.

Анализатор спектра, содержащий входной усилитель, вход усилителя является сигнальным входом анализатора спектра, группу каналов, каждый качал содержит полосовой фильтр, интегратор и ключ, входы группы каналов объединены между собой и подключены к выходу входного усилителя, индикатор, дополнительный вход которого подключен к дополнительному выходу входного усилителя, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены постоянное запоминающее устройство, счетчик адреса, цифро-, аналоговый преобразователь, генератор импульсов, два элемента совпадений, дешифратор и два одновибратора, 25 причем первый выход дешифратора подключен к одному из выходов первого элемента совпадений, выход которого подключен к входу счетчика адреса, второй выход дешифратора, являющийся многопроводной шиной, подключен к установочному входу счетчика адреса, выход которого подключен к адресному входу постоянного запоминающего устройства, вторые входы группы каналов объединены между собой и подключены к выходу цифроаналогового преобразователя, вход которого подключен к выходу постоянного запоминающего устройства, третьи входы каналов объедине-. ны между собой и подключены к третьему выходу дешифратора; четвертые входы группы каналов объединены между собой и подключены к четвертору выходу дешифратора, пятые входы груп- 45 пы каналов объединены между собой и подключены к пятому выходу дешифратора, шестые выходы группы каналов объединены между собой и подключены к входу первого одновибратора, причем вход первого одновибратора является запускающим входом всего анализатора спектра, седьмые входы группы каналов объединены между собой и подключены к шестому выходу дешифратора, восьмые выходы группы каналов

7 1345132 8 объединены между собой и подключены к выходу второго элемента совпадений, выходы группы каналов подкпючены к группе входов индикатора, выход перф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я вого одновибратора подключен к входу

5 второго одновибратора и к первому входу дешифратора, второй вход которого подключен к выходу второго одновибратора и объединен с одним из входов элемента совпадений, выход генератора импульсов подключен к вторым входам первого и второго элементов совпадений, третий и четвертый входы-дешифратора являются управляющими входами анализатора спектра, в каждый канал дополнительно введены квадратор, второй и третий ключи,, резистор, компаратор, переключатель, элемент совпадений и счетчик, выход каждого фильтра в канале подключен к входу квадратора, к входу первого ключа и к первому сигнальному входу переключателя, выход квадратора подключен к входу второго ключа, выход которого подключен к выходу третьего ключа и к первому выводу резистора, второй вывод резистора объединен с выходом первого ключа и подключен к входу интегратора, выход которого подключен к первому входу компаратора второй вход компаратора подключен к выходу переключателя, второй вход которого подключен к шине с нулевым потенциалом, выход компаратора подключен к первому управляющему вхо ду первого ключа и к первому входу элемента совпадений, выход элемента совпадений подключен к входу счетчика, выход которого является выходом канала, вход полосового фильтра является первым входом канала, вторым входом которого является вход третьего ключа, третьим входом канала является второй управляющий вход перво.го ключа, управляющий вход второго ключа является четвертым входом канала, пятым входом которого является управляющий вход третьего ключа, сбрасывающие входы интегратора и счетчика объединены между собой и являются шестым входом канала, седьмым входом которого является управляющий вход переключателя, восьмым входом канала является второй вход элемента совпадений.1345132

Входы Выходы

2 3 4

О О

0 1 0 01А10010

0 1 0 11A20010

О 1 1 О 1 АЗ О О. 1 О

011 11A40 0 1 0

1 О 0

7У

1 0 0 О

1 0 0 1

1 0 1 О

1 О 1 1

1 2 3 4 5 6

Π— О О 0 О

О 1 О 0

1 О О 1

О О 1

1345132 фее,У

Оiюм

Составитель В. Смолин

Техред И.Попович Корректор M.Äåì÷èê

Редактор Л. Повхан

Заказ 4915/44 Тираж 730 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